【摘要】：太陽能、生物質(zhì)能、風(fēng)能等是農(nóng)村可廣泛獲取的可再生能源，它們的高效低成本開發(fā)利用對改善農(nóng)村人居環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要價值和意義。 太陽能低溫集熱技術(shù)、生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)、戶用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是三項(xiàng)成熟的可再生能源技術(shù)，可分別滿足人們對生活熱水、生活燃?xì)夂碗娔艿男枨�。然而，由于受到晝夜、季�?jié)、氣候等不利因素的束縛，它們通常無法獨(dú)立實(shí)現(xiàn)連續(xù)穩(wěn)定供能。 基于這三種能源在時間、空間和品位方面的互補(bǔ)性，本課題首先構(gòu)建了風(fēng)能—太陽能—沼氣集成系統(tǒng)。系統(tǒng)主要由太陽能集熱器、恒溫沼氣池和戶用風(fēng)力發(fā)電機(jī)組成：太陽能集熱器除了將收集的太陽能通過熱水實(shí)現(xiàn)沼氣池恒溫厭氧發(fā)酵外，還為用戶提供生活熱水；恒溫沼氣池為用戶提供生活燃?xì)猓粦粲蔑L(fēng)力發(fā)電機(jī)除了滿足集成系統(tǒng)自身用電外，還為用戶提供生活用電。繼而，本課題研究了系統(tǒng)的各項(xiàng)性能，具體研究內(nèi)容和結(jié)果如下： （1）在景泰縣民安新村搭建了集成系統(tǒng)試驗(yàn)臺，研究了冬季工況和春季工況下系統(tǒng)的總體性能，基于熱力學(xué)第一定律和第二定律分析了集成系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換過程、能量輸出量和能量轉(zhuǎn)換效率。在冬季工況下，集成系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。在料液TS為10.46%，發(fā)酵溫度控制為26±2℃時，恒溫沼氣池日產(chǎn)氣量平均為1.422m~3，池容產(chǎn)氣率為0.647m~3/(m~3·d)，甲烷平均含量達(dá)到51.45%；266L太陽能儲熱水箱中的熱水溫度均保持在25℃以上；風(fēng)力機(jī)對外日平均輸出2.5kWh電，集成系統(tǒng)熱效率為38.84%，火用效率達(dá)到了56.68%。在春季工況下，在料液TS為13.03%，發(fā)酵溫度控制為28±2℃時，恒溫沼氣池日產(chǎn)氣量平均為1.28m~3，池容產(chǎn)氣率為0.582m~3/(m~3·d)，甲烷平均含量達(dá)到51.4%；266L太陽能儲熱水箱中的熱水溫度均保持在36℃以上；風(fēng)力機(jī)對外日平均輸出3.5kWh電，集成系統(tǒng)熱效率為42.99%，火用效率達(dá)到了60.05%。新型集成系統(tǒng)滿足了用戶對生活熱水、生活燃?xì)夂碗娔艿男枨蟆?（2）選用動態(tài)投資回收期方法評價了風(fēng)能—太陽能—沼氣集成系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益，并選用凈現(xiàn)值、投資回收期、益本比及內(nèi)部收益率來評價該系統(tǒng)直接經(jīng)濟(jì)效益。結(jié)果表明：系統(tǒng)的財務(wù)凈現(xiàn)值NPV(i=10%)為8958.72元，益本比為1.94，動態(tài)投資回收期為5.4年，內(nèi)部收益率為24.29%。 （3）裝置每年可以節(jié)煤1351.63kg，減排CO_22930kg，SO211.49kg。 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)在于：構(gòu)建了風(fēng)能-太陽能-沼氣集成系統(tǒng)并揭示了系統(tǒng)熱力性能、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。 風(fēng)能-太陽能-沼氣集成系統(tǒng)突破了北方地區(qū)時間、季節(jié)、氣候變化對太陽能低溫集熱技術(shù)、生物質(zhì)厭氧發(fā)酵技術(shù)、戶用風(fēng)力發(fā)電技術(shù)的束縛，多層次地滿足了人們對生活熱水、生活燃?xì)夂碗娔艿男枨螅瑢?shí)現(xiàn)了電、沼氣和生活熱水的全年連續(xù)穩(wěn)定供能。本課題的研究結(jié)果對改善農(nóng)村人居環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展有重要意義，具有巨大的推廣應(yīng)用前景。 本課題研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51166008/E0607）、國家科技支撐計(jì)劃課題（2011BAD15B03）、國家科技部星火計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目（2010GA860004）、甘肅省教育廳項(xiàng)目（0803-06）、 隴原青年創(chuàng)新人才扶持計(jì)劃‖項(xiàng)目（09-0165）、甘肅省建設(shè)科技攻關(guān)項(xiàng)目（JK2010-29）和蘭州理工大學(xué) 紅柳杰出人才計(jì)劃‖（Q201101）的資助。
【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】：2012
【分類號】：TK513;TK6;TK83
【圖文】：

圖 1.2 風(fēng)能-太陽能-沼氣集成系統(tǒng)實(shí)物圖Fig1.2 Figure of integrated system with wind energy and solar energy and biogas（2）溫度控制裝置如圖 1.3 所示，包括支鉑熱電阻溫度傳感器、一臺循環(huán)泵以及套恒溫控制箱，溫度傳感器分別置于沼氣和太陽能水箱中。（3）恒溫沼氣池如圖 1.2 中黑色保溫材覆蓋部分，其結(jié)構(gòu)圖如圖 1.4 所示。沼氣內(nèi)容積為 2.2m3；池內(nèi)為 2.2 m3紅泥軟體氣池；沼氣池內(nèi)壁為磚混墻，池底為 0.05m的混凝土；沼氣池周圍與池底圍有 Φ16 鋁管且管與管間距離不超過 10cm，墻外和混土下鋪有 0.1m 厚聚苯板；沼氣池頂部為 6cm 鋼筋混凝土預(yù)制板與 8cm 聚板加土夯實(shí)；頂部留有出氣口和進(jìn)料口。3圖 1.3 溫度控制裝置Fig1.3 Temperature control dev

05m6 鋁和混為 6cm 鋼筋混凝土預(yù)制板與 8cm 聚苯�？凇ｓw儲氣袋。機(jī)械系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)等組成（見圖 1.5）。等，各部件出廠參數(shù)如表 1.4 所示。電線等，包括松下蓄電池兩臺和一臺逆變 容量為 20HR、100Ah，物理尺寸（mm）池端子型號是 M8L，蓄電池重量 29 Kg。電 3 星期(電阻值相當(dāng)于該電池 1CA 放蓄電池完全充電狀態(tài)的電池 0.1CA 充電開路電壓正常，容量維持率在 95%以上；圖 1.3 溫度控制裝置Fig1.3 Temperature control device

【引證文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前1條

1 張衛(wèi)平;李昕雨;;太陽能沼氣溫度控制系統(tǒng)的研究[J];儀表技術(shù);2013年04期

本文編號：2715026