PDF《寒冷地区能量自给型沼-电-热泵系统模式探索》

Research on Self-Energizing System Model of Methane-Electricity-Heatpump in Cold Area Chenghu Zhang, Fang Ma, Dexing Sun, Shan Qiu School of municipal and environment engineering, Harbin institute of technology, Harbin 150090,China chenghuzhang@sohu.

com Abstract: The heat energy loss of methane liquid is the most important reason for low temperature of meth- ane biochemical reaction in cold area by energy-flow analysis. The heat energy recovery of methane liquid can build a self-energizing system. Vegetable greenhouses and birdhouse or livestock barn in cold area need heating in winter, in order to supply the most heat energy, invented the methane-eletricity-heatpump system model, introduced and evaluated the running characteristic and effect. Keywords: cold area;

self-energizing;

methane;

heat pump;

model. 寒冷地区能量自给型沼-电-热泵系统模式探索 张承虎,马放,孙德兴,邱珊 哈尔滨工业大学,哈尔滨,中国,150090 [email protected] 摘要:通过沼气系统能流分析,发现造成寒区沼气反应温度偏低的主要原因是沼液出料热损失,提 出沼液热回收的能量自给系统.针对寒区的蔬菜种植和畜禽养殖均需采暖越冬的特点,以供热量最大 化为目标,为寒区农-畜牧场设计了沼-电-热泵系统模式,并对该模式的运行特点和效果进行了评价. 关键词:寒冷地区;

能量自给;

沼气;

热泵;

模式

1 引言 核能、太阳能、生物质能是未来人类赖以生存、 发展、繁荣的新能源.在目前世界的能源消耗中,生 物质能耗占世界总能耗的 14%,仅次于石油、煤炭和 天然气,位居第

4 位.预计到

21 世纪,世界能源消费 的40%将会来自生物质能.而在发展中国家,生物质 能耗达到 50%以上. 我国农业人口约占总人口的 60%, 生物质能也约占农村总能耗的 60%. 低碳经济和低碳能源是未来的世界发展方向,沼 气是一种可再生低碳能源,必将在农村形成新的低碳 产业.21 世纪沼气在农村将成为主要能源之一,并必 将逐渐转化为商品能源.从沼气发展前景来看,未来 沼气市场必定由大中型沼气项目引领.沼气向大中型 规模发展保证了沼气产业的形成.

2004 年我国畜禽粪便可生产沼气 784.04 亿立方 米,折合甲烷为 480.03 亿立方米,相当于我国

2004 年天然气产量的 1.35 倍. 参照目前天然气的商业价格, 每年畜禽养殖业沼气利用潜在资源价值近

600 亿元, 可实现的经济价值近

40 亿元, 完全可以成为具有广阔 商业前景的能源产业. 截至

2009 年, 全国农村户用沼气已达

3050 万户, 各类沼气工程 3.95 万处, 年生产沼气约

122 亿立方米, 生产沼肥(沼渣、沼液)约3.85 亿吨,使用沼气相当 于替代

1850 万吨标准煤,减少排放二氧化碳

4500 多 万吨,替代薪材相当于 1.1 亿亩林地的年蓄积量,每 年可为农户直接增收节支

150 亿元. 但是,目前所建设的沼气工程,绝大多数分布在 我国的中南部地区,在三北的寒冷地区应用实例则非 常少.其主要原因是沼气发酵过程受温度影响十分显 著,寒冷地区很难保障沼气发酵过程对温度的要求;

即便是在中南部地区的沼气池,安全越冬和提高冬季 低温条件下的沼气产量和稳定性, 也是一项关键技术. 本文针对寒冷地区的蔬菜种植场、禽畜养殖场需 要采暖越冬的特点,在沼气系统能流分析的基础上, 提出了一种沼-电-热泵模式的能量自给型沼气新工 资助信息:中国博士后基金(20090450986),黑龙江省博士后基 金(LBH-Z09199),教育部博士点基金(20092302120023) 艺,将沼气与种植业、养殖业联合起来,为蔬菜提供 肥料, 处理畜禽粪便污染, 并利用沼气发电驱动热泵, 为蔬菜大棚、畜舍禽舍提供采暖,形成新的种植业和 养殖业模式和产业.实际上,能量自给型沼-电-热泵 模式沼气系统,不论在南方还是北方地区均可适用, 均可以最大化地增加系统的实际收益率,只不过该工 艺技术在寒冷地区具有更大的推广优势.该模式已在 黑龙江省