沼氣化學(xué)能快速高效儲(chǔ)存太陽熱能的初步研究.pdf

1、作為清潔、對(duì)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(chǔ)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(shí)，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)

2、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(shì)互補(bǔ)，提出了一種沼氣化學(xué)能高效快速儲(chǔ)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(duì)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：
　　 ⑴有效容積4 m3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(huì)大幅增加，可實(shí)現(xiàn)全年的穩(wěn)定高效供能。
　　 ⑵裝置的集熱、換熱及溫控部

3、分協(xié)同狀況良好，實(shí)現(xiàn)了恒溫發(fā)酵。
　　 ⑶裝置在冬季儲(chǔ)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(chǔ)存。
　　 ⑷對(duì)裝置進(jìn)行了動(dòng)態(tài)性經(jīng)濟(jì)分析，項(xiàng)目的財(cái)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(dòng)態(tài)投資回收期為5.2

4、年。
　　 ⑸裝置具有良好的生態(tài)效益以及社會(huì)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(dòng)科普、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等各方面的作用。
　　 本研究的創(chuàng)新點(diǎn)是：提出了一種利用沼氣化學(xué)能儲(chǔ)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(chǔ)存過程中的能量轉(zhuǎn)化

5、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(jià)值和良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。它提出了一種低溫太陽熱能儲(chǔ)存的新模式，即太陽能集熱—沼氣化學(xué)能儲(chǔ)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(duì)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