【摘要】：我國甘南藏區(qū)海拔較高,冬季氣候嚴(yán)寒。藏區(qū)居民居住分散,冬季常用煤炭和干牛糞采暖,用能方式十分落后,能源利用率低下,環(huán)境污染嚴(yán)重。與此同時,甘南藏區(qū)太陽能和生物質(zhì)能資源十分豐富,利用太陽能和生物質(zhì)能供能的潛力巨大。為了有效解決藏區(qū)建筑供能的問題,實(shí)現(xiàn)太陽能和生物質(zhì)能高效清潔利用,本文在課題組前期研究成果的基礎(chǔ)上,對農(nóng)牧民生產(chǎn)生活習(xí)慣、建筑結(jié)構(gòu)、實(shí)際需求進(jìn)行調(diào)研,利用當(dāng)?shù)刎S富的太陽能和生物質(zhì)能資源,在甘肅省合作市上浪坎木村一座建筑面積為170 m~2含有被動式陽光間的單體建筑上搭建了一套熱電沼氣聯(lián)供系統(tǒng),該系統(tǒng)以太陽能和生物質(zhì)能為能量輸入,可以為用戶提供冬季采暖、生活用電、生活熱水和炊事燃?xì)?滿足用戶不同層次的用能需求。通過對該系統(tǒng)進(jìn)行整個采暖季的現(xiàn)場測試,揭示了系統(tǒng)在實(shí)際工況下的供能性能,評價了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會效益并對系統(tǒng)進(jìn)行能量分析,根據(jù)試驗(yàn)研究結(jié)果對系統(tǒng)提出優(yōu)化,并分析優(yōu)化后系統(tǒng)性能。本文主要研究結(jié)果如下:(1)對于太陽能主被動聯(lián)合采暖子系統(tǒng),在極大部分測試時間里都可以完全滿足建筑需熱量要求,僅在最冷月份系統(tǒng)供熱量略低于建筑需熱量,在整個采暖季系統(tǒng)的供熱量占建筑總需熱量的94.4%,當(dāng)環(huán)境平均溫度高于-4.1℃時,系統(tǒng)可以完全滿足建筑采暖需求,當(dāng)日平均太陽輻射量在最冷月份低于15.9 MJ/m~2時,系統(tǒng)的供熱量不能滿足建筑需熱量要求。(2)對于光伏發(fā)電子系統(tǒng),在測試期間日均發(fā)電3.1 kWh,實(shí)際光電轉(zhuǎn)化效率為7.6%,在大部分測試時間內(nèi),發(fā)電量均高于用電量,剩余的發(fā)電量可儲存在蓄電池中。在發(fā)電量不足的情況下,可以依靠蓄電池組來滿足用電需求,利用多元線性回歸得到了光伏子系統(tǒng)日發(fā)電量與太陽輻射量和環(huán)境溫度的關(guān)系,太陽輻射量對光伏發(fā)電量呈正相關(guān)性,環(huán)境溫度呈負(fù)相關(guān)性。(3)對于太陽能恒溫發(fā)酵子系統(tǒng),測試期間內(nèi)發(fā)酵溫度穩(wěn)定在28℃左右,系統(tǒng)共處理羊糞2.7 m~3,累計(jì)產(chǎn)沼氣95 m~3,沼氣池日均產(chǎn)氣0.76 m~3,平均甲烷含量為52.4%,雖然日產(chǎn)沼氣量有所波動,但依靠儲氣袋的調(diào)節(jié)同樣可以為用戶連續(xù)提供炊事燃?xì)?滿足用戶的燃?xì)庑枨蟆?4)分析整個系統(tǒng)在最冷月12月份和1月份的能量分布情況,系統(tǒng)共輸入能量10513 kWh,輸出能量4536 kWh,系統(tǒng)輸出能量和散熱損失分別占總輸入能量的43.1%和43.9%。優(yōu)化集熱器儲熱水箱位置后系統(tǒng)的輸出能量提高了39.3%,對建筑添加外保溫后節(jié)能率提高22.8%。(5)系統(tǒng)初投資為41055元,動態(tài)投資回收期為7.5年,相比于傳統(tǒng)用能方式,該熱電沼氣聯(lián)供系統(tǒng)每年可節(jié)約6908元,相當(dāng)于減少燃燒標(biāo)煤約6.5 t,可減少CO_2、粉塵、SO_2、NO_x依次分別為16.1 t、4.4 t、0.49 t、0.24 t。綜上可知,基于太陽能與生物質(zhì)能的熱電沼氣聯(lián)供系統(tǒng)在甘南藏區(qū)的使用與推廣,改變了當(dāng)?shù)芈浜蟮挠媚芊绞?提高了能源的利用效率和農(nóng)牧民室內(nèi)的舒適度。同時,減少了化石燃料的使用,改善了自然環(huán)境,本課題可用以指導(dǎo)可再生能源供能系統(tǒng)在不同地區(qū)的優(yōu)化設(shè)計(jì)和推廣應(yīng)用。本文創(chuàng)新點(diǎn):(1)利用藏區(qū)豐富的太陽能與生物質(zhì)能資源并結(jié)合當(dāng)?shù)亟ㄖY(jié)構(gòu),首次在嚴(yán)寒藏區(qū)搭建了熱電沼氣聯(lián)供系統(tǒng),并進(jìn)行了整個采暖季的測試,揭示了整個采暖季嚴(yán)寒藏區(qū)熱電氣聯(lián)供系統(tǒng)的性能,并基于全生命周期對系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性和所帶來的社會效益進(jìn)行了評價。(2)理論揭示了熱電沼氣聯(lián)供系統(tǒng)性能受該地區(qū)環(huán)境因素的影響機(jī)理。
【圖文】：

甘南藏區(qū)熱電沼氣聯(lián)供系統(tǒng)性能研究區(qū)帶正電，這樣 PN 結(jié)兩端產(chǎn)生電壓，這就是光光熱系統(tǒng)將低溫工質(zhì)轉(zhuǎn)化為高溫蒸汽，再通過汽統(tǒng)中的低溫工質(zhì)通過吸收太陽能使其升溫變成高熱成高溫高壓蒸汽，蒸汽通過汽輪機(jī)做功輸出電統(tǒng)中的儲熱系統(tǒng)維持發(fā)電機(jī)工作[56]。

6圖 1.2 光熱發(fā)電原理圖Fig.1.2 Diagram of PT power generation在太陽能發(fā)電的材料與技術(shù)等方面進(jìn)行了研究，195出硅太陽能電池，這是光伏發(fā)電系統(tǒng)核心部件。根分為無機(jī)與有機(jī)太陽能電池。隨后對于太陽能電池日本首次提出鈣鈦礦材料太陽能電池，，隨后各國科 年韓國將該材料太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率提高到以后，世界各國積極開展光伏發(fā)電的相關(guān)研究工作低了光伏組件的成本，加快了太陽能光伏產(chǎn)業(yè)的發(fā)，光伏發(fā)電量占全球發(fā)電總量的比例將從 2020 年右[57-60]。現(xiàn)有的太陽能光伏組件主要有多晶硅和單
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TU8;TK01

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本文編號：2682663