丹麦Dronninglund太阳能集中供热系统

Dronninglund Fjernvarme 是一家消费者拥有的合作社,为大约 1,350 名消费者提供 46 公里的区域供热网络(2016 年)。在1989 年,Dronninglund Fjernvarme 成为丹麦第一家为热电联产安装天然气驱动的发电机的热力公司。 2005 年,Dronninglund Fjernvarme 的董事会和决策层意识到应该用可再生能源代替天然气。 2007年,Nordjyllands Vækstforum 资助了一项预可行性研究,该研究表明具有季节性储热的大型太阳能供热系统可以满足高达 50% 的热需求。此外,在有投资补贴的情况下,对消费者而言,热价不会提高。

该项目的目的是证明具有大型太阳能热电厂和蓄热水池(PTES) 的供热系统的可行性。此外,利用蓄热水池(PTES)存储来自废弃物的余热,因此对垃圾焚烧、工业生产和电厂生产进行了分析。该供热系统于2014 年 5 月开始运营。

Dronninglund 太阳能供热系统的的集热器排列(左)和 蓄热水池(右)
(来源:PlanEnergi)。

该太阳能区域供热系统的简化水力图如下图。集热器孔径面积为 37573 m 2 ,共计2982 个太阳能电池板。太阳能集热器倾斜角度为 35 °,以最大限度地提高年太阳能产量。每一行集热器阵列有多达 21 个串联的太阳能集热器。在Dronninglund,采用典型的带有竖琴式集热器阵列,因为如果串联连接更多集热器,支管中的压降会变得太高或流速变得太小。

集热器阵列的入口温度夏季约为40℃,冬季可降至15 ~ 20℃左右。出口夏季温度达到 80~90 ˚C,冬季通常为 30 ~ 40 ˚C。

Dronninglund 太阳能区域供热系统 的水力图
(来源:Solites)。

季节性蓄热水池建在一个废弃的砾石坑里。地下水位约为水池底部以下 3 m,土壤成分主要是砾石和沙子。蓄热水池顶部用浮动盖遮覆以保温。夏季(非采暖季节),太阳能提供的热能超过供热系统的热需求,多余的储存在蓄热水池,最高温度可达90°C。储存的最高温度取决于水池衬里材料的最大耐受温度和寿命。在秋季(采暖季),水池上层温度较高的热水输送到区域供热管网,完成充热过程;而在水池底部温度较低的水回流到供热管网,完成放热过程。如果蓄热水池上部的温度低于所需的区域供热系统的供水温度,缺少的那部分热量,可以通过由生物油锅炉驱动,可产生160 ˚C高温热水的吸收式热泵补充。

通过将蓄热水池用作吸收式热泵的热源,水池中的水可以从40˚C冷却到10˚C(比区域供热系统的回水温度低约30 K),这对系统效率有几个积极影响。首先,增加了存储容量,即在相同的存储容量下,可以存储更多的能量(因为更高的温差),并且在来年夏天,这个储能设施可以容纳更多的热量。其次,平均蓄水温度降低,这减少了能量存储过程的损耗。第三,由于运行温度较低,太阳能集热器的效率提高。在春季、秋季和冬季,生物燃油锅炉和四台燃气发动机承担了热负荷的主要部分,这是传统的热力供应模式。在测量期间,太阳辐射率为52%(见下图)。

Dronninglund 太阳能区域供热系统 的月度供热量和供热需求(数据:Solites)。

 

Droningland 太阳能区域供热项目由丹麦能源署支持的EUDP(能源技术开发和示范计划项目)资助。资助补贴用于系统设计以及蓄热水池、管道、热交换器和连接生产装置的控制系统的投资。2100万丹麦克朗(280万欧元)的补贴约占系统总成本的20%。具体成本约为389欧元/m2集热器孔径面积。热价(补贴前)为50欧元/MWh,略高于丹麦典型的区域供热热源厂,原因是季节性储热、太阳能利用率高以及具有多种热源的先进系统概念。

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Sector: District energy

Country / Region: Denmark

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Publishing year: 2022