沼氣化學(xué)能快速高效儲存太陽熱能的初步研究

【摘要】： 作為清潔、對環(huán)境友好的綠色能源,可再生能源的規(guī)模開發(fā)利用已經(jīng)成為21世紀(jì)解決化石能源造成的能源短缺、環(huán)境污染和溫室效應(yīng)等問題的重要途徑。其中,太陽能集熱技術(shù)和沼氣技術(shù)的推廣和應(yīng)用備受矚目。然而,由于太陽輻射能量密度小、太陽輻射隨季節(jié)、晝夜、氣候影響大、太陽能很難儲存等因素的制約,太陽熱能的規(guī)模利用受到了巨大限制。同時,傳統(tǒng)沼氣技術(shù)也受到季節(jié)、晝夜、氣候等因素的嚴(yán)重制約,傳統(tǒng)沼氣池產(chǎn)氣率低、產(chǎn)氣量少、冬季不產(chǎn)氣的現(xiàn)象普遍存在。 為了克服傳統(tǒng)太陽能集熱技術(shù)和沼氣技術(shù)的不足,本文將這兩種技術(shù)結(jié)合起來,優(yōu)勢互補(bǔ),提出了一種沼氣化學(xué)能高效快速儲存太陽能的新方法,并將裝置在蘭州地區(qū)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,對其熱力性能、經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)保效益進(jìn)行了分析,獲得了如下結(jié)果： 1.有效容積4m3的裝置在冬季日產(chǎn)沼氣2.4 m3,容積產(chǎn)氣率達(dá)0.6m3/(m3.d)。,發(fā)酵周期約為30天。在溫度較高季節(jié),產(chǎn)氣量還會大幅增加,可實(shí)現(xiàn)全年的穩(wěn)定高效供能； 2.裝置的集熱、換熱及溫控部分協(xié)同狀況良好,實(shí)現(xiàn)了恒溫發(fā)酵。 3.裝置在冬季儲存太陽熱能效率達(dá)到了0.65,實(shí)現(xiàn)了低品位、不穩(wěn)定的太陽熱能(能量品位0.074)和較高品位生物質(zhì)能(能量品位0.419)向高品位、穩(wěn)定的沼氣化學(xué)能(能量品位0.830)的轉(zhuǎn)化,實(shí)現(xiàn)了太陽熱能的穩(wěn)定儲存； 4.對裝置進(jìn)行了動態(tài)性經(jīng)濟(jì)分析,項(xiàng)目的財務(wù)凈現(xiàn)值NPV(i=10%)為6794.35元,內(nèi)部收益率IRR為26.46%,益本比為1.50,動態(tài)投資回收期為5.2年。 5.裝置具有良好的生態(tài)效益以及社會效益。每年可以可保護(hù)森林面積0.44公頃,以替代燃煤量為標(biāo)準(zhǔn)年可減排二氧化碳1.30t,二氧化硫0.026t；比之傳統(tǒng)農(nóng)村戶用沼氣池,年可減排CO21.03t,減排SO20.021t；還可以起到提高農(nóng)民生活質(zhì)量、節(jié)省勞力、推動科普、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等各方面的作用。 本課題的創(chuàng)新點(diǎn)是：提出了一種利用沼氣化學(xué)能儲存太陽熱能的新方法,并從理論上初步定量揭示了轉(zhuǎn)化儲存過程中的能量轉(zhuǎn)化效率和能量品位提升機(jī)理。 上述研究成果具有重要的學(xué)術(shù)價值和良好的社會經(jīng)濟(jì)效益。它提出了一種低溫太陽熱能儲存的新模式,即太陽能集熱--沼氣化學(xué)能儲存,實(shí)現(xiàn)了低品位、不穩(wěn)定太陽熱能和較低品味生物質(zhì)能向穩(wěn)定、高品位、高能量密度沼氣能的高效轉(zhuǎn)化,從理論和技術(shù)兩方面突破了晝夜、季節(jié)、氣候等因素對傳統(tǒng)太陽能集熱或生物質(zhì)厭氧發(fā)酵的束縛,拓展了傳統(tǒng)太陽能集熱技術(shù)與生物制厭氧發(fā)酵技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域,實(shí)現(xiàn)了太陽熱能和生物質(zhì)能高效低成本規(guī)模開發(fā)。在國家政策的大力扶持下,這些研究成果可廣泛用于沼氣發(fā)電、城市固體廢棄物資源利用、污水處理、規(guī)模畜禽養(yǎng)殖場糞污厭氧處理以及釀酒制糖業(yè)等工業(yè)有機(jī)廢水厭氧處理等領(lǐng)域。另外,這些研究成果對利用農(nóng)村能源解決農(nóng)村能源需求,推動社會主義新農(nóng)村建設(shè),調(diào)整我國能源結(jié)構(gòu),發(fā)展可再生能源和替代燃料技術(shù)兩方面均有積極作用,并且能夠大幅度節(jié)能,降低環(huán)境排放,具有良好的社會效益。 【關(guān)鍵詞】：太陽能 沼氣 儲存
【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】：2010
【分類號】：S214
【目錄】：

• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 緒論11-25
• 1.1 課題背景11-14
• 1.2 國內(nèi)外研究及發(fā)展現(xiàn)狀14-21
• 1.2.1 太陽熱能的利用14-16
• 1.2.2 沼氣的利用16-21
• 1.3 國內(nèi)外研究發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)及對本課題的啟示21-23
• 1.3.1 太陽能熱儲存的研究發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)21-22
• 1.3.2 沼氣利用的研究發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)22-23
• 1.3.3 研究發(fā)展現(xiàn)狀總結(jié)對本課題的啟示23
• 1.4 本課題研究的目標(biāo)、思路、內(nèi)容和意義23-25
• 1.4.1 研究目標(biāo)23
• 1.4.2 研究思路23
• 1.4.3 研究內(nèi)容23
• 1.4.4 研究意義23-25
• 第2章 沼氣發(fā)酵、沼氣化學(xué)能儲存太陽能的原理與工藝條件25-32
• 2.1 沼氣發(fā)酵25-31
• 2.1.1 沼氣發(fā)酵的基本原理25-26
• 2.1.2 沼氣發(fā)酵的工藝條件26-31
• 2.2 沼氣化學(xué)能儲存太陽能31
• 2.2.1 沼氣化學(xué)能儲存太陽能的基本原理31
• 2.2.2 沼氣化學(xué)能儲存太陽能的工藝條件31
• 2.3 本章小結(jié)31-32
• 第3章 沼氣化學(xué)能儲存太陽能裝置的設(shè)計32-46
• 3.1 裝置系統(tǒng)圖32-34
• 3.2 厭氧發(fā)酵罐裝置的設(shè)計34-38
• 3.2.1 厭氧發(fā)酵罐的容積設(shè)計34
• 3.2.2 厭氧發(fā)酵罐罐體形狀設(shè)計34-35
• 3.2.3 發(fā)酵罐罐體材料的選擇35-36
• 3.2.4 罐體厚度的計算36-38
• 3.2.5 罐體保溫層設(shè)計38
• 3.3 發(fā)酵裝置能量平衡分析38-41
• 3.3.1 發(fā)酵罐罐體熱損失計算39-41
• 3.3.2 加熱料液需要的熱量41
• 3.4 太陽能集熱系統(tǒng)的設(shè)計41-45
• 3.4.1 太陽能集熱器的設(shè)計41-44
• 3.4.2 蓄熱水箱的設(shè)計44-45
• 3.5 本章小結(jié)45-46
• 第4章 沼氣化學(xué)能儲存太陽能裝置的實(shí)驗(yàn)研究46-50
• 4.1 實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備46-47
• 4.2 實(shí)驗(yàn)材料及其配備47
• 4.2.1 發(fā)酵原料47
• 4.2.2 發(fā)酵原料的配備47
• 4.3 實(shí)驗(yàn)方法47-48
• 4.4 測試分析方法48-49
• 4.4.1 產(chǎn)氣量48
• 4.4.2 pH值48
• 4.4.3 溫度測試48-49
• 4.5 本章小結(jié)49-50
• 第5章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析50-57
• 5.1 產(chǎn)氣量變化50-51
• 5.2 溫度協(xié)同狀況51-52
• 5.3 料液pH值的變化52-53
• 5.4 裝置性能分析53-56
• 5.4.1 沼氣化學(xué)能儲存太陽能53
• 5.4.2 能量品位的提升53-55
• 5.4.3 沼氣化學(xué)能儲存太陽能方式的優(yōu)點(diǎn)55-56
• 5.5 本章小結(jié)56-57
• 第6章 沼氣化學(xué)能儲存太陽能裝置的綜合效益分析57-64
• 6.1 系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)效益評價57-62
• 6.1.1 投入的生產(chǎn)費(fèi)用57-58
• 6.1.2 產(chǎn)出效益58-59
• 6.1.3 計算方法59-60
• 6.1.4 計算結(jié)果60-61
• 6.1.5 經(jīng)濟(jì)性評價總結(jié)61-62
• 6.2 系統(tǒng)的生態(tài)效益評價62-63
• 6.2.1 減少溫室氣體和有害氣體的排放62-63
• 6.2.2 有效保護(hù)森林資源63
• 6.3 社會效益63
• 6.4 本章小結(jié)63-64
• 結(jié)論與展望64-66
• 1 結(jié)論64
• 2 尚待解決的問題64-65
• 3 創(chuàng)新點(diǎn)65
• 4 展望65-66
• 參考文獻(xiàn)66-72
• 致謝72-73
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的論文73-74
• 附錄B 攻讀學(xué)位期間申請的專利74-75
• 附錄C 攻讀學(xué)位期間申請的科創(chuàng)基金項(xiàng)目75

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厭氧消化過程中Fe、Co、Ni對NH_4~+-N的拮抗作用    李亞新,董春娟,徐明德

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有機(jī)垃圾厭氧處理的微生物作用原理    周少奇

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戶用沼氣池技術(shù)發(fā)展中存在的問題及對策    張水龍

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京郊順義大孫各莊鎮(zhèn)沼氣工程惠農(nóng)家    張雪靜;李會兵;

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泊頭酒廠大型沼氣工程通過鑒定    陳立斌;

沼氣工程商業(yè)化發(fā)展戰(zhàn)略研討會在杭州舉行    王勇

以沼氣工程為紐帶的農(nóng)業(yè)科技園系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)分析    涂國平,賈仁安

淺談?wù)託夤こ淘诟纳妻r(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境中的作用    李典榮;曾小華;吳德龍;何小平;王淑蓉;

英達(dá)沼氣供應(yīng)站    

一座大型沼氣工程在米泉興建    

城鎮(zhèn)沼氣工程今年列為安徽農(nóng)村能源部門重點(diǎn)工作    偉偉;

大型養(yǎng)雞場沼氣工程淺析    張海青;楊慧云;高倩;

純秸稈中高溫高濃度發(fā)酵工藝制取沼氣新技術(shù)    李硯飛;姚旭華;潘炳忠;代樹智;

秸稈沼氣工程工藝參數(shù)探討    段娜;林聰;侯錦;趙凱;趙廷莊;

畜禽養(yǎng)殖場沼氣工程厭氧消化技術(shù)優(yōu)化分析    韓芳;林聰;

淺析我國發(fā)展秸稈沼氣的必要性與可行性    劉德江;饒曉娟;劉永剛;邱桃玉;

萬頭奶牛場沼氣工程設(shè)計與研究    曹成茂;吳揚(yáng);劉偉偉;楊智良;伍德林;楊迎春;

沼氣工程技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢    吳兆流;

堅(jiān)持技術(shù)創(chuàng)新,走規(guī)?；凸I(yè)化發(fā)展之路    唐兵;

沼氣的綜合利用技術(shù)和發(fā)展前景    王濱杰;賀立三;賈兵;

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小沼氣產(chǎn)生大效益    通訊員 呂昌明 楊勇 太兵

沼氣使用率覆蓋率全國第一    本報記者 周月光

南雄掀起沼氣工程建設(shè)高潮    特約記者 劉小弘

浮山村官進(jìn)行沼氣工程培訓(xùn)    記者 靳淑琴　通訊員 王二明 席紹華 高生芳

豫一污水沼氣工程獲評“環(huán)保示范”    特約記者 王景春

我市大力實(shí)施農(nóng)村沼氣工程    詹學(xué)明　記者 周慶霞

鳳凰鎮(zhèn)百姓日子好滋潤    本報記者 董學(xué)宏　通訊員 王剛 張振吉

秸稈沼氣厭氧發(fā)酵的預(yù)處理工藝優(yōu)化及經(jīng)濟(jì)實(shí)用性分析    宋籽霖

規(guī)?；B(yǎng)豬場沼氣工程發(fā)展的影響因素研究    林斌

農(nóng)村沼氣生態(tài)校園模式及其綜合效益評價研究    王蘭英

沼氣高效厭氧發(fā)酵的條件及產(chǎn)氣效應(yīng)研究    楚莉莉

畜禽養(yǎng)殖污染防治的沼氣技術(shù)采納行為及綠色補(bǔ)貼政策研究    彭新宇

可再生能源領(lǐng)域CDM項(xiàng)目開發(fā)的關(guān)鍵問題研究    劉尚余

基于生命周期理論的畜禽養(yǎng)殖跨介質(zhì)污染防治技術(shù)評估    程璜鑫

氣候變化對中國農(nóng)林生物質(zhì)能的區(qū)域影響研究    馬占云

厭氧發(fā)酵技術(shù)處理餐廚垃圾產(chǎn)沼氣的研究    張存勝

沼液對土壤改良作用研究    李文濤

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太陽能沼氣工程無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計    薄軍

沼氣發(fā)電機(jī)冷卻水預(yù)熱沼氣進(jìn)料池系統(tǒng)的研究    康錫龍

河北省磁縣沼氣推廣應(yīng)用研究    李常偉

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