锥形流化床生物质气化技术和工程

利用生物质气化发电、生物质气化供气、生物质气化供热等技术,可以将各种生物质能转化成为高品位气体燃料、电力或蒸汽,是生物质高效转化利用的主要途径。流化床气化是生物质热化学转化的主要研究技术之一。本文主要论述了利用锥形流态化气化炉,对不同生物质原料,进行气化的工程化应用试验研究。应用锥形流化床气化技术,在江苏省和安徽省等地,建立了生物质气化供气、供热和小规模发电(400 kW)等三个不同用能形式的工程。并且从拟建立的6MW生物质热解气化发电的计算结果来看:生物质原料价格达250元/t以上,生物质单纯发电,经济上不可行;如果应用热电联供,并且利用热解气化的固体炭产品,则能够产生较好的经济效益。     

太阳能集热贮热石床系统的研究

太阳能热空气系统在农村中有着广泛的用途,其常用的各种显热和相变化贮热装置中,只有石床系统不仅在经济上而且在技术上均具有优越性。本文对集热贮热结合为一体的太阳能石床系统进行了实验研究,并对系统的热性能进行了评价。在实验结果的基础上建立了数学分析模型,并对影响石床温度场的各因子进行了模拟计算。     

随机鲁棒区间-生物质电厂选址风险分析模型

优化生物质发电厂厂址对于中国生物质发电行业意义重大。然而,生物质发电厂选址系统中包含多重不确定性和复杂性。忽略这些,将给生物质发电厂带来风险。因此,充分考虑生物质发电厂系统中的多重不确定性,将鲁棒随机规划（robust optimization,RO）与区间规划（interval parameter programming,IPP）融于两阶段规划（two-stage programming,TSP）框架中,建立基于随机鲁棒区间风险分析模型（stochastic robust interval model, SRIM）的生物质发电厂选址模型。该模型可以处理表现为离散区间和随机性的不确定变量。并且对于随机过程产生的风险进行追索,增强生物质发电系统的安全性。通过调节不同风险等级,可以对系统进行风险分析,利于决策者对系统安全性和经济性做出衡量。该文以装机容量为15 MW的生物质发电厂为案例。模型结果显示：该规划区域拟建设生物质发电厂数量为1,优化厂址介于（245,242）km至（250,247）km;各个燃料收储站优化配送方案;以及不同鲁棒等级下的系统风险和系统成本。通过模型得出的结果合理可行,可以为生物质电长选址提供科学的依据及决策支持。     

生物质能与冷热电气联产耦合系统研究进展

当前冷热电联产系统广泛与生物质气化、生物质厌氧发酵、生物质直燃等生物质能利用技术相耦合。合理耦合后不仅能发挥生物质资源储量大、分布广、可再生、低污染、利用方式多样等优点,更因生物质资源相较太阳能、风能等独有的可运输、可储存特点,可轻松实现冷热电的高效稳定输出,克服当前太阳能、风能等可再生能源利用时,由于可再生能源自身固有的时间不稳定性、空间不稳定性所带来的系统稳定性差的问题。凭借高能源利用率、低污染、运行稳定等优点,将生物质能利用技术与冷热电联产系统耦合越来越受到研究人员的青睐。该文综述了耦合生物质资源能源化利用的冷热电气联产系统的发展基础、系统集成、系统运行模式、系统多维评价及系统优化,结合当前研究现状,从多方面预测了相关系统的发展方向,为相关系统的推广与发展提供参考。     

集中式烤房供热工艺的比较

该文将以8座烤房为供热对象,对传统燃煤分散供热、燃煤蒸汽锅炉集中供热、煤气化集中供气、导热油锅炉集中供热、生物质沸腾炉集中供热、生物质气化集中供气等工艺技术的经济性进行研究比较,得到优化的烤房集中供热技术路线。比较发现,传统燃煤分散供热与其他几种系统相比,能源利用率低,对环境的污染大,在经济效益和环境效益方面均不如集中供热系统;综合考虑经济效益和社会效益,燃烟茎烟杆的生物质沸腾炉集中供热技术为最优烤房供热系统。     

生物质电站燃料供应系统物流模型建立与仿真

生物质物流设计与管理是生物质产品转化过程中最为重要的环节之一,为了优化设计物流过程,降低物流成本,该文建立了生物质电站燃料供应系统的物流模型,模拟生物质从不同收购站运至电站的物流过程。通过对广东湛江生物质直燃电站的物流系统进行分析,给定了设备数量的初值。利用该文建立的模型,以车次平均耗时、设备利用率和平均等待时间等参数考察物流状态,应用ExtendSim软件分析了货车、取样台、称质量站和卸载机等的数量变化对系统性能的影响,并进行了敏感性分析。针对不同时节,得到了农闲时成本最低,农忙时收购量最大的优化结果。该模型的建立与仿真可为生物质电站燃料物流系统的优化,保证燃料稳定供应提供参考。     

农田生物质能集约利用空间优化决策

发展农田生物质能源集约利用,是解决中国能源问题和环境问题的重要途径。由于农田生物质能空间分布的分散性、不连续性,所以对生物能源数量、空间分布特征以及其集约利用空间优化问题进行研究是生物质能源从研发走向实际应用的关键。该文以广东省为例,利用NPP（净初级生产力）模型获得可用农田生物质能生物量和空间分布状况,在此基础上,采用不同尺度的泰森多边形作为生物能源的初级筹集范围,应用遗传算法对生物质能集约利用的空间优化配置问题进行快速求解。结果表明,遗传算法和GIS模型结合对解决面域供应和点域需求问题具有明显的优越性,可为生物质能集约利用提供有效的空间优化方法;尺度效应对模型模拟结果有很大影响,当以10 km为邻近阈值建立泰森多边形作为初级筹集区域时,适宜度达到最大。该研究可为生物质能集约利用空间优化决策提供依据。     

生物质能技术的发展、经济和环境影响及展望

该文概述了生物质在整个能源供应中的重大贡献，以及国际上对生物质能的利用情况。对现代生物质能转换技术做了系统的介绍，分析了主要的生物质能转换途径的技术特点。根据生物质的生产成本和发电成本分析了生物质能的经济效益，从水土保持、农业生产、生物多样性等方面综合论述了生物质能开发利用对环境的影响。最后总结了生物质能发展的障碍并提出了相应的对策。     

江苏省生物质能资源调查与评估方案设计

生物质能既是近期急需的补充能源,又是未来能源系统的基础。利用好生物质能既可以减少化石能源的使用,同时又有利于环境保护。该文以江苏省为例,制订了生物质能资源调查与评估方案和技术路线,提出了生物质资源调查采用面上资源普查、家庭能源消费抽样调查和主要生物质资源专项调查相结合的方法,制订了资源调查和农户抽样调查的具体方案,提出了生物质能源资源评价、供需平衡分析、资源预测、生物质资源利用现状分析的重点和方法,为省级生物质能资源调查与评估方案的制订提供了方法。     

气相温度脉动对非球形生物质颗粒焦炭燃烧的影响

将生物质颗粒与煤粉混合燃烧,可以有效地利用生物质能。生物质颗粒通常形状很不规则,有着较大的长径比,非球形特性较为明显。对于在燃烧室内运动与燃烧的生物质颗粒,气相湍流脉动是否会对非球形生物质颗粒的燃烧反应过程产生作用有待探讨。该文研究了气相温度脉动对热气流中非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧的影响,给出了不同气相平均温度和颗粒长径比下生物质颗粒瞬时质量和瞬时焦炭燃烧速率随时间的变化。研究表明气相温度脉动对不同长径比的生物质颗粒的焦炭燃烧过程均有明显的影响,导致颗粒质量下降变快,焦炭燃尽时间变短。气相温度脉动幅度的增加进一步加快了不同长径比颗粒瞬时质量的下降。该文的研究揭示了气相温度的湍流脉动对非球形生物质颗粒瞬时焦炭燃烧过程的作用,这种作用并不会因为颗粒长径比的变化而发生改变。     

太阳能与生物质能联合驱动吸附制冷系统的适配性分析

针对生物质能作为辅助能源用于太阳能吸附制冷系统供冷的适配性,以已搭建的太阳能与生物质能联合驱动吸附式制冷试验台为研究对象,试验研究了双热源联合运行供能耦合的可能性。采用MATLAB软件动态模拟了双热源串、并联运行工况,并借助非线性最小二乘法对数据进行处理、分析。结果表明:串联运行时,按照模式2工况循环流动,可较好地实现系统热量的传递;并联运行时,通过对太阳能与生物质能联合供能的适配性研究,结合系统末端供冷需求和经济运行模式分析,得出太阳能与生物质能联合供能的最佳回水流量分配比值范围为0.5~0.6,提出适宜于双热源联合供能3种经济运行模式。研究结果可为改善制冷系统性能的稳定性、实现太阳能与生物质能的有效结合提供参考。     

光伏-环路热管/热泵热水系统在不同气候区性能对比与优化

为改善传统太阳能光伏/光热热水系统运行性能,拓展空气源热泵热水系统应用范围,该文针对一种太阳能光伏-环路热管/热泵热水系统开展了其在3种不同气候区运行性能对比及优化研究。分别选择北京、上海和广州作为寒冷、夏热冬冷和夏热冬暖地区典型气候代表城市,依据所建数学模型,模拟比对系统在3个地区的全年运行性能,分析了集热/蒸发器的朝向与安装倾角对系统运行性能的影响,并对其进行了优化;以传统空气源热泵热水系统为基准,采用全寿命周期成本计算方法分析了系统的经济可行性。结果表明,相同安装倾角正南朝向时,系统在广州的太阳能综合利用效率最高、节能性最佳;各地区理想安装倾角下,北京和上海正南朝向时系统节能效益最优,广州则南偏东30°时节能率最高;与传统空气源热泵热水系统相比,系统在北京、上海、广州的全寿命周期成本分别降低了58.75%、49.83%及53.09%,经济效益显著。     

基于混沌蚁群算法的冷藏车光伏储能混合制冷系统优化设计

针对冷藏车制冷系统能耗过高和车载光伏发电量不足等问题,设计一种冷藏车混合制冷系统,由光伏发电储能系统作为冷藏车辅助制冷动力来源,在冷藏车长时间停车时供电制冷。建立冷藏车混合制冷系统数学模型,进行样车试验,通过比较试验与仿真数据来验证冷藏车混合制冷系统模型的正确性,并在此基础上,提出将制冷效能系数和光伏发电经济系数作为冷藏车混合制冷系统评价指标,采用乘除法将这2个评价指标统一为目标函数。基于混沌蚁群优化算法,对冷藏车混合制冷系统进行优化设计,优化结果表明:制冷效能系数从0.542降低到了0.402,光伏发电经济系数从0.464升高到了0.840,优化后的冷藏车混合制冷系统更加节能经济。     

风光互补发电系统中混合储能单元的容量优化

通过配置容量合适的蓄电池-超级电容器混合储能单元,可以提高风光互补发电系统供电的连续性和可靠性。该文在风力发电、光伏发电、蓄电池和超级电容器的稳态模型基础上,建立了蓄电池-超级电容器混合储能系统的容量优化模型,提出了混合储能单元的多目标优化函数,并对各种约束条件进行了探讨,采用遗传算法对目标函数进行了求解。通过对算例系统的求解,证明了该文所建模型和算法的正确性。结果表明,该文提出的方法可为风光互补发电系统中混合储能单元的容量优化提供参考。     

厌氧发酵反应器一维稳态传热模型的建立与验证

在北方高寒地区,采取适当的加热及保温措施,确保沼气厌氧发酵所需的稳定温度,是关系到沼气工程冬季能否正常运行的关键所在。厌氧发酵反应器传热耗热量是沼气发酵料液加热系统设计的最基本的数据,它直接影响着加热系统方案的选择、供热管道管径和加热器等主要设备的确定。该文在稳态传热理论的基础上,通过对集厌氧发酵和沼气收集为一体式的全地上反应器传热过程的理论分析,建立了一维稳态传热模型,并通过试验对传热模型进行了修正和验证。结果表明,通过模型计算得到的模拟值与实际值在统计上没有明显差异,传热模型可用于反应器耗热量的计算。这为今后大型沼气工程中厌氧发酵反应器热负荷的计算和反应器能耗的预测提供了依据。     

太阳能辅助闭式热源塔热泵系统冬季制热性能

热源塔热泵系统以空气为冷热源,在冬季制热时其性能会随环境温度的降低而降低。为此研发了可应用陕南地区农村建筑的太阳能辅助闭式热源塔热泵系统,试验研究了冬季工况下系统的制热性能,初步分析了太阳热能与空气热能的互补机理。研究结果表明:系统制热量范围为12.1～15.2 k W,热泵机组性能系数范围为2.3～3.5,系统能效比范围为1.5～2.4,供热温度高于41℃;冷却水温度对压缩机耗电量的影响程度大于防冻溶液温度,冷却水平均温度每升高1℃,压缩要耗电量增加98.1 W,而防冻溶液平均温度每升高1℃,压缩机耗电量减小9.5 W;太阳能辅助热源塔热泵制热模式下,热泵机组通过改变防冻溶液与空气和集热工质换热温差的方法来改变防冻溶液从空气和集热水箱中的吸热量,以实现空气热能与太阳热能的互补。建议在实际应用中应避免供热温度过高以减小压缩机耗电;在集热水箱温度较高时通过降低风机频率减小风机耗电以提高系统综合能效,但应避免风机低频率工作可能给机组安全运行带来的隐患。     

封闭牛舍的温热环境控制

介绍了育肥牛舍内的环境要求，如空气温度、湿度、气流速度、光照等诸参数的最佳范围值。探讨了我国北方封闭牛舍内，为了满足冬季育肥牛饲养要求而采用的温热环境控制方法和具体设施。通过在最冷的月份对太阳能供暖舍内的各环境参数的监测、与基本要求对比得出结论：封闭舍内采用空气式太阳能供暖，用于冬季育肥牛饲养是完全可行的，经济效益较高，有推广前景     

日光温室地源热泵供暖碳足迹的生命周期分析

为分析日光温室地源热泵供暖的碳足迹,该文以日光温室地源热泵供暖系统中浅层地热能的存储、提取、制冷压缩提升和温室末端供暖整个过程为研究对象,对系统的温室气体排放和单位温室供暖面积的排放水平进行分析,构建基于生命周期分析LCA(life cycle assessment)的日光温室地源热泵供暖碳足迹分析方法。同时以北京地区日光温室地源热泵系统冬季供暖采集的试验数据为依据,分析和计算出北京地区日光温室在采用燃煤和燃气2种不同发电方式下地源热泵系统的供暖碳足迹和基于20 a和100 a温室地源热泵供暖碳足迹的全球变化潜能(global warming potential,GWP,单位为二氧化碳当量排放-CO2-eq.)的变化。研究表明,在北京地区采用燃煤和燃气驱动地源热泵系统的碳足迹GWP分别为257和72 g/(m2·d)。基于100 a的GWP总量比20 a的计算值分别减少了1.6%和5.4%。对比荷兰Venlo型温室天然气供暖,该研究中采用燃煤发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹是其1.39倍,而燃气发电驱动日光温室地源热泵供暖的碳足迹仅为Venlo型温室供暖的41%。采用燃气发电驱动的地源热泵供暖系统具有更低的碳足迹。     

农村生物质气化燃气分散供暖经济和环境效益分析

为了充分利用农业废弃物资源,改善北方农村冬季供暖条件,该文对生物质气化燃气分散式供暖技术进行了经济和环境效益分析,探讨其在农村供暖中的可行性。生物质气化分散式供暖具有节约能源、减少大气污染、温度调节方便等优点。通过借鉴天然气分散式供暖的研究成果和对生物质气分散式供暖进行分析,结果表明采取分段式控温、分房间控温和建筑物节能改造等手段可将供暖费用降到合理水平,基本与城市供暖费用相同。通过该文分析可知生物质气化燃气分散式供暖可以作为农村供暖的一种新模式。