关键词： 农村住宅   生物质能   太阳能   互补供暖   优化设计  

摘要： 在能源危机与“双碳”背景下,农村供暖现状迫切需要改变。探索生物质能与太阳能互补供暖技术是实现农村建筑清洁采暖,缓解能源危机的最可行方案之一,具有重要的经济、社会、生态意义。目前生物质能与太阳能互补供暖系统多集中于系统方案设计及典型日或典型周实验研究,欠缺对整个供暖季的评估,导致互补系统在影响因素分析及参数优化方面存在一定不足。由此本文基于农村典型建筑对生物质与太阳能互补供暖系统进行优化设计,指导工程实践。首先,本文针对农村人员在活动状态、睡眠状态下的热舒适水平,结合规范提出严寒、寒冷地区不同时间下室内动态热环境设计要求,并以此为依据对济南、赤峰两地农村典型建筑改造前后热负荷需求进行分析。然后,根据北方农村不同地区的气象条件与人员生活习惯,从技术原理、系统方案、控制方式三方面设计两种生物质与太阳能互补供暖系统。并建立与系统匹配的蓄热地面一维非稳态导热模型,开发出基于TRNSYS软件的外置蓄热地面模块,通过实测数据验证了模型可靠性,进而构建出以蓄热地面、散热器为末端装置与建筑耦合的供暖系统仿真模型。接着,从经济性、节能性、环保性三个维度出发,提出与互补系统相适应的评价体系,以此为基础设计正交试验,对集热器面积、水箱体积、集热器倾角、集热泵启动、停运温差、循环泵启动温度、砂土上、下层及保温层厚度九个因素分别以费用年值与碳排放量为目标进行显著性分析,发现考虑两目标函数综合影响下,直接互补系统除集热泵启动温差外,其他八因素为显著性因素,混连互补系统中,九因素均为显著性因素。最后,基于生物质与太阳能互补供暖系统优化仿真模型,选用Hooke-Jeeves算法,获取费用年值、碳排放量单目标下最值参数,采用-方法得到多目标优化函数,对应用于济南、赤峰农村典型建筑的两互补系统进行显著性影响因素优化,得到影响系统设计运行的关键性参数。由此选取寒冷、严寒地区各四个典型城市,进行系统技术性能分析。结果表明:对于直接互补系统,四城市费用年值在75元/m左右,系统PER为1.3～1.7,供暖季碳排放量在262～390kg;对于混连互补系统,四城市费用年值均值为82.6元/m,系统PER为1.48～2.36,供暖季碳排放量均值为365kg,低于土暖气、生物质颗粒炉及低温空气源热泵热风机供暖方式。

关键词： 猪舍   生物质能发电   余电并网监控   太阳能辅助加热   智能环境监控  

摘要： 在实现“双碳”目标背景下,我国不断加大开发和利用生物质能源的力度,生物质发电模式已然成为新兴热点,不仅解决养殖业带来的高污染和高能耗问题,还能缓解当地供电压力。但是目前生物质能源供电技术的利用范围较为局限并未大规模推广应用,且生物质能供电系统存在供电量不足以及并网谐波污染等问题。基于以上问题,以滨州中裕猪舍为研究对象,本文设计了一套生物质能发电系统,既能解决猪舍的供电问题和环境污染问题,又能防止并网谐波污染缓解当地供电压力。首先,根据猪舍的用电需求设计生物质能发电系统。通过调研猪舍养殖规模和负荷功率,分析生物质能发电的国内外研究现状对比生物质能发电技术,确定应用生物质能沼气发电技术和发电系统的电气设备参数。其次,通过Simulink平台完成了对整体生物质发电系统和子系统模型的搭建并进行仿真分析。为使系统供电稳定设计具有削峰填谷作用的钒电池(VRB)储能装置,选用三相电压型PWM整流器和双向DC-DC变换器实现了VRB稳定的充放电;为使系统并网时能够迅速精准的追踪到电网的电压、相位、频率等电气参数,并网系统选用锁相环(PLL)控制的逆变器,提高频率稳定度。然后,针对余电并网、沼气发酵和猪舍环境设计了余电并网监控系统、太阳能辅助发酵增温系统和智能环境监控系统,作为发电系统的外围辅助系统。余电并网监控系统通过监测并网时网侧与并网侧的电气参数,能够实现及时调整并网侧输出电流防止污染电网;太阳能辅助发酵增温系统保证环境气温低时发酵系统的温度处于中温厌氧发酵的最适温度;智能环境监控系统对猪舍环境智能调节保证商品猪生长在最佳环境。最后,对设计的生物质能发电系统进行试点运行,分别计算沼气沼肥的产量、产热量以及发电量,分析系统的综合效益,从实例与数据验证生物质能发电应用于猪舍的可行性。本文设计的发电系统运行以后的发电效率能达到47%,日发电量能达到3322.2 k W?h,厌氧发酵后的沼气日产量为1961.1m,沼肥日产量约为43t,沼肥中干物质(TS)的含量为3.5%,日产热量1.07×10kcal。此外,该系统试点运行与数据分析还证明这项工程不仅能解决环境污染问题,还能给猪舍供电,余电并网的利用能够缓解当地供电压力,实现种养-沼-电-肥的绿色低碳可循环发展,为可持续发展的绿色循环产业提供了理论基础和事实依据,具有较大的实际应用价值。

关键词： 生物质能   沼气   热力氧化器   余热供热  

摘要： 生物质发酵产沼气是一种常用的厌氧处理技术,维持在35℃或55℃时,厌氧发酵罐可以保持较高的产气率和产气量,但是环境温度一般低于发酵温度,传统的供热方式无法兼顾稳定性、经济性与环保性。鉴于上述问题,本文提出了适用于南京及周边农村地区的稀释沼气源热力氧化器余热供热沼气系统,本系统不使用环保性和经济性较差的化石能源,且不使用供热不稳定的太阳能等可再生能源,而是利用自身产出的清洁能源沼气进行稳定供热,有利于将周边农村的秸秆等生物质资源充分利用,形成产气、供热相互促进的稳定系统,使发酵过程保持在恒温过程中,达到稳定产气的效果。本文通过匹配热力氧化器和发酵系统规模,模拟出该系统运行时的热性能,进一步计算出系统的经济、环保和社会效益,为实际运行的参数优化以及在江苏周边以村落为规模的近用户侧发酵系统提供了模拟数据支撑,同时为热逆流氧化技术和厌氧发酵技术的结合提供了新方向。本文的主要研究工作如下:(1)以多相流发酵系统的特性为基础,设计出一种新型的沼气源热力氧化器余热供热系统,结合当地(江苏省南京市)平均和极端气候条件,计算出经济保温层厚度,并通过构建厌氧发酵系统的能量模型,分析计算了发酵系统在发酵过程中的热负荷和发酵产热等参数。沼液进口的热损失与发酵周期、发酵温度和周围环境温度相关度极高,而发酵系统外壳散热损失、储沼液箱散热损失与发酵天数无关,只与发酵温度和周围环境温度有关。发酵当发酵周期越短,其进料负荷越大。当处于高温发酵时,发酵周期为10d的进料热负荷比20d的热负荷高出70.6%;当处于中温发酵时,发酵周期为10d的进料热负荷比20d的热负荷高出100.0%;且中温35℃发酵相对于高温55℃发酵,日均净产出热能更高,综合效益更高。(2)以发酵系统的供热作为目标,确定了热力氧化器单位流道模型的数学模型、物理模型等,实现对玄武岩纤维束热力氧化器的建模,对安全浓度和厌氧发酵系统的规模匹配进行分析,得到适合于与发酵系统自维持运行的热力氧化器运行工况为流速1m/s、换向半周期30s、0.6%甲烷浓度;且通过单位流道的热力氧化器得出了整个RTO器件的稀释沼气体积流速,并通过公式推导出供热系统维持运行的发酵系统产沼气的体积流速公式,选取不同的RTO取用发酵沼气比例,并结合第二章发酵过程的热负荷对发酵系统的总容积和发酵总热负荷进行计算,得到供热模拟的初始参数。(3)以第三章的参数为基础搭建三维螺旋管换热器模型,根据模拟结果显示:使用RNG型的k–ε模型进行模拟研究更贴近实验结果。通过比较不同RTO取用发酵沼气比例时的循环沼液出口温度可以得出,RTO取用发酵产气比例达到20%以上,循环沼液的温度不断增加,超出了合理温度范围,RTO取用比例与供热耗能所占总能量功率不同的原因可能是在稀释沼气源热力氧化器的反应初期,高温的玄武岩纤维束向低温的稀释沼气传递了部分能量;在RTO取用发酵产气比例达到10%时,循环沼液的温度均呈现先增大再减小的规律,且在升温的过程中,其升温速率缓慢降低;而RTO取用发酵产气比例低至5%时,循环沼液的温度呈现不断降低的趋势。其中,在取用比例为5%时,循环沼液的温度在245s内有小范围的温升,但在245s之后难以维持发酵温度,在474s低出合理的产气温度范围,无法维持温度的恒定,发酵反应无法继续产气,继而RTO无法取用部分稀释沼气对发酵系统进行供热,总系统无法自维持运行。故选用10%作为标准取用比例。发酵初期的变流速控制方案为:在温度升高至310 K(62 s)时,降低流速至0.6 v,在温度降低至306 K(610 s)时,增加流速至1.2 v,使发酵初期的温度稳定在合理发酵温度范围内。在壳程管壁区域存在部分低温区域,但随着螺旋管烟气流速的逐渐升高,其低温区域在逐渐缩小,从整体来看,螺旋管烟气流速的增加会促进壳体内沼液温度分布的均匀性。螺旋管内的阻力系数f逐渐变小,其降低速度逐渐降低。PEC指数随管侧流速的增加而增加,螺旋缠绕管侧的管侧换热性能得到增强。(4)基于工况的模拟结果和系统设备的建设成本,本系统在20年内的净现值NPV为7664.55万,在大额政府补贴的情况下,其投资回收期小于1年,说明该工程投资在20年的回报周期内有良好的利润。考虑到碳排放、碳达峰背景下的新能源补贴力度加大和日益成熟的工艺,系统的工程成本会呈下降趋势。本系统一年内可节省标煤2410.57t,二氧化碳减排量为276.94t,发展沼气源热力氧化器供热发酵系统,对于改善全国的空气污染、雾霾现象,有着十分积极的作用。且沼气作为清洁能源,其与热力氧化器的联合,有利于实现秸秆资源等生物质能源的有效利用、促进农业生态的正向循环,构建社会主义生态文明。

摘要： 近日,国家发改委、国家能源局联合下发《关于完善能源绿色低碳转型体制机制和政策措施的意见》,意见明确提出,在农村地区优先支持屋顶分布式光伏发电以及沼气发电等生物质能发电接入电网,电网企业等应当优先收购其发电量。加大对农村电网建设的支持力度,组织电网企业完善农村电网。加强农村电网技术、运行和电力交易方式创新,

关键词： 生物质能   农业废弃物   热重分析(TGA)  

摘要： 许多年来,巴基斯坦面临着严重的能源短缺。该国的能源危机已经影响到巴基斯坦的其他经济领域。在当代世界,各国的经济严重依赖于不间断的能源供应。以更高的成本提供的能源反而会增加产品的制造成本。2030年的能源需求将会是如今的七倍,将需要超过3.61亿吨的能源。此外,石油价格是波动的,将升至每桶100美元以上,这将直接影响该国的经济。来自生物质的能量是集中的,并且转换技术是高效的。此外,从不可再生能源向可再生能源的转变更加便宜、环保,并且足以解决国家的能源问题。由于巴基斯坦是一个农业国,农作物残留物在全国广泛产生和分布,目前的研究集中在从最常见的巴基斯坦原料中回收能量,包括棉花、稻壳、甘蔗渣和锯末。在目前的工作中,通过应用热重分析进行生物质的动力学研究,收集近似和最终结果,并监测所选生物质之间的组成差异。热重分析结果表明,生物质在三个不同的区域降解。在第一个降解区域,水分被蒸发。而在第二降解区,生物质中的纤维素和半纤维素被分解。在第三分解阶段,生物质中的木质素在惰性或氧气燃烧环境下被降解。目前的研究调查了在这种情况下利用当地生物质废物进行能源生产的情况,TGA分析被用来确定生物质中潜在的挥发性物质碳含量及其燃尽残渣。热重分析结果表明,生物质在三个不同的区域降解,在第一个区域,水分被蒸发。在惰性环境下观察样品的高热值(HHV),SD样品为15.79 MJ·kg,RH样品为12.36 MJ·kg,SB样品为16.83 MJ·kg,CS样品为15.11 MJ·kg。而在氮气环境下,SD的活化能为53.46 k J·mol,RH为52.9 k J·mol,CS为79.10 k J·mol,SB为68.32k J·mol。此外,对于上述样品序列,在燃烧环境下计算的活化能分别为123.28 k J·mol、118 k J·mol、106.31k J·mol和122.6 k J·mol。这些结果对于利用当地生物质作为能源以及减少环境污染具有重要意义。

关键词： 建筑节能   农村供暖   火塘采暖   CFD建模   生物质能  

摘要： 近年来,中国能源消耗急剧增长,随着城镇化的迅速推进,建筑领域能源消耗所占比例逐步攀升,建筑节能需求日益增大。相较于人口稠密、资源聚集、各类产业发展水平较高的城市地区,农村地区的建筑节能研究相对较少。为改善农村地区热环境恶劣、资源分散、经济发展较慢的局面,优化供暖现状,作者提出一种装配式生物质火塘采暖系统并开展具体研究,研究内容如下:(1)开展对湘西农村地区供暖现状的调查研究。采取问卷调查、现场勘验和访谈讨论的方式,基于对湘西农村地区五个村庄的家庭人员情况、建筑条件、采暖方式、热舒适性及能耗现状的调研,多方位了解湘西地区供暖现状。调查结果表明,农村地区供暖热舒适性差、供暖效率低且存在安全隐患。因此,为解决湘西农村地区供暖问题,提出一种舒适安全、经济高效的新式火塘采暖系统具有必要性,为提高居民热舒适性、改善室内热环境提供新思路。(2)提出一种装配式生物质火塘采暖系统。该系统由生物质燃烧炉、火塘主体烟道和烟囱三部分组装而成,分别完成燃料燃烧过程、火塘烟道传热过程和烟囱排烟过程。根据烟气流动和传热特性,提出适用于新式火塘的评价指标,如火塘装置表面温度、火塘上表面中心轴线温度、烟气流通阻力和热效率等。(3)对装配式生物质火塘采暖系统进行数值模拟。通过对装配式生物质火塘采暖系统的CFD模拟结果进行分析讨论,得出烟气输入温度、烟气流速、顶板厚度、折流板间距、折流板宽度对火塘热力性能的影响。模拟结果表明,当烟气输入温度为200℃,烟气流速为1.5m/s,顶板厚度为12cm,折流板间距为L1段间距60cm、L2段间距35cm、L3段10cm,折流板宽度为L1段6cm、L2段8cm、L3段10cm时,上表面中心轴线(0.5-5m)最大温差4.4℃,均衡了上表面中心轴线温度分布。流通阻力为121Pa,采暖装置散热量5839W,火塘采暖装置主体部分热效率保持在56.79%。火塘采暖装置上表面温度均衡性得到有效优化,装置各项温度参数满足设计要求,且保持了较优的散热量和热效率。本研究为解决湖南湘西农村地区供暖问题提供了新思路,新式火塘采暖系统为居民提供了具有较高热舒适性的局部采暖装置,兼具热效率优良、成本低廉、运行简单、牢固耐用等优点,对促进农村地区个性化供暖装置的发展具有重要意义。

关键词： 太阳能   生物质能   相变蓄热   低谷电   TRNSYS  

摘要： 随着“双碳”目标的提出,我国“十四五”规划指出要积极发展可再生能源,对可再生能源产业的重视程度提升到了前所未有的战略高度,而太阳能资源利用更是得到了高度重视,但太阳能资源具有时间、空间分布不均等特点,在进行供暖方面需要辅助热源,以此来保证供暖的稳定性,而生物质能具有稳定、原料来源丰富等特点,刚好解决了太阳能在供暖上时间与空间的矛盾。同时,在我国“削峰填谷”和电力“峰谷分时计价”的政策背景和能源需求下,通过相变蓄热技术在谷电时期储存热量,并在白天用电高峰期释放热量,达到电网“错峰”的目的。在此背景下,本文针对石家庄地区目前的供暖现状,建立了一种太阳能-生物质能-谷电蓄热联合供暖系统,具体工作如下:首先,构建了由太阳能供暖单元、生物质锅炉供暖单元、谷电蓄热供暖单元以及采暖末端组成的联合供暖系统,并对联合供暖系统各个设备进行计算选型,确定系统相关设备的设计参数。其次,针对联合供暖系统给出了系统运行的7种运行模式以及控制策略,实现了各单元在供暖过程中不同时段的协调控制,保证联合供暖系统的稳定运行。然后,通过TRNSYS软件建立了系统仿真模型,研究了供水温度、相变蓄热、集热器面积和集热水箱容积对联合供暖系统性能的影响规律,并给出了联合供暖系统的各个运行模式在供暖季的运行时间占比,并从经济效益、节能效益及环境效益几个方面将本文的联合供暖系统与石家庄目前广泛应用的天然气锅炉、电锅炉供暖进行比较分析。最后,通过实验研究联合供暖系统的运行性能、流量以及温度变化对系统的影响。研究结果表明:太阳能-生物质能-谷电蓄热联合供暖系统具有稳定的供暖优势,在低温条件下也能满足供暖需求,联合供暖系统具有良好的热舒适性,系统平均供热效率为66.20%。夜间使用低谷电蓄热供暖,对维持室内温度的稳定性较好,在峰电时间放热填补了因太阳能供热量不足而引起的室温下将,起到了削峰填谷的作用。该联合供暖系统具有一定的指导意义,对以后系统的实际运行也有一定价值,给该系统在石家庄地区及其他地区应用贡献了部分理论和实验依据。

关键词： 新能源产业   玻璃生产线   太阳能发电   新引擎   光伏电站   生物质能   风电基地   示范项目  

摘要： 新能源大规模高质量发展,是新时期能源发展的核心内容。近年来,定西充分发挥风能、光能、生物质能等资源富集优势,大力发展新能源和新能源产业,先后谋划实施通渭百万千瓦风电基地、安定高峰分散式风电及村级光伏电站等一大批新能源示范项目,引进落地中建材碲化镉薄膜太阳能发电玻璃生产线、中建航天氢能"一园两基地"等重大项目,全市新能源装机总规模达到200万千瓦,新能源产业已成为推动经济高质量发展的新动能、新引擎。

关键词： 消费比重   非化石能源   碳中和   海洋能   抽水蓄能   新型电力   生物质能   新发展理念  

摘要： 近日,中共中央国务院印发《关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》。文件提出:积极发展非化石能源。实施可再生能源替代行动,大力发展风能、太阳能、生物质能、海洋能、地热能等,不断提高非化石能源消费比重。坚持集中式与分布式并举,优先推动风能、太阳能就地就近开发利用。加快推进抽水蓄能和新型储能规模化应用。统筹推进氢能“制储输用”全链条发展。构建以新能源为主体的新型电力系统,提高电网对高比例可再生能源的消纳和调控能力。

关键词： 生物质能   秸秆捆   燃烧   温度分布   传质传热  

摘要： 针对秸秆捆烧技术的燃烧理论不清、烟气污染物排放规律不明确、NOx排放较高等问题,基于分级燃烧原理自主设计四级独立配风的秸秆捆烧试验系统,该系统能进行不同配风量、配风比例等试验,实时监测燃烧过程中秸秆捆内部温度分布、燃料失重速率、烟气排放浓度等相关参数。系统试制完成后,利用玉米秸秆捆进行燃烧试验,结果表明该秸秆捆烧系统达到设计要求,在各级配风流量分别为70、30、10、0 m^(3)/h的条件下燃烧效果较好,燃烧过程中NO_(x)、SO_(2)的平均排放浓度均达到《锅炉大气污染物排放标准》(GB 13271—2014)要求。结合原料失重曲线和炉膛温度场分析,秸秆捆燃烧过程主要分为燃烧前期、挥发分燃烧期、焦炭燃烧期和燃烧后期4个阶段,各阶段反应时长占比约为10%、15%、50%、25%。