太陽能應用于檢驗檢疫熱處理領域的可行性分析

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，相當于110～250kg標準煤/m2。根據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(≥6300MJ/m2)、二類地區(5040～6300MJ/m2)、三類地區(3780～5040MJ/m2)和四類地區(＜3780MJ/m2)，即使我國太陽能較差地區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。

木質包裝熱處理是國際貿易中針對木質包裝處理的主要技術手段，目的是為了防止有害生物隨木質包裝傳播。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包裝的保溫窯體內，當窯體升溫至指定溫度并維持一定的時間，處理的木質包裝符合國際標準后對其進行干燥處理，達到檢驗檢疫監管要求。目前國際上基本采用蒸汽鍋爐作為木質包裝熱處理的主要熱源。隨著國際社會對環保日益重視以及各國、各級地方政府相關環保政策的出臺，高污染、高能耗的蒸汽鍋爐已開始逐步被替代，國內已有企業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發展的趨勢。根據國內木質包裝處理企業的基本分布情況，企業數量較多的山東、河北、山西、吉林、遼寧、黑龍江等地區大部分位于太陽能資源分布的第三類資源帶內，太陽能資源應用于檢驗檢疫熱處理領域大有潛力可挖。

在我國檢驗檢疫系統內，高能耗領域主要集中在木質包裝的熱處理上，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用到木質包裝熱處理過程中去，不僅可大幅降低企業在熱處理過程中的成本，而且也對節能環保起到非常大的促進作用。為此，對全國熱理企業進行調查，截至2011年底，全國經過檢驗檢疫機構考核通過的包裝處理企業近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地基于環保部門要求，同樣的相關環保要求內地各省(市)大中型城市都有禁用燃料鍋爐的文件下達。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 常規能源的國際形勢越發嚴峻，木質包裝熱處理企業使用新能源勢在必行

目前熱處理企業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，常規能源的價格上漲被認為已成定勢，隨著新能源利用技術水平的不斷提升和利用成本的大幅下降，新能源替代常規能源更符合國際能源利用的發展趨勢。一般來說，熱能占國家能源總消耗的50%～55%，利用太陽能轉化為熱能即太陽能熱利用是實現能源替代、保障能源安全和減少排放的重大保障。“十一五”期間，我國太陽能熱利用產業快速、健康、持續發展，“十二五”期間，我國將繼續保持太陽能熱利用產業和應用大國地位，并向科技強國邁進。

在檢驗檢疫領域，木質包裝熱處理屬于高能耗行業，在檢驗檢疫領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的能源消耗，更加符合該領域長期的發展規劃。

2 太陽能投入產出規模與檢驗檢疫熱處理領域相適應

新能源中太陽能的投入與產出符合目前國內熱處理企業的相應規模，而核能目前只適合于大規模發電領域，并且立項實施嚴格的審批制度。自日本福島核電站事件以來，國際上對核電的發展產生了不同的聲音，同時，核電作為能源也不符合小型熱處理企業的實際需求。根據《太陽能熱水系統手冊》中的數據以及借助F-CHART軟件對太陽能集熱系統的分析，對21萬kJ的燃油(或燃氣)鍋爐與太陽能熱水系統進行經濟性對比，在太陽能集熱的設計使用期15年內，太陽能熱水系統運行總費用為21.43萬元，而燃油(燃氣或電鍋爐)則高達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出值均以萬元為單位計算，而核能的投入和產出值則需要以億元來計算，所以就投入和產出過程而言，新能源中太陽能更適合應用于檢驗檢疫熱處理領域。

3 國內外政策加快了太陽能等清潔能源應用于檢驗檢疫熱處理的步伐

在環保要求的大趨勢下，在檢驗檢疫熱處理領域中勢必淘汰高污染、高能耗的傳統供熱方式，采用節能環保、可持續利用的新能源——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保方面的約束和限制，各地各級政府也隨之相應出臺了地方政策。地方政策中主要意見均為在受限區域內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，保護和改善生活環境和生態環境，保障人體健康，促進經濟和社會的可持續發展的趨勢下，新能源應用于檢驗檢疫熱處理的高能耗領域，從而代替常規能源，減少環境污染，改善民生是非常必要的。

三 可行性

1 太陽能集熱技術的發展與普及使其應用于檢驗檢疫熱處理領域在技術上完全可行

太陽能低溫熱利用技術已非常成熟和普及，大多數低溫領域都有太陽能光熱技術的應用。隨著光熱技術的發展與光熱設備成本的降低，光熱技術應用于低溫領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30%。雖然目前在檢驗檢疫熱處理領域尚無相關報道，但該領域的設計溫度為80～90℃，屬于太陽能低溫利用，技術已非常成熟。據國內有關報道，已有太陽能鍋爐項目投產，使太陽能中高溫利用成為現實。隨著近年來太陽能中高溫鍋爐的研發與太陽能集熱設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、企業供熱、家庭供暖等領域已非常成熟，據有關報道，太陽能集熱的利用率已高達60%，而太陽能熱水供水系統與電熱水器運行費用相比，投資經濟回收期≤5年。由此可見，太陽能應用于檢驗檢疫木質包裝熱處理領域在技術上完全可行。

2 政策法規有利于太陽能利用的應用與推廣

國際上對碳排放的關注由來已久，我國的政策法規對環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技術研究，推廣先進適用的大氣污染防治技術；鼓勵和支持開發、利用太陽能、風能、水能等清潔能源。同時各地對熱處理的主要熱量供應設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達城市的木質包裝生產企業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的要求，但使用的高成本對企業會造成嚴重的負擔，如果將太陽能與燃料鍋爐或電鍋爐結合使用，既能符合政策法規要求，又能有效降低企業成本，真正做到利國利民。國家“十五”科技攻關課題成果得出結論: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、二氧化碳氣體90kg[3]。

3 我國熱處理企業所處地理位置優越

截至2011年底，國內包裝處理企業近1000家，其中熱處理企業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余家企業地處太陽能資源可利用區范圍，其中超過100家企業地處太陽能資源較豐富區，近20家企業地處太陽能資源豐富區，如圖1所示。

圖1 太陽能資源分布與熱處理企業分布情況(截至2011年底)

四 存在問題及建議

(1)前期投入成本略高，國家在熱處理企業中使用太陽能的政府引導與補貼不足。

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

五 應用于木質包裝熱處理方面需解決的問題

1 木質包裝熱處理過程中供給熱量不足時補充熱源裝置的方式、設計與改進

2009年力諾瑞特研制的太陽能雙動力燃氣鍋爐已初步解決了熱量供給不足的問題，但如何結合木質包裝企業進行升級和改進，仍需進一步開展針對性的研究。

2 在熱處理作業空余期熱量存貯與再利用

熱處理企業與一般的家庭采暖和游泳池以及浴室、企業供熱不同，木質包裝熱處理企業熱能使用期在整個生產所占時間比例不高，在熱能的非使用期間如何將太陽能設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設備投入的回報周期和提高設備使用效率，有利于太陽能集熱在木質包裝熱處理領域推廣。

3 木質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包裝進行熱處理，最大限度地發揮能量的利用效率，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問題。

六 結語

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

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

[2]袁家普. 太陽能熱水系統手冊[M]. 北京: 化學工業出版社,2008: 52.

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