1引言
“双碳”目标的宏伟愿景和近期煤炭资源短缺对我国能源转型发展意义重大，对能源供需提出了新要求，清洁能源利用与储能越来越成为能源链条中不可或缺的一环。国家能源局发布《2024年能源工作指导意见》中明确，2024年全国能源生产总量达到49.8亿吨标准煤左右。非化石能源发电装机占比提高到55%左右。风电、太阳能发电量占全国发电量的比重达到17%以上。天然气消费稳中有增，非化石能源占能源消费总量比重提高到18.9%左右，终端电力消费比重持续提高。
清洁能源供暖，采用太阳能光热耦合柔性蓄供暖系统的供暖方式，对整个供暖建筑进行系统优化控制，以清洁供暖理念管理项目热网，使该建筑完全实现清洁能源供暖。
2系统架构及运行方式
以满足建筑的供暖热需求的目标，从节能降耗及运行经济性出发，系统包括太阳能集热系统、光伏系统、光伏光热一体化系统以及蓄热式电暖器，相应的系统的架构如下：
图1 系统构架图
2.1冬季运行模式
系统热量来自于太阳能集热器、光伏光热板降温装置以及蓄热式电暖器储存的热量。太阳能集热器以及光伏光热板降温装置吸收太阳能转换为蓄热水箱中水的热能。光伏板以及光伏光热板将太阳能转换为电能，产生的直流电经过逆变器调压稳流后变为交流电，再进一步转换为蓄热式电暖器中蓄热材料储存的热量。
太阳能集热器与蓄热水箱模式：太阳能集热器出口温度大于蓄热水箱温度5℃（可设定）时，P4启动。
光伏光热板运行模式：光伏光热板背的蓄热降温装置的出口温度大于蓄热水箱温度5℃（可设定）时，P5启动。
系统供暖运行可分为三个阶段：
系统初始状态为：用户在板换2与市热进行换热。
第一阶段：当蓄热水箱温度大于50℃（可设定）时，此时蓄热水箱内蓄热量可满足用户需求，用户侧从板换1与系统侧换热，此时系统侧热水从板换1出口流进蓄热水箱，不流经蓄热式电暖器，直接流入板换1进口。
第二阶段：随着蓄热水箱的温度降低，蓄热水箱温度小于45℃（可设定）时，蓄热水箱储存热量不足，此时采用蓄热式电暖器进行供暖。板换1系统侧回水，不进入蓄热水箱，直接进入蓄热式电暖器获取热量，然后与用户在板换1进行换热。
第三阶段：随着蓄热式电暖器能量的消耗，蓄热式电暖器不能满足用户供暖需求时，此时蓄热式电暖器出口温度小于45℃（可设定） 时，切换电动阀门，市热在板换2与用户换热，为建筑供暖。
2.2夏季运行模式
夏季该系统主要用于日常办公用电提供部分电能。光伏板以及光伏光热板将太阳能转换为电能，产生的直流电经过逆变器调压稳流后变为交流电，直接并入系统。
3相关技术介绍
3.1柔性相变蓄能
物质的相变过程是在一定的温度下进行的，变化范围极小，这个特性可使相变储器能够保持基本恒定的热力效率和供热能力。柔性相变蓄热具有合乎需要的相变温度；足够大的相变潜热；性能稳定，可反复使用；导热性好，蓄热量配置灵活，热交换效率高，充放热快速，应急响应时间短，原料廉价易得等优点。
3.2光伏发电
光伏发电是利用半导体界面的光生伏特效应而将光能直接转变为电能的一种技术。光伏发电的主要具体原理是半导体的光电效应。硅原子有4个外层电子，如果在纯硅中掺入有5个外层电子的原子如磷原子，就成为N型半导体；若在纯硅中掺入有3个外层电子的原子如硼原子，形成P型半导体。当P型和N型结合在一起时，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。
3.3光伏光热一体化
光伏光热一体化技术（PV/T）是将光伏和光热结合在一起，可实现较高的太阳能利用率。太阳电池的发电效率依赖其工作温度，温度每上升1℃将导致输出功率减少0.4%～0.5%。将光伏板和集热器两者有机的结合起来，即形成PV/T集热器。该集热器通过媒介将产生的热量及时带走，控制了太阳电池的工作温度，能更高效地提供电能，而且带走的热量得到了有效的利用，大大提高了太阳能的综合效率。
4系统应用效果分析
4.1整体分析
自从2022年11月1号系统供暖到2024年3月31日，太阳能集热器为建筑供暖，共计供暖量为536GJ，日产热量1.85GJ，每平米集热器产热6.3MJ。所监测的供暖建筑的平均温度在22℃-25℃。
4.2太阳能系统运行分析
从历史运行数据分析，太阳能集热器具有良好的集热效果，在系统运行期间，太阳能集热器产生的热水平均温度在52.1℃；290平米的太阳能集热面积加热12吨储存水，在2022年和2023年供暖季期间（数据统计到2023年12月20日），太阳能集热器总的热量为375053 MJ，平均每平米的集热量为6.1 MJ/天，太阳能系统可以持续为该项目建筑供暖5.8个小时。
4.3光伏系统运行分析
自2023年8月份发电系统并网以来，发电系统累计发电6233kWh，日均发电70kWh。预计2024年整年发电可达14546kWh。
4.5经济能源分析
通过计算，供暖季期间清洁能源供暖共计548GJ，按照天津市热供暖价格，可节省4万元。若考虑管网折旧、检修投入、人工等因素分摊，供热总成本相近，远低于常规电供热和燃气供热。
在夏季期间三个月发电6234kWh，按照当前发电能力，在2024年4月到10月，预计发电量可达14546kWh，可带来2.6万元的收益。
5结论
在“双碳”政策的时代背景下，太阳能光热耦合电蓄热系统整体应用运行产生了良好的社会效益与经济效益，经测算系统运行年均发电量19507.73kwh，绿色能源的应用节省22吨标准煤，减少580kg二氧化碳排放，减少190kg二氧化硫排放，减少165kg氮氧化物排放。项目应用提升了提升了系统运行稳定性，实现节能减排，具有很大的挖潜应用市场与空间。
作者简介：范皓(1991.8-)，男，汉族，河北衡水，大学本科，中级工程师，研究方向：供热能源。