中安鑫达（北京）建设有限公司与中国科学院合作的“双碳背景下太阳能光热利用太阳能跨季节储热供热技术”荣登“北京市市政设施管理协会会刊”，引起社会各界的广泛响应和探讨，面向碳中和，太阳能光热对建筑领域减碳意义重大。
中国科学院作为中国自然科学最高学术机构，在国家的鼓励支持下取得了一个又一个世界前沿成果，并积极参与国际项目提供技术支持，是国内最权威的科研机构。此次有幸与中国科学院合作，是中安鑫达科研道路上重要的里程碑，亦是社会各界对中安鑫达不断扩大的品牌影响力的高度认可。科学技术是世界性、时代性的，发展科学技术必须具有全球视野，中安鑫达将大力培育符合创新发展要求的人才队伍，逐步攻克科技难题，掌握关键核心技术，以科技创新续写辉煌发展新篇章。
一、背景和意义
1、能源理论
◆联合国秘书长古特雷斯：在2021年PPCA全球峰会上指出“与化石燃料相关的空气污染每年导致全球五分之一的死亡，G7在2030年前逐步淘汰煤炭，世界上其他国家则在2040年前淘汰煤炭”。
◆目前我国建筑总能耗（含生物质能源1亿吨标煤）10亿吨标煤。
◆城乡建筑供热能耗3亿吨标煤。
在燃煤采暖之后，低碳情形下的采暖从清洁采暖走向可再生能源采暖时代：太阳能热力，地热，生物质能，光伏，风电等。
2、太阳能资源丰富，是支撑我国采暖可持续发展的战略性能源之一
注：2021全国能源生产总量42亿吨标准煤，0.24%的太阳能即可满足全国的用能需求
3、2020年底，全球太阳能集热器总保有量7.73亿㎡，1㎡/10人
来源：IEA SHC《Solar Heat Worldwide 2020》
4、时间移动——夏热冬用
河北怀来气象数据，辐照1990-2010，数据来源meteonorm
5、利用太阳能采暖的难题：
冬季太阳能辐照量仅占全年的30%，而建筑供热却是在冬季。
全球第一个大规模使用的太阳能跨季节储热水体建于2013年，丹麦的Marstal 10万m³，目前最大的Vojens20万m³。
德国，美国，法国，丹麦，瑞士，奥地利，韩国，中国，英国，西班牙。
2015年，中国科学院STS项目和2018年洁净能源先导A项目支持了该项技术，2017年建成一个实验水体及配套的太阳能集热场。
6、储热水体及周围土壤温度变化实测值
7、2021年6月-7月储热水体及周围土壤温度变化趋势
8、跨季节储热水体性能衡量的主要参数
◆热损系数：水体单位内表面，平均水温和无穷远处土壤平均温度的单位温差下散热功率，单位W/㎡/K；
◆热损量：在一定时段内，单位容积水所散失的热量，kWh/m³水；
◆储热效率：存在其中的热/充的热=mct/G，争议较大，当G=0时，效率？？应对分子和分母做详细的约定，不同的约定效率也不一样，建议慎重使用；
◆取热深度：指水体上下温差，一般为50℃。
二、中安鑫达创新工作
创新工作1：封闭空腔内周期性强迫/自然混合对流及顶盖技术
创新点：实现了无规则动态充放热过程中的斜温层稳定控制，冷热水无掺混，烟损失最低。
2018-2019年3000m³水体内部温度变化情况
1）复合型跨季节储热体多场耦合数学模型，并验证数学模型的正确性
2）储热体几何结构对池体热损的影响
3）跨季节储热关键技术实践
延庆土工膜顶盖500m³实验
◆使用寿命50年以上
◆模块化生产与拼接
◆顶盖技术
4）浮动顶盖技术创新：水体无创防渗分层技术，网格式承力隔热顶盖
5）研究新的材料，顶盖和承载力
创新工作2：非规则聚光场与热转换耦合设计
集热系统是太阳能跨季节储/供热系统的核心，其性能决定系统太阳能利用率的最大值。
创新工作2：非规则聚光场与热转换耦合设计
创新点：开发完成大型定日镜场光学优化设计及相关软件，可实现土地面积限制下的定日镜场优化布置。
创新工作2：非规则聚光场与热转换耦合技术
创新点：按照山地地形布置的定日镜场反射聚光能流分布极不均匀，用柔性吸热体形成流固耦合体吸热，消除吸热应力。
创新工作3：系统源荷耦合优化调控技术
创新工作3：系统源荷耦合优化调控技术
创新工作3：系统源荷耦合优化调控技术
创新工作3：系统源荷耦合优化调控技术
创新点：构建源储荷不稳定条件下的多源动态热性能分析系统，使得整体结构和运行逻辑具有鲁棒性。
对聚光型集热系统开展不同工况研究，用于系统运行模式可行性验证及性能分析。
影响程度的量化
◆聚光吸热系统出口温度为50-95℃；
◆聚光吸热系统集热效率均大于50.8%；
◆日均单位采光面积集热量1.7kWh/㎡
太阳能和辅助能源联合供热实验研究
2、示范工程现场情况
中央热控系统操作软件可实现全热站自动化运行，热站实际运维人员1人。
实现如下主要功能：
◆系统运行模式的切换
◆水泵及阀门启停的手动控制
◆全系统关键参数实时监测
◆全系统关键参数记录与查询
◆系统运行错误报警及记录
◆系统运行参数手动配置
◆系统运行工况远程监测与数据传输
3、2018年建成我国首个太阳能跨季节储热示范工程
该小型系统用途：
2018年4月6日至2018年10月6日，系统首年充热，平均水温由15℃提升至约50℃。
自2018年10月6日开始为5万平米酒店提供生活热水和部分采暖稳定运行至今。系统累计供热至少100万kWh，相当于节电110万kWh，节约电费资金85.8万元（按当地电价0.78元/度）。
前期已经在张家口黄帝城小镇建立了储热容量为3000m³的示范实验系统，系统包括：
◆66台采光面积11.2㎡的小型定日镜
◆3000m³小型跨季节储热水体
◆集热-储热-供热全系统热控平台
该系统作为多种实验平台的集成：
◆吸热器热工与力学实验平台
◆聚光器光学性能实测平台
◆跨季节储热体热工性能小型实验平台
◆多能互补动态热性能模拟验证平台
4、示范工程数年运行实测数据显示，技术可靠性以及相关技术指标国际一流
三、跨季储热的经济性
1.太阳能长周期储热供热技术成本与趋势
2.太阳能长期储热供热技术的成本优化方向
3.太阳能长期储热供热技术的成本优化方向
根据与集热厂家的调研，万平米级别以上采光面积：
◆双盖板平板集热系统造价1200元/㎡（采光面积）；
◆全玻璃真空管系统、单盖板平板系统造价1000元/㎡（采光面积）；
◆槽式、塔式系统造价900-1100元/㎡（采光面积）。
造价包括：集热器（聚光器含传动、吸热器）、支架、水泵、缓冲罐、定压膨胀罐、板式换热器、热控、管路、伴热带、阀门及安装调试等。不含场地平整。
目前能够有能力承接采光面积万平米以上的大型集热场的EPC承包商不太多，其价格在进一步市场竞争后，有望下降20-30%左右。
集热场分摊度热成本有望从目前的0.08元/kWht，降低至0.05元/kWht。
四、结论
◆为满足我国零碳供热的重大民生需求，提出以大容量跨季节储热技术为核心的太阳能光热利用新方式，为零碳供热探索出一条具有产业化前景的可持续发展科学途径；
◆基于这一创新途径，重点攻克大容量跨季节储热低热损以及斜温层控制技术、高效聚光吸热技术、多源耦合集成优化及源荷协同控制技术，建立成套技术体系，形成成套技术方案；
◆在张家口建立的我国第一个塔式聚光吸热+跨季节储热示范系统，基于2年多的连续运行数据，验证了核心技术的可靠性、适用性和指标先进性；
◆至2022年底，还将建成10万平米以跨季节储热为核心的太阳能零碳供热社区，开启我国规模化零碳供热的新篇章；
◆传承数十年积累，通过研究集体在核心技术上的突破，2017-2019年期间实现了我国在跨季节储热供热领域的跨越式发展，奠定我国在研究方向上的国际地位。