甘南藏区热电沼气联供系统性能研究

发布时间：2020-05-27 00:43

【摘要】：我国甘南藏区海拔较高,冬季气候严寒。藏区居民居住分散,冬季常用煤炭和干牛粪采暖,用能方式十分落后,能源利用率低下,环境污染严重。与此同时,甘南藏区太阳能和生物质能资源十分丰富,利用太阳能和生物质能供能的潜力巨大。为了有效解决藏区建筑供能的问题,实现太阳能和生物质能高效清洁利用,本文在课题组前期研究成果的基础上,对农牧民生产生活习惯、建筑结构、实际需求进行调研,利用当地丰富的太阳能和生物质能资源,在甘肃省合作市上浪坎木村一座建筑面积为170 m~2含有被动式阳光间的单体建筑上搭建了一套热电沼气联供系统,该系统以太阳能和生物质能为能量输入,可以为用户提供冬季采暖、生活用电、生活热水和炊事燃气,满足用户不同层次的用能需求。通过对该系统进行整个采暖季的现场测试,揭示了系统在实际工况下的供能性能,评价了系统的经济、环境和社会效益并对系统进行能量分析,根据试验研究结果对系统提出优化,并分析优化后系统性能。本文主要研究结果如下:(1)对于太阳能主被动联合采暖子系统,在极大部分测试时间里都可以完全满足建筑需热量要求,仅在最冷月份系统供热量略低于建筑需热量,在整个采暖季系统的供热量占建筑总需热量的94.4%,当环境平均温度高于-4.1℃时,系统可以完全满足建筑采暖需求,当日平均太阳辐射量在最冷月份低于15.9 MJ/m~2时,系统的供热量不能满足建筑需热量要求。(2)对于光伏发电子系统,在测试期间日均发电3.1 kWh,实际光电转化效率为7.6%,在大部分测试时间内,发电量均高于用电量,剩余的发电量可储存在蓄电池中。在发电量不足的情况下,可以依靠蓄电池组来满足用电需求,利用多元线性回归得到了光伏子系统日发电量与太阳辐射量和环境温度的关系,太阳辐射量对光伏发电量呈正相关性,环境温度呈负相关性。(3)对于太阳能恒温发酵子系统,测试期间内发酵温度稳定在28℃左右,系统共处理羊粪2.7 m~3,累计产沼气95 m~3,沼气池日均产气0.76 m~3,平均甲烷含量为52.4%,虽然日产沼气量有所波动,但依靠储气袋的调节同样可以为用户连续提供炊事燃气,满足用户的燃气需求。(4)分析整个系统在最冷月12月份和1月份的能量分布情况,系统共输入能量10513 kWh,输出能量4536 kWh,系统输出能量和散热损失分别占总输入能量的43.1%和43.9%。优化集热器储热水箱位置后系统的输出能量提高了39.3%,对建筑添加外保温后节能率提高22.8%。(5)系统初投资为41055元,动态投资回收期为7.5年,相比于传统用能方式,该热电沼气联供系统每年可节约6908元,相当于减少燃烧标煤约6.5 t,可减少CO_2、粉尘、SO_2、NO_x依次分别为16.1 t、4.4 t、0.49 t、0.24 t。综上可知,基于太阳能与生物质能的热电沼气联供系统在甘南藏区的使用与推广,改变了当地落后的用能方式,提高了能源的利用效率和农牧民室内的舒适度。同时,减少了化石燃料的使用,改善了自然环境,本课题可用以指导可再生能源供能系统在不同地区的优化设计和推广应用。本文创新点:(1)利用藏区丰富的太阳能与生物质能资源并结合当地建筑结构,首次在严寒藏区搭建了热电沼气联供系统,并进行了整个采暖季的测试,揭示了整个采暖季严寒藏区热电气联供系统的性能,并基于全生命周期对系统的经济性、节能性和所带来的社会效益进行了评价。(2)理论揭示了热电沼气联供系统性能受该地区环境因素的影响机理。
【图文】：

原理图,光伏发电,原理图,低温工质

甘南藏区热电沼气联供系统性能研究区带正电，这样 PN 结两端产生电压，这就是光光热系统将低温工质转化为高温蒸汽，再通过汽统中的低温工质通过吸收太阳能使其升温变成高热成高温高压蒸汽，蒸汽通过汽轮机做功输出电统中的储热系统维持发电机工作[56]。

光热,太阳能电池,光伏发电

6图 1.2 光热发电原理图Fig.1.2 Diagram of PT power generation在太阳能发电的材料与技术等方面进行了研究，195出硅太阳能电池，这是光伏发电系统核心部件。根分为无机与有机太阳能电池。随后对于太阳能电池日本首次提出钙钛矿材料太阳能电池，，随后各国科年韩国将该材料太阳能电池的光电转换效率提高到以后，世界各国积极开展光伏发电的相关研究工作低了光伏组件的成本，加快了太阳能光伏产业的发，光伏发电量占全球发电总量的比例将从 2020 年右[57-60]。现有的太阳能光伏组件主要有多晶硅和单
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU8;TK01

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