摘要：在我國(guó)農(nóng)村南方太陽(yáng)能沼氣能已廣泛推廣應(yīng)用，在北方沼氣能受地溫影響、太陽(yáng)能受大氣質(zhì)量緯度影響，應(yīng)用范圍有限，為從根本上解決寒冷地區(qū)千家萬(wàn)戶的能源問(wèn)題，提出“采用光---熱轉(zhuǎn)換重質(zhì)傳導(dǎo)和輕質(zhì)傳導(dǎo)”兩種方式解決寒冷地區(qū)冬季地溫低的問(wèn)題，具有一定的社會(huì)效益，環(huán)境效益和生態(tài)效益的重要意義。

　　關(guān)鍵詞：太陽(yáng)能 沼氣能 開(kāi)發(fā)利用

　　環(huán)保清潔能源，“太陽(yáng)能、沼氣能”開(kāi)發(fā)前景廣闊，是國(guó)家《能源法》認(rèn)定的新能源，在北方廣大地區(qū)由于沼氣能受地溫影響冬季產(chǎn)氣量小或者不產(chǎn)氣。太陽(yáng)能受大氣質(zhì)量，緯度影響，穩(wěn)定性差，應(yīng)用范圍有限，制約了寒冷地區(qū)自然能源的開(kāi)發(fā)和利用。

　　新研制開(kāi)發(fā)的“采用光---熱轉(zhuǎn)換，重質(zhì)傳導(dǎo)和輕質(zhì)傳導(dǎo)”兩種方式是通過(guò)熱交換產(chǎn)生太陽(yáng)能，利用太陽(yáng)能給沼氣池加溫，解決寒冷地區(qū)冬季地溫低的問(wèn)題。再利用生物質(zhì)能(如農(nóng)作物桔桿、有機(jī)垃圾、動(dòng)物糞便等)進(jìn)行氣化熱解，通過(guò)微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生沼氣。同時(shí)利用太陽(yáng)能、沼氣能兩種能源互補(bǔ)，徹底解決寒冷地區(qū)冬季產(chǎn)氣量小或不產(chǎn)氣問(wèn)題。使鄉(xiāng)村農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，養(yǎng)殖業(yè)和生活垃圾得到環(huán)保處理利用，又能解決鄉(xiāng)村居民取暖、做飯和生活所需用的環(huán)保能源，代替用原煤、桔桿、木材、液化氣取暖，做飯等生活能源。該項(xiàng)目已申報(bào)國(guó)家專(zhuān)利(申請(qǐng)?zhí)?00720003766.0)。

　　一、 項(xiàng)目研究的意義和必要性

　　能源和環(huán)保是現(xiàn)代社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，再生能源和清潔能源的供給能力，密切關(guān)系著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，是國(guó)家戰(zhàn)略安全保障的基礎(chǔ)之一。我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，也是一個(gè)能源消耗大國(guó)，近年來(lái)一直保持能源消耗量每年7.5億噸油當(dāng)量，僅次于美國(guó)，成為世界第二個(gè)能源消耗大國(guó)。到本世紀(jì)中，我國(guó)全面達(dá)到小康水平時(shí)，一次能源的消耗量將達(dá)到30多億噸油當(dāng)量。然而目前我國(guó)人均一次能源的消耗量不到美國(guó)1/18，僅為世界平均水平的1/3。與世界一次能源構(gòu)成不同的是我國(guó)以煤為主，煤占一次能源的比例為63.6%，由于煤的高效，潔凈利用難度大，在使用過(guò)程中已對(duì)人類(lèi)的生存環(huán)境帶來(lái)嚴(yán)重的污染。另一方面我國(guó)人均能源資源嚴(yán)重不足，人均石油儲(chǔ)量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭?jī)?chǔ)量?jī)H為世界平均值的1/2。預(yù)計(jì)到2010年我國(guó)石油供需缺口1億噸，天然氣缺口400億立方米。因此，開(kāi)發(fā)自然潔凈能源和再生能源已成為必然的課題。因此清潔能源的開(kāi)發(fā)利用對(duì)建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村，提高農(nóng)民生活水平，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義和深遠(yuǎn)的歷史意義。

　　三、我國(guó)沼氣能源和太陽(yáng)能開(kāi)發(fā)利用的現(xiàn)狀

　　在我國(guó)，太陽(yáng)能和沼氣能雖然已有多年開(kāi)發(fā)先例，但是由于受地區(qū)、緯度、大氣質(zhì)量的直接影響，使用利用率較低。首先提起太陽(yáng)能，其轉(zhuǎn)換利用方式有光---熱轉(zhuǎn)換，光---電轉(zhuǎn)換和光化學(xué)轉(zhuǎn)換，但它的缺點(diǎn)是分布不均，受大氣質(zhì)量韋度影響大，能量變化大、穩(wěn)定性差，如陰天幾乎無(wú)效率，所以采用太陽(yáng)能為主要能源時(shí)還須配有其它能源做為輻助能源。目前在寒冷地區(qū)應(yīng)用的范圍只能做為洗浴等生活用水。其次是沼氣能源，沼氣能稱(chēng)生物質(zhì)能，以農(nóng)林廢棄物，桔桿，動(dòng)物糞便等為原料，通過(guò)微生物厭氧發(fā)酵產(chǎn)生一種以甲烷為主要成分的可燃性氣體。生產(chǎn)成本低，經(jīng)濟(jì)效益高，在我國(guó)南方地區(qū)廣泛使用。但是我國(guó)的東北、西北寒冷地區(qū)受氣溫影響，產(chǎn)氣量低，甚至冬季不產(chǎn)氣。試驗(yàn)表明：當(dāng)池溫在15℃以上時(shí)，每立方米沼氣池產(chǎn)氣率每天可達(dá)0.1-0.2立方米;池溫在10℃以下時(shí)，沼氣發(fā)酵受到嚴(yán)重抑制，產(chǎn)氣率每天僅為0.01立方米左右。由此可見(jiàn)，東北地區(qū)農(nóng)村家用沼氣池在池溫15℃以上的時(shí)間只有6月中旬到10月下旬，其它時(shí)間產(chǎn)氣量小或不產(chǎn)氣。寒冷地區(qū)要達(dá)到冬季大量產(chǎn)氣并解決取暖問(wèn)題必須采取科學(xué)的手段，將可利用的太陽(yáng)能技術(shù)同沼氣生物技術(shù)有機(jī)的結(jié)合起來(lái)，推動(dòng)我國(guó)農(nóng)村沼氣能和太陽(yáng)能的合理開(kāi)發(fā)利用。

　　四、項(xiàng)目的先進(jìn)性和創(chuàng)新點(diǎn)

　　本項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)技術(shù)方案在國(guó)內(nèi)尚屬首例，其創(chuàng)新點(diǎn)表現(xiàn)在：根據(jù)太陽(yáng)光---熱轉(zhuǎn)換原理，通過(guò)太陽(yáng)能接收系統(tǒng)利用介質(zhì)將熱能傳遞給予沼氣池，無(wú)需加入輔助能源。使池溫至最佳產(chǎn)氣的范圍內(nèi)，在北方冬季可使沼氣池溫度升高至35℃以上，每立方米沼氣池日產(chǎn)氣量達(dá)到1.2立方米以上，用沼氣做飯和沼氣爐加熱進(jìn)行取暖。根據(jù)太陽(yáng)能沼氣能兩種能源不同交差優(yōu)缺點(diǎn)，經(jīng)過(guò)操作太陽(yáng)能和沼氣能、即可單獨(dú)運(yùn)行，也可以同時(shí)進(jìn)行，使其能源互補(bǔ)交換出最大熱量，用于取暖和生活用熱水。工藝流程見(jiàn)下圖：

　　綜上所述，本項(xiàng)目研究開(kāi)發(fā)可達(dá)到的目標(biāo)如下：確立標(biāo)準(zhǔn)化的生產(chǎn)模式，面向廣大農(nóng)村推廣應(yīng)用，在項(xiàng)目開(kāi)發(fā)中使用專(zhuān)利技術(shù)轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為指南，完善每個(gè)環(huán)節(jié)科技手段，降低生產(chǎn)成本，將能源利用轉(zhuǎn)化過(guò)程細(xì)化。制定企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，工流程，完善能源裝置的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，如壓力、溫度傳感器，氣敏報(bào)警系統(tǒng)，使裝置安全經(jīng)濟(jì)可靠運(yùn)行。項(xiàng)目實(shí)施后，將該項(xiàng)能源技術(shù)，“太陽(yáng)能沼氣裝置”推向商品化、為廣大農(nóng)村提供新的能源，為新農(nóng)村建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

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