寒地乡村太阳能沼气开发利用研究

　　摘要：在我国农村南方太阳能沼气能已广泛推广应用，在北方沼气能受地温影响、太阳能受大气质量纬度影响，应用范围有限，为从根本上解决寒冷地区千家万户的能源问题，提出“采用光---热转换重质传导和轻质传导”两种方式解决寒冷地区冬季地温低的问题，具有一定的社会效益，环境效益和生态效益的重要意义。

　　关键词：太阳能 沼气能 开发利用

　　环保清洁能源，“太阳能、沼气能”开发前景广阔，是国家《能源法》认定的新能源，在北方广大地区由于沼气能受地温影响冬季产气量小或者不产气。太阳能受大气质量，纬度影响，稳定性差，应用范围有限，制约了寒冷地区自然能源的开发和利用。

　　新研制开发的“采用光---热转换，重质传导和轻质传导”两种方式是通过热交换产生太阳能，利用太阳能给沼气池加温，解决寒冷地区冬季地温低的问题。再利用生物质能(如农作物桔杆、有机垃圾、动物粪便等)进行气化热解，通过微生物厌氧发酵产生沼气。同时利用太阳能、沼气能两种能源互补，彻底解决寒冷地区冬季产气量小或不产气问题。使乡村农业生产，养殖业和生活垃圾得到环保处理利用，又能解决乡村居民取暖、做饭和生活所需用的环保能源，代替用原煤、桔杆、木材、液化气取暖，做饭等生活能源。该项目已申报国家专利(申请号200720003766.0)。

　　一、 项目研究的意义和必要性

　　能源和环保是现代社会赖以生存和发展的基础，再生能源和清洁能源的供给能力，密切关系着国民经济的可持续发展，是国家战略安全保障的基础之一。我国是一个农业大国，也是一个能源消耗大国，近年来一直保持能源消耗量每年7.5亿吨油当量，仅次于美国，成为世界第二个能源消耗大国。到本世纪中，我国全面达到小康水平时，一次能源的消耗量将达到30多亿吨油当量。然而目前我国人均一次能源的消耗量不到美国1/18，仅为世界平均水平的1/3。与世界一次能源构成不同的是我国以煤为主，煤占一次能源的比例为63.6%，由于煤的高效，洁净利用难度大，在使用过程中已对人类的生存环境带来严重的污染。另一方面我国人均能源资源严重不足，人均石油储量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭储量仅为世界平均值的1/2。预计到2010年我国石油供需缺口1亿吨，天然气缺口400亿立方米。因此，开发自然洁净能源和再生能源已成为必然的课题。因此清洁能源的开发利用对建设社会主义新农村，提高农民生活水平，具有重要的现实意义和深远的历史意义。

　　三、我国沼气能源和太阳能开发利用的现状

　　在我国，太阳能和沼气能虽然已有多年开发先例，但是由于受地区、纬度、大气质量的直接影响，使用利用率较低。首先提起太阳能，其转换利用方式有光---热转换，光---电转换和光化学转换，但它的缺点是分布不均，受大气质量韦度影响大，能量变化大、稳定性差，如阴天几乎无效率，所以采用太阳能为主要能源时还须配有其它能源做为辐助能源。目前在寒冷地区应用的范围只能做为洗浴等生活用水。其次是沼气能源，沼气能称生物质能，以农林废弃物，桔杆，动物粪便等为原料，通过微生物厌氧发酵产生一种以甲烷为主要成分的可燃性气体。生产成本低，经济效益高，在我国南方地区广泛使用。但是我国的东北、西北寒冷地区受气温影响，产气量低，甚至冬季不产气。试验表明：当池温在15℃以上时，每立方米沼气池产气率每天可达0.1-0.2立方米;池温在10℃以下时，沼气发酵受到严重抑制，产气率每天仅为0.01立方米左右。由此可见，东北地区农村家用沼气池在池温15℃以上的时间只有6月中旬到10月下旬，其它时间产气量小或不产气。寒冷地区要达到冬季大量产气并解决取暖问题必须采取科学的手段，将可利用的太阳能技术同沼气生物技术有机的结合起来，推动我国农村沼气能和太阳能的合理开发利用。

　　四、项目的先进性和创新点

　　本项目的开发技术方案在国内尚属首例，其创新点表现在：根据太阳光---热转换原理，通过太阳能接收系统利用介质将热能传递给予沼气池，无需加入辅助能源。使池温至最佳产气的范围内，在北方冬季可使沼气池温度升高至35℃以上，每立方米沼气池日产气量达到1.2立方米以上，用沼气做饭和沼气炉加热进行取暖。根据太阳能沼气能两种能源不同交差优缺点，经过操作太阳能和沼气能、即可单独运行，也可以同时进行，使其能源互补交换出最大热量，用于取暖和生活用热水。工艺流程见下图：

　　综上所述，本项目研究开发可达到的目标如下：确立标准化的生产模式，面向广大农村推广应用，在项目开发中使用专利技术转化为生产力。以循环经济为指南，完善每个环节科技手段，降低生产成本，将能源利用转化过程细化。制定企业标准，工流程，完善能源装置的自动化控制系统，如压力、温度传感器，气敏报警系统，使装置安全经济可靠运行。项目实施后，将该项能源技术，“太阳能沼气装置”推向商品化、为广大农村提供新的能源，为新农村建设贡献力量。

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文章名称： 寒地乡村太阳能沼气开发利用研究

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