户用太阳能恒温沼气生产系统全年产气性能试验

为满足北方农户全年生活燃气需求和研究户用恒温沼气池的产气特性,研发了发酵容积为3 m3的地上式太阳能恒温沼气生产系统。从沼气池的产气稳定性,不同发酵温度、不同发酵原料下的产气性能,全年产气特性4个方面对该系统做了试验研究。在兰州地区气象条件下,厌氧发酵试验结果发现:该太阳能恒温产气系统可全年稳定连续运行,全年累计产气398.52 m3;当最低环境温度分别高于-19.9、0.7和6.9℃时,系统可以实现26、28和37℃恒温厌氧发酵;当猪粪与农户常见的玉米秸秆、蒿草、莲花菜叶按一定比例混合发酵后,可显著提高沼气中甲烷体积分数并延长或缩短发酵周期。     

地上式户用太阳能恒温沼气池产气性能

为突破传统砖混沼气池产气不稳定、产气速率低、冬季不产气的问题,研发并搭建了新型地上式户用太阳能恒温沼气池,系统主要由集热面积为2.96 m2的全玻璃真空管太阳能热水器、2m×2m×3.2m保温室、3m3软体沼气池和3m3储气袋构成,试验研究了冬季条件下系统的产气性能,结果表明:39d内,当环境温度在-19.8~-10.0℃变化时,太阳能集热器可以保证恒温沼气池在(26±2)℃稳定运行,恒温沼气池累计产气42.520m3,平均日产沼气1.380m3,甲烷平均体积分数58.2%;系统可保证4~5口农户的生活燃气需求。地上式户用太阳能恒温沼气池对利用农村有机废弃物资源满足农民燃气需求有重要意义。     

退耕区户用沼气的生态环境效益评价

为了评价退耕区户用沼气的生态环境效益,该研究依托陕西省退耕区户用沼气减排项目,根据森林生态服务功能评估规范提供的固碳释氧量计算方法、清洁发展机制(CDM,clean develop mechanism)执行理事会公布的方法AMS-III.R和国际通用的减排量计算方法,采用保护林地面积、温室气体减排量和二氧化硫减排量3个指标对退耕区6个乡镇2543户农村沼气工程生态环境效益进行了评价。结果表明:退耕区农村户用沼气池的建设不仅保护了林地,增加了森林的覆盖面积,而且减少了温室气体和空气污染物SO2的排放。项目实施后,年保护林地507.77hm2、减排温室气体7428.40t(以二氧化碳计)、减排SO21594.57kg。该研究可为农村可再生能源的发展及生态环境的评估提供参考。     

带跟踪系统的太阳能加热装置促进沼气生产的研究（英）

该研究旨在探索如何利用太阳能增温系统促进沼气生产,研究对象为一个容积为100 m3的沼气发酵装置,该沼气装置位于陕西省淳化县润镇中学,用于处理该校公厕粪污。陕西省淳化县润镇1月的平均气温为-1.6℃,最低气温达-15℃,平均太阳辐射为4.5 kwh/m2,没有加热系统的沼气池在冬季基本停止产气,为解决这一问题,在润镇中学配套建设了由120 m2的日光温室和总面积为20 m2的热管太阳能集热器组成的太阳能增温系统,并配合使用电加热系统。在冬季,此太阳能系统每天可促进沼气发酵装置多生产12 m3沼气,产出的沼气可输送到学校厨房,具有较好的经济效益。此外,设计了带有自动跟踪系统的抛物面太阳能聚光器（PTC）和日光温室组合系统为沼气发酵装置增温,以期得到更好的增温效果和更高的沼气产量。     

农户采用小型户用沼气意愿影响因素的定量分析

因地制宜, 结合实际, 充分考虑农户意愿和承受能力是小型户用沼气建设、推广取得成功的关键。本文对河北平原农村小型户用沼气建设的现状及使用中存在的问题进行了问卷调查, 并运用Logistic 模型定量分析了影响小型户用沼气建设意愿的因素。结果表明, 调查区大多数农户愿意建设和使用小型户用沼气, 小型户用沼气的建设信息主要来源于沼气技术推广部门, 技术和信息来源单一; 小型户用沼气建设的服务体系有待改进。农民参与小型户用沼气建设的意愿与受教育程度呈显著负相关, 与农户人均纯收入和劳动力占家庭总人口比重呈显著正相关。因此, 在农村小型户用沼气建设制度设计中, 不仅要充分考虑农民的保障需求水平和经济承受能力, 兼顾制度的公正与效率, 还要充分考虑农户家庭成员的个人特征、家庭特征和生产经营特征。结合相关部门提供的服务、政府支持等多种因素促进小型户用沼气的推广应用。     

“四位一体”户用沼气工程建设对农民种植行为影响的计量经济学分析

运用统计学方法分别从描述统计量和计量经济模型两个方面分析了生态家园建设对农户种植行为的影响。结果发现，在实施了生态家园建设之后，农户的种植品种明显增加，种植热情和种植技术迅速提高，农业种植生产方式由原来的半自给自足的粗放式经营方式向以市场为导向的、以高投入高产出为特征的集约化经营方式转变。生态家园建设具有明显的增收作用。同时，农户参与生态家园项目建设具有明显的技术进步效应。它打破了过去农业生产常规模报酬的特征，改变了依赖要素投入提高产量和种植收入的传统种植思维和实践方式，有利于农业生产向依赖技术进步发挥规模报酬效应实现增收目标的生产方式转变。     

基于AHP法的山东省农村户用沼气建设绩效评价指标体系研究

近年来,为了缓解农村生活能源短缺问题,山东省加大了对农村户用沼气建设的投资力度。为了更好地进行山东省农村户用沼气建设的绩效评价,确定影响农村户用沼气建设绩效的因素,需要建立一套适合于山东省农村地区的户用沼气建设绩效评价指标体系。本文运用层次分析法,筛选出影响山东省农村户用沼气建设的4类19个主要特征因子作为评价指标进行等级化处理并确定其权重,从而建立了山东省农村户用沼气建设绩效评价体系模型。     

寒区沼气工程地下水源热泵加热系统能效分析

在北方寒冷地区,沼气工程加热系统如何能有效、合理地利用能源,提高能源利用率,是沼气工程实现低能耗,高产能必须解决的现实问题。该文依据地下水源热泵加热系统在沼气工程中应用的实例,建立了以?效率、热效率以及能级系数为评价准则的沼气工程加热系统能效分析模型,并通过对加热系统实际运行参数的测试,得到了沼气工程用户系统?效率为97.8%,地下水源热泵机组系统?效率为13.4%,沼气工程加热系统总的?效率为13.1%;加热系统总的热效率为85.3%;沼气工程用户耗热量的能级系数为0.161,用户供给热量的能级系数为0.164,地下水源热泵机组的能级系数为0.567。结果表明,对于沼气工程低品位热能用户,采用低温水供热科学合理;热泵机组系统回收了地下水中低品位热能,节约了高品位电能,加热系统能的数量有效利用程度较高;但热源与用户之间供需能质存在差异,在能质利用方面还需进一步完善。该结论可为今后沼气工程选择合理的加热模式提供参考依据。     

户用型可再生能源发电系统在苏尼特右旗应用的调查分析

中国西部地区风力资源和太阳能资源都非常丰富,利用当地资源和能源通过发展户用可再生能源发电系统(独立风能、独立太阳能和风光互补发电系统的统称)来解决牧民的用电问题.该文通过对内蒙古自治区锡林郭勒盟苏尼特右旗牧区户用型可再生能源发电系统的使用情况、牧民经济条件进行调查,分析了当地风能和太阳能等地区资源,推广户用型可再生能发电系统过程中所存在的问题及原因.通过调查发现,支付能力低和技术维护的非专业性是阻碍户用型可再生能源发电系统可持续发展的主要障碍.在现有条件下,通过优化系统配置可以有效的降低系统成本、提高系统使用的可靠性.     

中国农村户用沼气工程建设对减排CO2、SO2的贡献--分析与预测

农村户用沼气工程是中国可再生能源建设的重点项目,可为农村居民生活提供清洁的可再生能源,该工程的建设能减轻农村环境污染,有助于部分缓解全球气候变暖的趋势.该文根据国际通用的减排量计算方法,对中国农村户用沼气替代传统生物质能和煤炭所产生的CO2和SO2的减排量进行了计算分析,为制定农村能源发展战略和农村环境发展规划提供参考.研究结果表明,在1996～2003年间,每年可减少CO2排放39.76～419.39万t,减少SO2排放2.13～6.20万t.通过对2010、2020和2050年沼气替代农村传统能源减排CO2和SO2量的预测,证明农村户用沼气工程的建设可以有效减少CO2和SO2的排放.     

太阳能与发电余热复合沼气增温系统设计

为了实现大中型沼气工程在北方寒冷地区的应用推广。该文针对北方寒冷气候特点,以哈尔滨双城市沼气工程为例构建了1套太阳能-发电余热中温厌氧发酵增温系统,阐述了该增温系统的设计原理,并对沼气发酵热负荷、发电机组余热回收利用率、太阳能集热装置热效率等关键参数进行了理论计算。计算得出该沼气工程全年平均每日热量的损失为6659.2 MJ,太阳能-发电余热中温厌氧发酵增温系统全年平均每日集热量为7017.6 MJ。通过对增温效果与该工程的热量损失进行对比,表明12、1、2月份系统需沼气发电机组额外提供372.2、369.4、208.3 kWh电量增温,其余月份系统可以实现发酵工程每日热量损失的补充,保证该工程的稳定运行。在8月份对示范工程的一次发酵罐体进行了增温效果测试,表明该增温系统在28 d左右可将该发酵罐内物料温度提升到中温发酵水平。该文为北方寒冷地区大中型沼气增温保温设备的配套建设提供参考。     

寒区沼气工程热能损耗分布规律及节能途径探讨

热能损耗是制约沼气工程在北方寒冷地区发展的瓶颈问题。全面系统分析沼气工程全年热能损耗,探寻其分布规律,是实现沼气工程节能降耗的基础和前提,也是全面科学评价沼气工程加热系统合理有效地利用能源,提高能源利用率的依据。沼气工程热能损耗主要包括工程新投入的发酵原料温升所需的耗热量和厌氧发酵反应器的传热耗热量2部分。该文以月为单位建立了沼气工程各项热能损耗的计算模型,并将模型应用到黑龙江省哈尔滨市一中温厌氧发酵的沼气工程中,获得了沼气工程全年各月热能损耗量。结果表明,在厌氧发酵反应器各月的总热能损耗中,厌氧发酵反应器围护结构的传热耗热量占总耗热量的比例约为70%～90%,厌氧发酵反应器节能的关键在于围护结构的节能,减小反应器的体形系数,增大围护结构导热热阻,可有效降低厌氧发酵反应器能耗;在各月沼气工程的总热能损耗中,发酵原料温升能耗占沼气工程总能耗的比例约为85%～95%,此项能耗是沼气工程加热系统能源消耗过程中的薄弱环节,回收沼气工程排出沼液中的余热,是实现沼气工程节能降耗的有效途径;通过对各月沼气工程产能与总热能损耗的对比分析,沼气工程热能损耗量占产能量的比例约为15%～37%,沼气工程在保证正常的中温厌氧发酵的情况下,产能量远大于热能损耗量,在北方寒冷地区实现沼气工程正能输出是可能的。该文研究结果可为今后全面科学合理评价沼气工程用能状况,减少用能过程的损失和浪费,实现沼气工程低能耗、高产能提供参考依据。     

太阳能蒸汽爆破和微波预处理对玉米秸秆产沼气的影响

为提高秸秆沼气工程效率,该文以玉米秸秆为原料,分别采用太阳能蒸汽爆破和微波辐射2种方法对其进行预处理,考察中温(35℃)条件下2种预处理方法的产沼气效果。试验结果表明:在接种量200g、发酵温度35℃、启动负荷22.6g/L(以总固体TS计)的试验条件下,2种方法均可破坏玉米秸秆原有刚性结构,使其易与厌氧微生物接触而被降解,其纤维素、半纤维素、木质素含量分别降低7.82%、50.56%、36.33%和20.13%、20.97%、54.03%;2种方法预处理后玉米秸秆沼气发酵TS(总固体)产气率分别达到239.89和281.45mL/g,VS(挥发性固体)产气率分别达到296.02和332.28mL/g,日均产气量分别达到320和334mL(分别高于对照15.11%和20.14%),同时料液滞留时间比对照分别减少42.11%和31.58%。该研究为秸秆预处理及提高秸秆沼气工程发酵效率提供了参考。     

蓄能型振荡热管太阳能集热器的热性能

太阳能集热器是太阳能热泵系统的核心部件.该文设计了一种蓄能型振荡热管太阳能集热器,将其应用于蓄能型太阳能热泵系统中,可根据太阳辐射强度切换工作模式,实现太阳能分季节全天候利用,能提高系统热力性能.搭建了蓄能型振荡热管太阳能集热器热性能测试试验台,对振荡热管换热器内充灌不同工质(R134a、乙醇/水、丙酮/水)、集热管内分别利用空气显热蓄能或者石蜡潜热蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器在白天和夜间工况下的热性能开展了试验研究.结果表明:振荡热管换热器内充灌R134a的集热器,白天工况下集热效率最高,平均集热效率在0.45以上,利用石蜡蓄热时最高达到了0.90;日有用得热量最大,最低可达到7.14 MJ/(m2·d);夜间工况下供热水水温最高.无论利用空气和石蜡蓄能,白天工况下集热器瞬时集热效率均与太阳辐射强度的变化规律相反.真空管内利用石蜡蓄能的蓄能型振荡热管太阳能集热器,阴雨天其集热效率远高于利用空气蓄能的集热器,平均提高64.0％,夜间供水水温均能保持在50℃以上,高于利用空气蓄热的集热器.该研究可为蓄能型太阳能热泵的推广应用提供参考依据.     

蓄能材料对内插热管式太阳能热泵系统冬季性能的影响

为充分利用太阳能,提高太阳能热泵系统能效比,该研究提出了一种蓄能型内插热管式太阳能热泵系统,可实现太阳能分季节最大化利用。搭建了系统性能试验台,在南京地区开展了2 a的试验研究,对比分析了相近环境条件下充灌或未充灌相变材料的系统瞬时集热效率、平均集热效率、系统性能系数和供水水温等随太阳辐射波动性的变化规律。结果表明在与冬季白天相近的太阳辐射强度、太阳辐射波动性和环境温度下,充灌相变材料系统的瞬时集热效率波动性比未充灌的系统降低近60%,平均集热效率较未充灌的系统提高25%以上。夜间工况下,充灌相变材料系统的COP(coefficient of performance)可达3.0以上,且能更快达到供热水温50℃,时间缩短20%以上。研究结果可为太阳能热泵系统的推广应用提供参考。     

微热管阵列式太阳能平板空气集热器集热性能

该文在传统平板太阳能空气集热器基础上,结合高效热导元件—微热管阵列(micro-heat pipe arrays,MHPA),提出一种全新的平板式太阳能空气集热器,阐明了该集热器的基本结构和工作原理,深入分析了该新型集热器的传热机理。对集热器的热损失情况进行了理论分析,并对该新型集热器的非稳态集热特性进行了试验研究。通过测试该集热器在不同条件下的集热特性,分析了运行参数及气象参数对其性能的影响规律。结果表明,该集热器在风量为290 m3/h,瞬时集热效率稳定在68%,且具有结构简单,可靠性高,集热效率稳定的特点。     

利用旋流效应强化平板型太阳能空气集热器性能

为了进一步提高平板型太阳能空气集热器热性能,该文提出一种在集热腔室内引入旋流效应的方法,并建立数值模型,分析了旋流类型和旋流强度对集热性能提升效果的影响,通过对旋流型集热器内部的流动及换热特性进行分析,揭示旋流强化集热器热性能机理。计算结果表明,主动旋流的集热性能提升效果明显优于被动旋流;与无旋流对照模型相比,主动旋流型集热器的集热效率增长率最高可达23.83%,且对于特定尺度的集热器,存在最佳的旋流强度。试验结果表明,旋流方法对集热器集热性能的提升效果受流量影响较大。在小流量下,旋流对集热器性能提升较为明显,集热效率增长率可达13.24%;大流量下的提升效果则不明显。本文研究结果对平板型太阳能空气集热器的性能优化提供了一种思路。     

溶液热回收型太阳能集热/再生器的再生性能分析

该文使用溶液热回收的方法提高太阳能集热/再生器(collector/regenerator)的再生效率。通过数值模拟的方法分析玻璃盖板高度、溶液参数、空气参数、太阳辐射强度等因素对溶液侧有热回收的太阳能集热/再生器再生效率的影响。结果显示,在模拟条件下,使用热回收器使装置的溶液再生段由1 m升高为1.5 m,再生效率增加约93.6%,相当于C/R板长近似增加0.8 m,且热回收器效率越高装置再生性能越好;流量参数存在最佳值使得再生效率最高,且空气流量(溶液流量)的最佳值随着溶液流量(空气流量)的提高而增加。空气流量的较佳范围为100~150 kg/h,溶液流量的较佳范围为8~15 kg/h;在流量参数的较佳范围内,分析玻璃盖板高度对系统性能的影响,发现玻璃盖板高度的较佳范围为0.08~0.1 m;加热溶液比加热空气更能有效的提高再生效率;减小溶液的浓度或减小再生用空气的相对湿度,均会提高再生效率;在全年太阳能辐射强度较强地区宜采用带热回收器的C/R装置。这些结果为太阳能集热/再生器的设计和性能分析提供了一定的理论依据。