太阳能中高温集热器及应用

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智能型中高温太阳能集热系统商业计划书

智能型中高温太阳能集热系统商业计划书
研发中心及研发方向
柳州尚迪太阳能科技有限公司已经与国家新能源中心北京理工大学分中心合作建立研究开发中心,并于2年前开始研发基于有自主知识产权的太阳能热利用系统。
公司计划组建一个共40人的开发队伍。2010年已完成组建10人的开发队伍。
公司将紧跟国际潮流,积极开发太阳能光热领域的高端产品,特别是对太阳能高温集热、高温储热和总能供应等方向进行积极的探索。比如,太阳能高温集热真空管、阳光厨房和高效光导管、小型太阳能空调、太阳能热发电等等。
商业模式
尚迪公司的最高发展目标是形成企业的核心竞争力。
核心竞争力=定价权+控制力+研发力(新产品、新发明),即在中高温太阳能行业内,企业通过对产品价格绝对的影响力,产品核心部件原材料绝对的控制力,以及产品技术上的创新力,形成在行业内的绝对竞争优势。
为达到此目标,尚迪公司的总发展路线是建立完整的的太阳能中高温热利用产业链,即形成从集热器核心部件、集热器、集热器应用端产品的生产及销售的产业链。生产模式上,采用轻资产模式,控制核心材料及原材料生产,其余尽可能外包。销售模式上,形式上采取分销模式。尚迪公司与分销商形成联营模式,通过尚迪公司的品牌和产品与分销商的资金及渠道,形成利益共同体。分销商将从产品销售、产品的生产组装(产品实现规模化,区域化生产后)以及股权(进入资本市场后)三方面获利,而尚迪公司则获得资金、渠道及渠道控制力。
技术特色
技术特点:
(1)高聚光:采集温度高,是目前唯一的可应用的中高温集热器,是新型国家专利产品
A、U型槽高效聚光
B、新型集热管高效集热,集热温度高(>200℃)
C、高温换热,以导热油为工作介质,实现高温热能的交换。
(2)抗冻型:超低温启动(零下25℃范围以上),使用范围更广;利用导热油换热,管道没有结垢、沉渣等问题,冬天不会冻裂。

太阳能集热器

太阳能集热器

通常,反射率ρ和透射率τ可以用下式表示:
其中,下标b和s分别表示直射辐射和散射辐射, 下标R和e分别代表入射辐射的反射和透射部分。
盖板内的辐射实际上是经过了多次反射。
利用菲涅尔(Fresnel)公式,反射率可以表示为
其中,θ1和θ2分别为入射角和折射角。 根据光的折射定律,有
其中,n1,n2分别为空气和玻璃的绝对折射率; n21为玻璃相对于空气的相对折射率。
盖板对辐射的吸收,不论是在短波区域还是在长 波区域都要比较小。
玻璃在可见光区域透射率约为97%,在红外区的 吸收率约为94%。
根据基尔霍夫定律,红外区的高吸收率导致高发 射率,使得辐射热损失增加。
通过喷涂在红外区域透明的涂层(如氧化铟(In2O3), 氧化锌(ZnO2)),可以大大减少红外辐射热损失。
(2)侧面热损 侧面热损主要由热传导和对流造成。 平板型集热器的侧面通常由框架与保温层构成。
由于框架的内部面对几种不同的温度,故侧面传 热应是二维的。为了获得关于侧面传热系数的比 较保守的估计,可以假定框架内部的温度处于最 高可能的温度(即吸热体温度T),这样传热就变为 一维的。
侧面热阻Rs为
(2)盖层 允许太阳辐射透过但阻碍吸热体的长波辐 射以减少吸热体的热损。
(3)保温层 减少吸热体不直接吸收太阳辐射部分的 热损。
(4)工质及流动通道 使工质能与吸热体发生热接触。 集热器的工质为流体(液体或气体)。
(5)支架及框架 将集热器的各个部分连接成一个整 体并支撑其重力。
液体集热器用水或者水-防冻剂混合物作为工质, 有时也用轻油、硅油、乙烯等作为工质。
热损失可以表示为
其中,Qk为吸热体的传导热损失,W;Qc为吸热 体的对流热损失,W;Qr为吸热体向外的长波辐 射热损失,W。

太阳能集热器

太阳能集热器

2、太阳选择性吸收涂层 3、真空夹层 5、支承件 6、吸气剂 7、吸气膜
全玻璃真空管的生产流程
真空管选择性吸收涂层
采用选择性涂层作为吸热体的光热转换材料, 要涂层有高的太阳吸收比,低的发射率,良好 的真空性能,耐热性能。
采用磁控溅射技术的多层(渐变)铝-氮/铝 选择性吸收涂层,光吸收率可达0.93,红外发 射率约为0.05(80℃)
主要特点:减少集热器的传导、对流和 辐射热损失
从受力情况和密封角度,所以通常将真 空太阳集热器基本单元做为圆管形状, 而不是平板
真空管集热器分类
全玻璃的真空管集 热器吸热体由玻璃 管组成
金属吸热体真空管 集热吸热体由金属 材料组成,如热管 式真空管集热器
全玻璃真空管的结构
1、内玻璃管 4、外玻璃管
➢ 集热器效率是变数,不是常数,与集热器工 作温度、环境温度和太阳辐照度有关
➢ 效率曲线在y轴上的截距表示集热器可获得的 最大效率
➢ 效率曲线的斜率值表示集热器总热损系数的 大小
➢ 效率曲线在x轴上的交点值表示集热器可达到 的最高温度
三、真空管型太阳集热器
真空集热器:将吸热体与透明盖层之间 抽成真空的太阳集热器
➢平板集热器 ➢真空集热器
二、平板型集热器
吸热体——吸收太阳辐射能 ,将其转换为热能,并向工 质传递热量
透明盖板——光学性能好、 机械性能好、耐老化性能好
隔热层——降低集热器热损 失提高其热效率
壳体——将吸热体、透明盖 板和隔热层装配成一体
平板太阳集热器构造示意图
平板型集热器传热示意图
热管式真空管的特点
➢ 热效率高:最高运行温度可达 100℃.最高闷晒温度可达250℃. 工作温度为70℃-120℃

太阳能热水系统的技术进展与应用

太阳能热水系统的技术进展与应用

太阳能热水系统的技术进展与应用在当今追求可持续发展和清洁能源的时代,太阳能热水系统作为一种高效、环保的能源利用方式,正经历着快速的技术进步,并在各个领域得到了广泛的应用。

太阳能热水系统的工作原理其实并不复杂,它主要是通过太阳能集热器吸收太阳辐射能,将光能转化为热能,然后加热水并储存起来,以供使用。

过去,太阳能热水系统可能存在效率不高、受天气影响大等问题,但随着技术的不断发展,这些问题正在逐步得到解决。

在技术进展方面,太阳能集热器的性能有了显著提升。

以往常见的平板型集热器逐渐被真空管集热器所取代。

真空管集热器具有更高的集热效率,能够更好地吸收太阳能量。

同时,新型的涂层技术也被应用在集热器上,进一步提高了对太阳光的吸收率和减少了热量的散失。

控制系统的智能化也是一大亮点。

现在的太阳能热水系统配备了先进的传感器和智能控制器,可以实时监测水温、水量以及天气状况等信息。

根据这些数据,系统能够自动调整工作模式,确保在不同的天气条件下都能提供稳定的热水供应。

储能技术的改进也为太阳能热水系统的发展提供了有力支持。

高效的保温水箱能够长时间保持热水的温度,减少热量损失。

而且,一些新型的储能材料正在研究和开发中,有望进一步提高储能的效率和稳定性。

在应用领域,太阳能热水系统已经广泛走进了我们的日常生活。

家庭是最常见的应用场景之一,许多家庭安装了太阳能热水器,不仅满足了日常的洗浴需求,还降低了能源开支。

在学校、医院、宾馆等公共场所,太阳能热水系统也发挥着重要作用,为大量人员提供热水服务。

工业领域同样离不开太阳能热水系统。

一些工厂将其用于生产过程中的加热环节,如印染、食品加工等,既降低了生产成本,又减少了对传统能源的依赖,实现了节能减排的目标。

农业方面,太阳能热水系统可以用于温室大棚的温度调节和灌溉用水的加热,有助于提高农作物的产量和质量。

太阳能热水系统在建筑一体化方面也取得了不错的成果。

在新建建筑的设计中,将太阳能集热器与建筑外观相结合,不仅美观大方,还能充分利用建筑表面的空间,提高太阳能的采集效率。

太阳能集热 温度

太阳能集热 温度

太阳能集热温度太阳能集热是一种利用太阳辐射能源的环保技术,通过集热器将太阳辐射转化为热能,广泛应用于供暖、热水等领域。

温度是太阳能集热效果的重要指标之一,直接影响能源的转化效率。

本文将深度分析太阳能集热与温度之间的关系,探讨温度对太阳能集热系统性能的影响。

一、太阳能集热原理:太阳能集热利用太阳辐射的光热转换过程。

集热器通过吸收太阳辐射,将光能转化为热能,提高工作介质的温度。

太阳能集热系统一般包括集热器、传热系统和能量储存系统。

二、温度与集热效率的关系:光吸收效率:集热器表面的温度直接影响光吸收效率。

温度升高,集热器对太阳辐射的吸收效率通常会下降,因为高温下表面反射和散射会增加。

传热效率:集热器内部工作介质的温度对传热效率有显著影响。

随着温度升高,传热效率通常会提高,但过高的温度也可能导致传热介质的过热损失增加。

热损失:高温下,集热器表面与周围环境的热损失增加。

因此,在高温环境下,需采用绝热材料减少热损失,提高集热效率。

三、温度与工作介质的选择:工作介质的种类:温度直接影响工作介质的选择。

低温条件下,常用的工作介质包括水和空气;高温条件下,可能需要采用高温油或其他特殊工质。

相变材料的应用:在一些集热系统中,通过相变材料可以更好地应对温度变化。

相变材料在相变时吸收或释放大量热量,起到调节温度的作用。

四、太阳能集热系统的升温问题:集热系统过热:在高温天气或光照较强的条件下,集热系统可能会出现过热现象。

此时需要采取降温措施,如增加散热表面、调整流体循环速度等。

过高温度对设备的影响:高温可能对太阳能集热系统的各个部件产生不利影响,包括光热转换表面的损伤、传热系统的性能下降等。

因此,在设计中需要考虑系统的耐高温性能。

五、温度与季节、地域的关系:季节变化:季节变化直接影响太阳能集热系统的温度。

在冬季,太阳辐射较弱,温度较低,需要通过优化设计提高效率;夏季则需应对高温和高辐射。

地域差异:不同地域的气候条件也会对太阳能集热系统的性能产生影响。

太阳能供暖系统的原理与应用

太阳能供暖系统的原理与应用

太阳能供暖系统的原理与应用太阳能是一种清洁、可再生的能源,具有广阔的应用前景。

太阳能供暖系统是利用太阳能将其转化为热能来供给室内供暖的一种系统。

本文将介绍太阳能供暖系统的原理以及在不同应用场景中的具体应用。

一、太阳能供暖系统的原理太阳能供暖系统的原理主要分为太阳能采集和热能分配两个部分。

1. 太阳能采集太阳能采集是指通过太阳能集热器将太阳辐射转化为热能的过程。

太阳能集热器通常由太阳能热水器、平板集热器、真空管集热器等组成。

这些集热器通过吸收太阳辐射散发的热量,将其转化为热能。

2. 热能分配太阳能采集的热能需要经过一系列的处理才能被有效地用于供暖。

热能分配包括热能储存、热能转换和热能传输三个过程。

热能储存:太阳能供暖系统一般采用蓄热式储能方式。

储能系统可以利用水箱、水井、石墨乳胶储热材料等储存热能,以便在夜间或阴天供暖。

热能转换:热能转换是指将储存的热能转化为可供暖的能源。

目前常用的热能转换方式包括水循环系统、空气循环系统和地板辐射系统等。

热能传输:热能传输是将转化后的热能传送到需要供暖的空间。

热能传输方式通常有水传输和空气传输两种,可以通过管道、散热器、换热器等设备将热能传输到不同的房间。

二、太阳能供暖系统的应用太阳能供暖系统可以广泛应用于家庭、商业以及工业领域。

具体应用场景包括以下几个方面。

1. 家庭供暖太阳能供暖系统在家庭供暖领域得到了广泛应用。

家庭太阳能供暖系统通常采用太阳能集热器进行热能采集,通过储热装置将热能储存起来,再通过管道将热能传输到不同的房间。

太阳能供暖系统不仅能满足家庭的供暖需求,还可以降低能源消耗,减少对传统能源的依赖。

2. 商业供暖太阳能供暖系统在商业领域也有广阔的应用前景。

商业建筑物通常需要大量的供暖能源,太阳能供暖系统可以为这些建筑物提供可持续的、清洁的热能来源。

例如,在酒店、写字楼、医院等场所,太阳能供暖系统可以减少对传统供暖方式的依赖,降低能源消耗,实现节能减排的目标。

太阳能集中供暖系统的设计与实施

太阳能集中供暖系统的设计与实施

太阳能集中供暖系统的设计与实施太阳能作为一种清洁、绿色能源,在现代社会中扮演着越来越重要的角色。

随着能源危机日益严重,传统能源消耗及环境污染问题日益突出,人们对可再生能源的需求也随之增加。

在这种背景下,太阳能集中供暖系统的设计与实施成为一个备受关注的话题。

一、太阳能集中供暖系统的原理太阳能集中供暖系统是利用太阳能集中器将太阳能聚焦到集热器上,通过热传导或流体传热的方式将热量传递到供热系统中,实现建筑物内部的供暖。

这种系统的核心是集热器,它可以是平板太阳能集热器、聚光式太阳能集热器或抛物面聚光型太阳能集热器等。

这些集热器能够吸收太阳辐射,将太阳能转化为热能,并传递给工质以实现供热。

二、太阳能集中供暖系统的设计要点1. 确定系统容量和供热功率在设计太阳能集中供暖系统时,首先要明确系统的容量和供热功率,这取决于建筑的面积、取暖负荷以及太阳能的利用率等因素。

通过合理的计算和分析,确定系统的尺寸和供暖能力,确保系统可以满足建筑的取暖需求。

2. 选择合适的集热器类型不同类型的集热器具有不同的特点和适用范围,因此在设计太阳能集中供暖系统时需要选择合适的集热器类型。

平板太阳能集热器适用于小面积建筑,聚光式太阳能集热器提供高温热能,适用于需要高温供热的场所,而抛物面聚光型太阳能集热器则具有较高的集光效率和集热温度。

3. 设计系统的传热和储热部分传热和储热部分是太阳能集中供暖系统中至关重要的组成部分。

通过设计合理的传热系统和储热装置,可以有效地提高系统的热能利用率,实现太阳能的最大化利用。

传热系统可以采用水循环或空气循环的方式,而储热装置常采用水箱或热媒罐等形式。

4. 考虑系统的运行控制和监测为了确保太阳能集中供暖系统的正常运行和性能稳定,需要设计运行控制和监测系统。

运行控制系统可以根据建筑的供暖需求和太阳能的供热状况实时调节系统的工况,提高系统的运行效率和节能性能。

监测系统可以实时监测系统的运行参数和性能指标,及时发现问题并采取措施保障系统正常运行。

太阳集热器

太阳集热器

3.4.2 集热器的基本能量平衡方程 根据能量守恒定律,在稳定状态下,集热器在 规定时段内输出的有用能量等于同一时段内入射 在集热器上的太阳辐照能量减去集热器对周围环 境散失的能量,即 QU = Q A – QL (3-6) QU —集热器在规定时段内输出的有用能量, W; QA —同一时段内入射在集热器上的太阳辐照能 量,W; QL —同一时段内集热器对周围环境散失的能量, W。
将式(3-14)和式(3-15)带入式 (3-6),可得到 QU = AG(τα)e - AUL(tp-ta) (3-16) 集热器效率的定义为:在稳态(或准稳态)条 件下,集热器传热工质在规定时段内输出的能 量与规定的集热器面积和同一时段内入射在集 热器上的太阳辐照量的乘积之比。即 η=QU/AG (3-17)

2、集热器效率曲线 将集热器效率方程在直角坐标系中以图形 表示,得到的曲线称为集热器效率曲线,或 称为集热器瞬时效率曲线。 在直角坐标系中,纵坐标y轴表示集热器 效率η,横坐标x轴表示集热器工作温度(或 吸热板温度,或集热器平均温度,或集热器 进口温度)和环境温度的差值与太阳辐照度 之比,有时也称为归一化温度,用T*表示。 所以集热器效率曲线实际上就是集热器效率 与归一化温差T*的关系曲线。
3.4.3 集热器总热损系数 定义为:集热器中吸热板与周围环境的平均 传热系数。 平板型集热器的总散热损失是由顶部散热损 失、底部散热损失和侧面散热损失三部分组 成, 即 QL = Qt + Qb + Qe =AtUt(tp-ta) + AbUt(tp-ta) + AeUe(tp-ta)
Qt Qb Qe---- 顶部、底部、侧面散热损失,W; Ut Ut Ue ---- 顶部、底部、侧面热损系数, W/m2K; At Ab Ae ---- 顶部、底部、侧面面积,m2; tp ---- 吸热板温度; ta ---- 环境温度。
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低发射率,吸收率应达到95%左右,在温度400摄氏度时,其发射率不大

于14%。

③罩玻璃管与钢管的熔封

玻璃与钢管之间的封接一直是一个很难解决的问题。钢管与玻璃光

学膨胀系数的差异,是由金属与玻璃之间一个连接法兰来抵消的,该连 接是由金属制成的。坚固的玻璃金属封接,是采用金属材料和相匹配的

膨胀系数玻璃的全新结合,钢管与玻璃之间的封接能够经受住强烈的天

采光形式 聚光集热器
利用反射器、透镜或其他光学器件将进入采光

口的太阳辐射改变方向并聚集到吸热体上的中
温太阳能集热器。

非聚光集热器
进入采光口的太阳辐射不改变方向也不聚集到
吸热体上的中温太阳能集热器。
跟踪太阳 跟踪型集热器
绕单轴或双轴转动全天跟踪太阳视运动的中温 太阳能集热器。
非跟踪型集热器 全天跟踪太阳视运动的中温太阳能集热
太 三、中温太阳能集热器

能 —中温真空管太阳能集热器

利中

温 真


计 师
管 集 热


热 管 式 真 空 管 集 热

结 构



讲师:马迎昌 玻 璃 金 属 真 空 管 集 热 器


讲师:马迎昌











内置反射器中温集热器
外置反射器中温集热器


讲师:马迎昌

热 利
中温真空管太阳能集热器—— CPC U型管中温真空管集热器(外置式聚光板)
造纸,食品,烟草,木材,化工,医药,纺织,塑料等

上述行业的能耗占工业总能耗大于22.7%



根据2007年年鉴,八个行业热能总消耗为2.26亿吨标煤,表中为

太阳能替代热能消耗 10% 折算成集热器面积计算结果;


潜力:若整个工业用热能10%被太阳能替代,则CO2减排量可达3.4亿
吨,以我国最新 61 亿吨CO2排放总量为基础,减排量可达5%。

0.4

0.3

0.2
0.1
0.0 0
0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16
Tm*[m2℃/W]


讲师:马迎昌



创造性与先进性
用 设
1)采用山东力诺公司与清华大学联合开发的新产品—中温太阳能真空

集热管,它具有高的太阳吸收比与低的半球发射比,各项性能优异。
用设Βιβλιοθήκη — 目前我国锅炉数量近50

万台,80%左右为燃煤锅炉。

耗煤量占全国原煤产量的

1/3。燃煤锅炉效率低、耗


煤量大、污染严重。

— 能源供应结构的变化,
节能环保要求日益严格,节
能减排任务更加艰巨。
讲师:马迎昌


讲师:马迎昌


利 ■太阳能热利用三阶段
用 太阳能热利用根据使用目的不同大致可分为三个阶段:
太 阳
四、槽型抛物面高温太阳能集热器
讲师:马迎昌


槽型抛物面高温太阳能集热器基本结构


由槽式抛物面反射镜、高温真空集热管、跟踪装置等几部

分组成。这种集热器可以将运行温度提高到400℃左右,是目

前太阳能热发电最成熟的集热技术。







讲师:马迎昌


高温真空集热管


高温真空集热管结构如图所示,它是由太阳能吸收管、玻璃罩
企业标准 (力诺瑞特)
≥0.62
≥0.40 ≤1.0 ≤0.010 ≥0.55
≥0.40 ≤0.8 ≤0.008
备注


讲师:马迎昌




中温真空管太阳能集热器的热性能要求:



一、要提高集热器的光学效率,需研制具有高太阳吸收

比、低半球发射比的吸收涂层,以及高太阳透射比

的罩玻璃管;

二、要降低集热器的热损失。
0.00 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 集热器温度tm [℃]


讲师:马迎昌

热 中温太阳能集热器与国际知名品牌集热器对比


1.0

0.9
0.8

0.7

0.6
η[-]

0.5
力诺瑞特中温集热器 cortec(法国) TMO600(英国) TUBO12CPC(德国)

0 —瞬时效率的截距,0 =F’()en,

()en—玻璃盖板或罩管的太阳透射比与吸收涂层太阳吸收比

的有效乘积(法向);

F’— 集热器的效率因子;

G —太阳辐照度;
a1 — 与集热器热损有关的系数;
a2 — 太阳能集热器瞬时效率非线性系数, 与集热器热损有关


讲师:马迎昌



抛物面反射镜分玻璃镜面,陶瓷镜面,金属镜面等。根据所需要的
计 温度不同可采用不同材质的反射镜面。金属镜面可采用进口材料,具有
师 极高的反射率,反射率可达95%以上,可以收集太阳能漫反射光线,并将
培 光线进行整理聚焦,可以有效提高集热器工作温度。

太阳能跟踪系统

抛物柱面槽式聚焦集热器只能收集太阳的直射光线,而对散射部分
设 轴跟踪只要求入射光线位于含有主光轴和焦线的平面内。两轴跟踪根据太

阳高度角和赤纬角的变化情况而设计,它具有最理想的光学性能,是最好

的跟踪方式,能够使入射光与主光轴方向一致,获得最多的太阳能。但设

备结构复杂,制造和维修成本高。单轴跟踪型只要求入射光线位于含有主

光轴和焦线的平面就行,且结构简单,跟踪精度要求不高或阳光充裕的地 方一般优先考虑单轴跟踪。




中温真空管太阳能集热器性能



中温集热器类型
0,a
计 师
t 无盖板有反射器 m
瞬时效率截距0,a

=150℃,
训 教
a1 W/(m2·℃)
a2 W/(m2·℃0,2a)

t 有盖板有反射器 m
瞬时效率截距0,a
=150℃,
a1 W/(m2·℃) a2 W/(m2·℃2)
讲师:马迎昌



资源种类
煤炭
石油
天然气
水力

(亿吨) (亿吨)
(亿M3) (GW装机)

探明可开采

储量
1145
32.736
11704
353

可开采年限 54-81年
15-20年
28-58年
38- 104年

可开采到 2060-2090 2020-2040 2035-2065 2045-2110




利 ■环境污染严重,环保任重道远
用 设
0 a1Tm* a 2G(Tm*)2


提高集热器效率的途径

提高集热器效率的途径主要有:

①提高玻璃管透光率,提高吸热体吸收率、降低吸热体发射比。
教 材
②提高反射镜反光率,提高集热热效率。
③保持真空管的真空度将吸收热体的对流换热损失降到最低程度。
④提高集热器的聚焦比,以提高集热器的热性能。








竖单排中温真空管太阳能集热器
太 阳 能 热 利 用 设 计 师 培 训 教 材
横双排无盖板中温真空管集热器
讲师:马迎昌 横双排带盖板中温真空管集热器


讲师:马迎昌



中温真空管太阳能集热器效率方程

0 a1Tm* a 2G(Tm*)2


其中: Tm* (Tm-Ta)/ G ,归一化温差;


讲师:马迎昌





计 太阳能中高温集热器及应用







讲师:马迎昌


利 用
目录


一、中高温太阳能热利用概述
师 培
二、中温太阳能集热器分类

三、中温太阳能集热器
教 材
四、槽型抛物面高温太阳能集热器
五、中高温太阳能集热器应用
太 阳
一、中高温太阳能热利用概述

讲师:马迎昌


■化石能源紧缺,需求压力巨大
提供的热量约占锅炉所需热



太阳能工业应用—概述


中国
欧洲

热力能耗占工 热力能耗占工

业能耗的53% 业能耗的67%

电力能耗占工 电力能耗占工

业能耗的47% 业能耗的33%
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