我國北方大部分地區冬季比較寒冷,需要采暖,每年用于建筑采暖所消耗的能源占據我國能源消耗很大的比例。隨著化石能源的逐步枯竭和減排壓力的增大,冬季清潔取暖和炊事用能是解決現代能源問題和實現碳達峰和碳中和的主要手段之一。
▲古瑞瓦特·行唐縣井凹村煤改電項目
由于光伏發電技術自身的不穩定、不連續性等缺陷,在并網發電接入電網時通常都會對電網產生較大的影響,需要儲能或其他發電系統來做調峰。但是如果用光伏發電來供暖的話,可以大大降低光伏發電的波動和不穩定因素對電網的影響,特別是在冬天采暖季節,我們可以直接用光伏發出來的電力取暖或結合熱泵技術來取暖,可以利用建筑本身的熱容和熱慣性儲能,達到比較理想的清潔采暖效果和光伏發電就地消納的雙重目的。
光伏+電采暖可直接通過電暖器、電熱膜、發熱電纜、熱泵技術、電鍋爐、發熱地板、發熱瓷磚、電墻暖等方式采暖。電采暖與傳統燃煤供暖方式相比,更為節能環保,并具有方便、簡潔、易控制和健康、舒適等優點,并可提供個性化的供熱選擇。光伏采暖適應性好,可應用于任何地區;引入只需兩根電線,不需要復雜的管道和循環系統,方便控制,沒有管道結垢、冬季管道結冰等問題。冬季發電可以采暖,夏季發電可以上網賣錢,經濟效益非常顯著。
根據建筑采暖熱負荷計算,我國北方地區通常每平方米的住宅要配80-100W的采暖設備。如果采用直接電采暖技術,平均每天每平方米需要耗能0.8KWh左右。如果按照每年5個月的采暖計算,全年每平方米的總耗電量是0.8kWh/天x 30天x 5月=120kWh。如果按每度電0.55元計算,對于一個100平方米的住宅而言,全年采暖經費大約是6600元/年左右。(目前國內采用天然氣采暖的價格大約是3800-4500元/年左右,集中燃煤供暖的價格大約是3000-3800元/年左右)。
如果采用地源、水源或空氣能熱泵技術采暖,通常可以做到能量輸入輸出比1:2到1:3甚至更高,所以如果不考慮設備投資的話,采用熱泵技術采暖的方案的采暖費用和目前集中燃煤供暖的價格相當。而采用光伏發電+熱泵的采暖的方案無疑就是目前最省錢、最環保的方法之一。
我國北方大部分地區太陽能輻射資源都比較豐富,每千瓦光伏發電站的全年發電量可達1200-2000kWh左右。理論上,每千瓦光伏發電站的年發電量就可以完全滿足10平方米的建筑采暖。而實際上由于采暖的活動是在冬季,而光伏發電是全年的,因此就會有夏天發出的電必須上網售電,而冬季采暖季節光伏發電可能不夠用的問題。
經過幾十年的發展,光伏發電建設投資已經達到4元/Wp,度電成本已經降到了每度0.4元左右,接近甚至低于居民用電電價。按照光伏發電+采暖設備投資5元/W的標準計算, 采暖面積100m²需建設10kWp的光伏電站和相關電采暖需要的投資大約為5萬元。按照20年壽命計算,平均每年為2500元,這比集中采暖的價格更便宜。
總結
光伏+電采暖不僅清潔無污染且經濟劃算,它的的另一個優點是建設和運行維護都簡單,設備壽命長。因此光伏電采暖比其他形式的采暖更廉價更清潔!光伏采暖是一個新型的理念,它的發展必將創造更多市場機遇和挑戰。
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