太陽能應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域的可行性分析

南京出入境檢驗檢疫局 宋杰 許忠祥 吳晶

上海市林業(yè)總站 李玉秀

一 背景

我國是太陽能資源非常豐富的國家，2/3的國土面積年日照時間在2200h以上，年輻射總量為3340～8360MJ/m2，相當(dāng)于110～250kg標(biāo)準(zhǔn)煤/m2。根據(jù)我國氣象部門測量年輻射總量的大小，一般將我國大陸部分劃分為4個太陽輻射資源帶[1]，即一類地區(qū)(≥6300MJ/m2)、二類地區(qū)(5040～6300MJ/m2)、三類地區(qū)(3780～5040MJ/m2)和四類地區(qū)(＜3780MJ/m2)，即使我國太陽能較差地區(qū)的年輻射總量也接近東京(4220MJ/m2)，高于倫敦(3640MJ/m2)、漢堡(3430MJ/m2)這些世界上太陽能利用較好的城市。

木質(zhì)包裝熱處理是國際貿(mào)易中針對木質(zhì)包裝處理的主要技術(shù)手段，目的是為了防止有害生物隨木質(zhì)包裝傳播。目前國際上主要使用鍋爐加熱熱處理窯進行檢驗檢疫熱處理，即通過鍋爐加熱獲得高溫蒸汽將熱量傳輸至堆放木質(zhì)包裝的保溫窯體內(nèi)，當(dāng)窯體升溫至指定溫度并維持一定的時間，處理的木質(zhì)包裝符合國際標(biāo)準(zhǔn)后對其進行干燥處理，達(dá)到檢驗檢疫監(jiān)管要求。目前國際上基本采用蒸汽鍋爐作為木質(zhì)包裝熱處理的主要熱源。隨著國際社會對環(huán)保日益重視以及各國、各級地方政府相關(guān)環(huán)保政策的出臺，高污染、高能耗的蒸汽鍋爐已開始逐步被替代，國內(nèi)已有企業(yè)開始使用電鍋爐作為熱處理窯的主要熱源，新型清潔能源作為熱源代替原始蒸汽鍋爐已成為熱處理行業(yè)發(fā)展的趨勢。根據(jù)國內(nèi)木質(zhì)包裝處理企業(yè)的基本分布情況，企業(yè)數(shù)量較多的山東、河北、山西、吉林、遼寧、黑龍江等地區(qū)大部分位于太陽能資源分布的第三類資源帶內(nèi)，太陽能資源應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域大有潛力可挖。

在我國檢驗檢疫系統(tǒng)內(nèi)，高能耗領(lǐng)域主要集中在木質(zhì)包裝的熱處理上，而在熱處理過程中供熱成本占比非常大，如果能將太陽能集熱應(yīng)用到木質(zhì)包裝熱處理過程中去，不僅可大幅降低企業(yè)在熱處理過程中的成本，而且也對節(jié)能環(huán)保起到非常大的促進作用。為此，對全國熱理企業(yè)進行調(diào)查，截至2011年底，全國經(jīng)過檢驗檢疫機構(gòu)考核通過的包裝處理企業(yè)近1000家(936家)超過99%的熱處理窯使用的是壓力蒸汽鍋爐，截至目前有報道稱使用電加熱的處理窯僅在深圳有試點。唯一報道的一家采用電加熱作為處理窯的主要供熱方式是當(dāng)?shù)鼗诃h(huán)保部門要求，同樣的相關(guān)環(huán)保要求內(nèi)地各省(市)大中型城市都有禁用燃料鍋爐的文件下達(dá)。部分大城市禁用高污染燃料鍋爐的時間表見表1。

表1 各地禁用高污染鍋爐政策時間表

二 必要性

1 常規(guī)能源的國際形勢越發(fā)嚴(yán)峻，木質(zhì)包裝熱處理企業(yè)使用新能源勢在必行

目前熱處理企業(yè)所使用的供熱方式絕大部分為壓力蒸汽鍋爐，蒸汽溫度約為150℃，燃料主要以煤炭、木材、油料為主。煤炭等價格近20年來大幅提高，常規(guī)能源的價格上漲被認(rèn)為已成定勢，隨著新能源利用技術(shù)水平的不斷提升和利用成本的大幅下降，新能源替代常規(guī)能源更符合國際能源利用的發(fā)展趨勢。一般來說，熱能占國家能源總消耗的50%～55%，利用太陽能轉(zhuǎn)化為熱能即太陽能熱利用是實現(xiàn)能源替代、保障能源安全和減少排放的重大保障?！笆晃濉逼陂g，我國太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)快速、健康、持續(xù)發(fā)展，“十二五”期間，我國將繼續(xù)保持太陽能熱利用產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用大國地位，并向科技強國邁進。

在檢驗檢疫領(lǐng)域，木質(zhì)包裝熱處理屬于高能耗行業(yè)，在檢驗檢疫領(lǐng)域總能耗中占有主要地位，通過使用新能源降低檢驗檢疫熱處理高能耗行業(yè)的能源消耗，更加符合該領(lǐng)域長期的發(fā)展規(guī)劃。

2 太陽能投入產(chǎn)出規(guī)模與檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域相適應(yīng)

新能源中太陽能的投入與產(chǎn)出符合目前國內(nèi)熱處理企業(yè)的相應(yīng)規(guī)模，而核能目前只適合于大規(guī)模發(fā)電領(lǐng)域，并且立項實施嚴(yán)格的審批制度。自日本福島核電站事件以來，國際上對核電的發(fā)展產(chǎn)生了不同的聲音，同時，核電作為能源也不符合小型熱處理企業(yè)的實際需求。根據(jù)《太陽能熱水系統(tǒng)手冊》中的數(shù)據(jù)以及借助F-CHART軟件對太陽能集熱系統(tǒng)的分析，對21萬kJ的燃油(或燃?xì)?鍋爐與太陽能熱水系統(tǒng)進行經(jīng)濟性對比，在太陽能集熱的設(shè)計使用期15年內(nèi)，太陽能熱水系統(tǒng)運行總費用為21.43萬元，而燃油(燃?xì)饣螂婂仩t)則高達(dá)49.63萬元(54.98萬元或71.62萬元)[2]。太陽能集熱的工程投入和產(chǎn)出值均以萬元為單位計算，而核能的投入和產(chǎn)出值則需要以億元來計算，所以就投入和產(chǎn)出過程而言，新能源中太陽能更適合應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域。

3 國內(nèi)外政策加快了太陽能等清潔能源應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理的步伐

在環(huán)保要求的大趨勢下，在檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域中勢必淘汰高污染、高能耗的傳統(tǒng)供熱方式，采用節(jié)能環(huán)保、可持續(xù)利用的新能源——太陽能。2000年修訂通過的《中華人民共和國大氣污染防治法》中第二十七條和二十八條中都對鍋爐的排放和使用進行了環(huán)保方面的約束和限制，各地各級政府也隨之相應(yīng)出臺了地方政策。地方政策中主要意見均為在受限區(qū)域內(nèi)禁止使用高污染燃料鍋爐，改為使用燃油或其他清潔能源。在防治大氣污染，保護和改善生活環(huán)境和生態(tài)環(huán)境，保障人體健康，促進經(jīng)濟和社會的可持續(xù)發(fā)展的趨勢下，新能源應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理的高能耗領(lǐng)域，從而代替常規(guī)能源，減少環(huán)境污染，改善民生是非常必要的。

三 可行性

1 太陽能集熱技術(shù)的發(fā)展與普及使其應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域在技術(shù)上完全可行

太陽能低溫?zé)崂眉夹g(shù)已非常成熟和普及，大多數(shù)低溫領(lǐng)域都有太陽能光熱技術(shù)的應(yīng)用。隨著光熱技術(shù)的發(fā)展與光熱設(shè)備成本的降低，光熱技術(shù)應(yīng)用于低溫領(lǐng)域的普及率越來越高，在我國部分城市太陽能熱水器的普及率可達(dá)30%。雖然目前在檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域尚無相關(guān)報道，但該領(lǐng)域的設(shè)計溫度為80～90℃，屬于太陽能低溫利用，技術(shù)已非常成熟。據(jù)國內(nèi)有關(guān)報道，已有太陽能鍋爐項目投產(chǎn)，使太陽能中高溫利用成為現(xiàn)實。隨著近年來太陽能中高溫鍋爐的研發(fā)與太陽能集熱設(shè)備投入成本的迅速降低，太陽能的利用范圍越來越廣。太陽能作為輔助加熱的研究和實驗在浴室、企業(yè)供熱、家庭供暖等領(lǐng)域已非常成熟，據(jù)有關(guān)報道，太陽能集熱的利用率已高達(dá)60%，而太陽能熱水供水系統(tǒng)與電熱水器運行費用相比，投資經(jīng)濟回收期≤5年。由此可見，太陽能應(yīng)用于檢驗檢疫木質(zhì)包裝熱處理領(lǐng)域在技術(shù)上完全可行。

2 政策法規(guī)有利于太陽能利用的應(yīng)用與推廣

國際上對碳排放的關(guān)注由來已久，我國的政策法規(guī)對環(huán)境保護以及能源利用也十分重視，《中華人民共和國大氣污染防治法(修訂)》第九條就明確指出:國家鼓勵和支持大氣污染防治的科學(xué)技術(shù)研究，推廣先進適用的大氣污染防治技術(shù)；鼓勵和支持開發(fā)、利用太陽能、風(fēng)能、水能等清潔能源。同時各地對熱處理的主要熱量供應(yīng)設(shè)備鍋爐的要求都有明確要求，在“十二五”期間，主要大城市都將對高污染的鍋爐實施禁用，也就意味著主要位于發(fā)達(dá)城市的木質(zhì)包裝生產(chǎn)企業(yè)的燃料鍋爐將無法使用。替代高污染鍋爐的選擇目前主要有燃油鍋爐和電鍋爐，但這兩種鍋爐雖然符合政策法規(guī)的要求，但使用的高成本對企業(yè)會造成嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)，如果將太陽能與燃料鍋爐或電鍋爐結(jié)合使用，既能符合政策法規(guī)要求，又能有效降低企業(yè)成本，真正做到利國利民。國家“十五”科技攻關(guān)課題成果得出結(jié)論:使用太陽能在減排溫室氣體方面，每m2熱水器集熱器每年可減少燃煤125kg，從而每年可減排粉塵25kg、二氧化硫氣體 2.5kg、二氧化碳?xì)怏w90kg[3]。

3 我國熱處理企業(yè)所處地理位置優(yōu)越

截至2011年底，國內(nèi)包裝處理企業(yè)近1000家，其中熱處理企業(yè)600余家，較多的省份主要有廣東、山東、江蘇、浙江、福建、吉林、河北、黑龍江，占總數(shù)的80%以上。按我國太陽能資源分布圖的分布情況來看，500余家企業(yè)地處太陽能資源可利用區(qū)范圍，其中超過100家企業(yè)地處太陽能資源較豐富區(qū)，近20家企業(yè)地處太陽能資源豐富區(qū)，如圖1所示。

圖1 太陽能資源分布與熱處理企業(yè)分布情況(截至2011年底)

四 存在問題及建議

(1)前期投入成本略高，國家在熱處理企業(yè)中使用太陽能的政府引導(dǎo)與補貼不足。

(2)各地執(zhí)行環(huán)保制度的力度不夠，大多數(shù)城市對禁用燃料鍋爐區(qū)域的燃料鍋爐的審批與查處力度不大，導(dǎo)致部分小的木質(zhì)包裝處理企業(yè)仍使用高污染鍋爐，不對高污染鍋爐進行淘汰升級更換。

五 應(yīng)用于木質(zhì)包裝熱處理方面需解決的問題

1 木質(zhì)包裝熱處理過程中供給熱量不足時補充熱源裝置的方式、設(shè)計與改進

2009年力諾瑞特研制的太陽能雙動力燃?xì)忮仩t已初步解決了熱量供給不足的問題，但如何結(jié)合木質(zhì)包裝企業(yè)進行升級和改進，仍需進一步開展針對性的研究。

2 在熱處理作業(yè)空余期熱量存貯與再利用

熱處理企業(yè)與一般的家庭采暖和游泳池以及浴室、企業(yè)供熱不同，木質(zhì)包裝熱處理企業(yè)熱能使用期在整個生產(chǎn)所占時間比例不高，在熱能的非使用期間如何將太陽能設(shè)備收集的熱量存儲起來再利用也是需進一步解決的問題。該問題的解決可縮短企業(yè)設(shè)備投入的回報周期和提高設(shè)備使用效率，有利于太陽能集熱在木質(zhì)包裝熱處理領(lǐng)域推廣。

3 木質(zhì)包裝熱處理過程中太陽能供高溫蒸汽的最適宜溫度研究

使用不同溫度的蒸汽對木質(zhì)包裝進行熱處理，不僅處理效果不同，而且不同溫度蒸汽加熱能量的利用率也有很大差別。選擇最適宜的高溫蒸汽對木質(zhì)包裝進行熱處理，最大限度地發(fā)揮能量的利用效率，合理充分利用通過太陽能集熱裝置收集的能量，增加太陽能在使用過程中的利用效率，也是有待于進一步研究的技術(shù)問題。

六 結(jié)語

綜上所述，將太陽能應(yīng)用于檢驗檢疫木質(zhì)包裝熱處理領(lǐng)域雖然還有需要解決的問題，但應(yīng)用于該領(lǐng)域是切實可行的。將太陽能應(yīng)用于木質(zhì)包裝熱處理領(lǐng)域符合國家發(fā)展規(guī)劃以及相關(guān)政策，建議加強對太陽能應(yīng)用于檢驗檢疫熱處理領(lǐng)域利用改造的研究，使太陽能在檢驗檢疫的高能耗領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

[1] 殷志強, 李鵬, 周小雯, 我國太陽能熱利用的現(xiàn)狀及發(fā)展[J].太陽能, 2012, (4): 17－19.

[2]袁家普. 太陽能熱水系統(tǒng)手冊[M]. 北京: 化學(xué)工業(yè)出版社,2008: 52.

[3]建設(shè)部科技發(fā)展中心. 國家“十五”科技攻關(guān)課題成果 建筑一體化太陽能集熱技術(shù)工程示范[J]. 建設(shè)科技, 2007, (12): 49－50.