全混式厌氧发酵池加温负荷模型及其影响因素试验研究

沼气工程全混式厌氧发酵池加温负荷计算准确性关系到整个系统设计合理性、运行稳定性和系统经济性,明确加温负荷模型并了解主要因素对其影响特性非常重要。针对上海实际沼气工程全混式厌氧发酵池热过程,建立加温负荷物理和数学模型,为分析加温负荷各组成部分的大小、对全年加热量的影响,提出月平均负荷百分比、月围护结构散热率、月平均池容日负荷、全年池容总加温负荷以及设计池容加温负荷5个指标。考察不同发酵温度和顶膜保温层厚度等主要因素对加温负荷的影响得出:上海地区发酵温度为(30±1)、(35±1)℃的加温负荷约是发酵温度为(25±1)℃的1.54和1.94倍;发酵温度35℃相对于发酵温度30℃,总加温负荷增加约40%,同时热量获得的难度加大,源侧进水温度相同时热泵机组制热能效比(coefficient of performance,COP)下降约0.6;确定经济发酵温度为30℃;通过对比顶膜采用橡塑保温层厚度分别为0、25、50和75 mm对加温负荷的影响,得出每增加25 mm橡塑保温层后围护结构散热负荷减少率为67.99%、16.49%和7.28%,总加温负荷减少率为48.02%、7.17%和2.85%,确定上海地区顶膜经济保温层厚度为50 mm。根据模型计算加温负荷结果与实际工程试验计算结果相比,相对误差在0.6%~7.8%之间,结果可以为沼气工程加温负荷计算和保温层厚度提供参考。     

光伏发电技术在温室中的应用形式研究

因土地资源限制、常规化石能源污染环境和设施农业迅速发展等原因,太阳能光伏发电技术与温室的结合得到广泛应用。为了探究太阳能光伏组件的铺设对温室内部环境的影响,总结归纳了国内外学者对不同种类的光伏温室在光伏覆盖面积和排布形式方面的研究成果,得到晶体硅光伏温室覆盖率20%和非晶硅光伏温室覆盖率30%左右时对温室内作物生长影响较小,适当的光伏覆盖面积还可以提升作物的品质,并且在炎热的夏季能够起到很好的遮阳效果。在文献研究基础上,创新地将薄膜光伏电池用于温室外遮阳系统,并且通过可旋转的光伏遮阳板,根据温室对光的实时需求自由调节遮光率。     

植物工厂生物质废弃物厌氧消化循环利用可行性探讨

针对植物工厂生物质废弃物的特点,在总结已有文献的基础上,参考传统预处理和厌氧发酵系统常用工艺,制订了植物工厂废弃物厌氧消化循环利用系统,创造性地将单乙醇胺法脱硫用于沼气脱硫上,对系统进行了完善。从该系统主要组成部分包括预处理系统、厌氧消化系统、沼气净化系统、沼气、沼液和沼渣(三沼)利用等方面,从植物工厂生物质废弃物厌氧消化循环利用的角度,对其进行了可行性分析。结果表明:植物工厂生物质废弃物厌氧消化循环利用三沼可行,但受植物工厂规模的限制,不同规模的植物工厂生物质厌氧消化沼气产量不同,小型植物工厂废弃物厌氧发酵后沼气不适合用于供热、发电,仅适合小规模使用(如沼气灯、沼气灶等),大型植物工厂废弃物厌氧发酵产生的沼气可以用于供热和发电。     

蓄能型地源热泵式植物工厂供能系统节能运行调控

蓄能型地源热泵式植物工厂供能系统虽然避免了传统化石能源供能所存在的一次能源利用率低且污染严重的问题,但目前缺乏长期运行经验。以上海崇明自然光植物工厂为例,对蓄能型地下水源热泵供能系统进行节能运行优化调控。研究发现该系统存在3种不合理运行情况:A.植物工厂热负荷为负值时热泵仍继续供热、B.热泵向蓄热水箱输出过多热量蓄热、C.热泵在用电高峰时仍运行。经过优化调控后,避免A运行情况,第1季度热泵最终可减少输出能量21.55 GJ,可减少耗电1 012.50 kWh,折合成电价可节约747元;避免B运行情况,设定第1季度热水充满率上限为85%,在保证热泵充分供能植物工厂前提下,可减少输出97.2GJ能量;避免C运行情况,热泵总输出能量不变,将第1季度中热泵140.25 GJ的热量转移到平价阶段输出,可以节约5 530元,此时电量总计8 654.07 kWh。通过优化自然光植物工厂供能系统运行过程,可以节能降耗,经济运行。     

太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统TRNSYS模拟

利用TRNSYS软件对太阳能-地源热泵式沼气工程加温系统进行仿真模拟,得出该系统某一典型天和全年能量利用效果:在冬季最冷的典型一天,总供热包括热泵耗电量、水泵耗电量、地埋管和集热器总集热量共225.52 MJ/d;总耗热包括沼气池维护结构散热和加温料液负荷共208.57 MJ/d。除去无供热效果的水泵耗电部分,能量输入和沼气池热负荷基本趋于平衡;系统全年共消耗热量46 657.32 MJ,可再生能源(太阳能和地热能)提供74%;其中,太阳能热利用贡献63%,地热能贡献37%,表明该加温系统可高效利用可再生能源。系统全年向地下蓄热总量为7 630.99 MJ,吸热总量为12 954.81 MJ,蓄热量虽不能完全满足供热量的需求,但可以在一定程度上缓解土壤的冷热失衡。     

沼气发酵池动态热负荷特性研究

温度是影响沼气发酵产气率的关键因素,发酵池的热负荷是沼气工程加温系统设计与选型的基础,关系到发酵系统的稳定运行与加温系统的经济性。精确计算出发酵池热负荷,有利于将加温系统供能侧与发酵池需能侧匹配,并探索出加温系统的最佳系统配置和运行策略,以降低能耗和成本。在分析沼气工程发酵设备物理和数学模型基础上,采用逐时累加法计算发酵池围护结构散热量,得到发酵池热负荷的全年动态变化规律,将稳态算法的时间步长由1个月缩短到1 h,提高了计算精度。研究结果表明,在(25±1)℃、(30±1)℃和(35±1)℃3种不同工况下,热负荷的模型计算结果与试验测量结果相对误差分别为-5.98%、3.93%和5.39%,对于沼气工程保温和增温设计具有一定的理论意义和参考价值。