太阳能采暖在大中型沼气工程上的应用_盛力伟

太阳能采暖在大中型沼气工程上的应用盛力伟，李剑，赵萍(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨150081)摘要:大中型沼气工程比较经济的发酵温度为(35±1)℃，在我国大部分地区无法在不采暖的情况下达到此温度。为了充分阐述太阳能采暖对大中型沼气工程的可行性以及必要性，从太阳能热利用理论分析出发，结合实际太阳能采暖项目的开展，验证了太阳能采暖在大中型沼气工程利用上的广阔应用前景。关键词:太阳能;采暖;东北地区中图分类号:S216．4文献标识码:A文章编号:1003－188X(2011)03－0215－040引言2005年2月28日第十届全国人民代表大会常务委员会第十四次会议《中华人民共和国可再生能源法》的通过和实施，推动了包括沼气在内的可再生能源的发展。国家发改委已经制订了到2020年我国可再生能源中长期发展规划和第11个五年计划发展目标。其中，治理工农业有机废水的沼气工程到2020年将达到年产能200亿m3，按热值计相当于节约2000万t煤炭。沼气工程在处理农业有机废水的过程需要在一定的温度下才能进行，温度范围一般在10℃～60℃之间。温度对沼气发酵的影响很大，温度升高沼气发酵的产气率也随之提高，通常以沼气发酵温度区分为:高温发酵、中温发酵和常温发酵。中温发酵工艺指发酵料液温度维持在(35±2)℃的范围之间，与高温发酵相比，这种工艺消化速度稍慢一些，产气率要低一些;但维持中温发酵的能耗较少，沼气发酵能总体维持在一个较高的水平，产气速度比较快，料液基本不结壳，可保证常年稳定运行。为减少维持发酵装置的能量消耗，工程中常采用中温发酵工艺，其发酵料液温度为25～30℃。这种工艺因料液温度稳定，产气量也比较均衡。总之，与经济发展水平相配套，工程上采取增温保温措施是必要的。太阳能作为地球上资源最丰富、收集最方便、对环境无任何污染的清洁能源，将太阳能和生物质能的利用结合起来，既能满足沼气工程对温度的需求，又能在很大程度上节约传统化石能源，同时减少燃料对环境的污染。收稿日期:2010－10－19基金项目:国家“十一五”科技支撑计划项目(2008BADC4B01－1)作者简介:盛力伟(1974－)，男，吉林农安人，高级工程师，(E－mail)njygcsj@163．com。1我国太阳能资源概况我国有十分丰富的太阳能资源。据估算，陆地表面每年接收的太阳辐射能约为5×1022J，约相当于17000亿t标准煤。从全国年太阳辐射能总量的分布来看，西藏、青海、新疆、内蒙古南部、山西和陕西北部、河北、山东、辽宁、吉林西部、云南中部和西南部、广东东南部、福建东南部、海南东部和西部以及台湾省的西南部等广大地区的太阳辐射能量很大，尤其是青藏高原地区，如图1所示。图1我国太阳能资源分布Fig．1SolarenergydistributionofChina我国2/3陆地年日照超过2200h，年辐射量平均为5000MJ/m2［3］。因此，我国在大部分地区的建筑物中推广应用太阳能热利用技术已经具备了良好的条件，特别对电力紧缺地区具有一定的经济效应和社会效应［4］。1)太阳能主要优点包括:①无地域限制，可直接开发和利用，无须开采和运输;②开发利用太阳能不会污染环境，它是最清洁能源之一;③每年到达地球表面上的太阳辐射能约相当于130万亿t煤，其总量属现今世界上可以开发的最大能源;④根据目前太阳·512·2011年3月农机化研究第3期DOI:10.13427/j.cnki.njyi.2011.03.025产生的核能速率估算，氢的贮量足够维持上百亿年，而地球的寿命也约为几十亿年，从这个意义上讲，可以说太阳的能量是用之不竭的。2)太阳能主要缺点包括:①太阳辐射能流密度很低;②由于受到昼夜、季节、地理纬度和海拔高度等自然条件的限制以及晴、阴、云、雨等随机因素的影响，所以到达某一地面的太阳辐照度间断而且不稳定，这给太阳能的大规模应用增加了难度;③目前太阳能利用的发展水平，有些方面在理论上是可行的，技术上也是成熟的。但有的太阳能利用装置，相对还是效率较低，成本较高。2太阳能采暖系统类型太阳能采暖包括以空气为介质和以水为介质的太阳能采暖系统。以空气为介质的太阳能采暖系统一般由空气集热器、蓄热装置、风机、辅助热源以及风道等组成。以水为介质的太阳能采暖系统是太阳能热水系统的进一步发展，其集热效率比太阳能空气采暖系统高，通过适当增加太阳能集热器的采光面积，太阳能采暖系统可以和太阳能热水系统联合使用，该技术已列入建设部建筑节能技术政策范畴和建筑节能“十五”计划和2010年规划［10］。2．1直接太阳能地热系统直接太阳能地热系统图如图2所示。该系统利用太阳能集热器，包括平板型、全玻璃真空管型和热管型3种集热器吸收太阳能辐射，然后利用循环泵及补水阀给贮水箱提供热能。系统设置两个贮水箱，一个与集热器直