农村中太阳能联合沼气微型燃气轮机用能系统的研究
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科技信息．
专题 论 述
农 村 巾太 阳 鹾 联合 沼 号微 型燃 号轮 相 用 鹾 系统 的研 穷
广西师 范大学物 理科 学与技 术学 院 唐 贤健 郭平 生 覃儒展 李 天华 潘士虎
［ 摘 要］ 中国是一个农业大国 ， 只有农村经济得 到 了发展 ， 中国的经济才能真 正得到发展 。 能源危机和环境 污染 日益严峻的今 天． 在 如何更合理更有 效的解决农村能源 问题、环境问题 达到促 进农村和谐的 经济发展 ，是值得 深入探 讨的 问题。本文结合农村 的特
点—— 太阳能和生物质能非常丰富， 出了在将农村太阳能沼 气应用与微 型燃 气轮机思想， 在综合用能、 护环境 、 提 旨 保 促进农村经济
的 发展 ， 立 了简 单 的结 构 模 型 ， 建 对此 模 型 的 工 艺 流程 和 经 济 性 进 行 了分析 。 模 型设 计 为 建 立 农村 经 济 发展 模 式 、 化 农 村 能 源 消 此 优
的 关键 问题 。 农生 产 包 （ 主要 是 当地 的 可再 生 能 源 ） 。可 见 在 农 村 可再 生 能 源 的 开发 利 用非 常
发电机产生 的 Ｎ Ｏ 是微型燃气轮机的数百倍 ； ④维护周期长 ， 维护费用 少 ； 系统配置灵活 ， 料多元化 。 ⑤ 燃 微型燃气轮机是基于布雷顿循环 ， 通 常包括 一个离心式压缩机 ，燃烧室 ，径向透平 和一个永磁体发 电机转 子， 主要特点是高速 、 发电机直接耦合 在透平转子上 。大 多数压气 机和 透 平 设 计 采 用 轴 流 式 ， 通 常 功 率 为 ３～０ｋ ０ ５ ０ Ｗ，转 速 高 达
费结构和缓解化石能源供给的危机提 出了有意义的参考。 ［ 关键词 ］ 农村 太阳能 沼气 微 型燃 气轮机 生物质 能 要想促进农村经济的发展 ，其中一个 关键 因素是解决农村能源 问 题。 能源是人类赖 以生存的基本条件和社会发展 的原动力 ， 中国是一个 农业大国 ， 农村 人口占 ７ ％， ０ 经济 、 能源 、 与环境 的协调发展 ， 是实现 中 国农村现代化 目 的重要前提。因此能否解决农 村能源 问题是 中国能 标 否走可持续发展道路和能否实现新农村建设 目标 、促进农村经济发展
率 并 不 是很
度， 从而提 高发 电效率 ； 另一类为不带 回热器 的 ， 虽然发电效率有所降
低， 但燃气 轮机 的成本降低了。本文采用带回热器 的。 ３太 阳能 联 合 沼气 的微 型 燃 气 轮 机 系统 及 工 艺 流 程 ．
３１ 型设 计 ．模
微型燃气 轮机具有上述如此多的优势 ，但是它在市 场上竞争力仍 然未能得到很好 的发挥 ， 主要原因是所用燃料的成本仍然很高。利用太 阳能沼气是成本最低廉 、 最洁净 、 最安全 、 环保效益最好 的能源。结合农 村能源结构和用能特点 ，笔者设计 了太阳能联合沼气微 型燃气 轮机 的 模型， 本系统由太阳能集热器子系统 、 沼气池子系统 、 微型燃气轮机子 系统 、 抽燃气利用子系统等组成。具体布局见图 １ 所示 ： 图 １ 阳能联合沼气微型燃气轮的模 型图 太
ｌ 太阳能集热器陈列 ； ２储热水箱 ； ３搅拌沉沙 ； ４酸化 池 ； ５厌氧消
高。 当发酵温度为 ５ ～ ｏ 每天每立方米的料液可 以产气 ２Ｉ 以 ０ ６ ℃， Ｏｌ Ｉ ３
上， 当发酵温度为 ３ ～ ５Ｃ， ０ ３ ￣ 每天每立方米的料液可以产气 ｌ ｍ 以上 。 为 了保持 甲烷细菌生长和活动适宜 的温度 ， 获得 良好 的产气效果 ， 本文设
重要。 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源 ， 生物质能、 风能、
海洋能等都来 自太阳能 。 太阳能本身是一种可再生 能源 ， 也是一种一次 能源。沼气是一种重要 的生物质能 ， 也是一种可再 生能源 ， 利用生 物 是
质制取清洁能源的有效途径 ，沼气在开发过程中能减少废弃 物对环境 的影 响 ， 有 良好 的 去 污性 能 ” 具 。微 型燃 气 轮 机 发 ， 电系统是一种具有广泛应用前景的分布式发电系统。微型燃气 轮 机一般是指功率在几百千瓦 以内的小型热动装置 ， 与常规发 电机组相 比， 微型燃气轮机具有经 济性好 、 寿命长 、 可靠性 高、 燃料适应性好 、 环境污染小和便 于灵活控制等优点１ 本文提出 ３ ］ 。 了在农村将太阳能联合沼气应用于微型燃气轮机 的思想。 １农村太阳能沼气的特性 ． 太 阳能是一种“ 取之不尽 ， 用之不竭” 的能源 。农村 的占地 面积之 广， 使得农村的太阳能资源非常丰富。由于技术和经济等 因素 ， 农村对 太阳能的开发利用还不够成熟 。 但近年来 ， 在农村太阳能的开发利用也 迈出了坚实的步伐 ， 开发利用的项 目和数量逐渐增 多， 比如农村太 阳能 光伏路灯 、 杀虫灯从无到有 ， 太阳能热水 器、 太阳能灶 的数量显著增加 。 农 村太 阳能的开发利用 ， 对发展农业和农村 经济 ， 改善农 民生产生活条 件， 加快新农村建设 ， 增强农村经济社会 的可持续 发展能力 ， 起到 了积 极的促进作用。 沼气是 由多种微生物 以生物质（ 有机物 ） 为底物进行厌 氧发酵 而产 生的一种混合可燃性气体 ， 主要成分为 甲烷和二氧化碳 ， 其 还要少量 的 其它气体 。农村有丰富的农作物 、 人畜禽粪等有机物 ， 具备制取沼气的 良好条件 。现阶段 ， 农村沼气技术相对 比较成熟 ， 在沼气池的建造和规 模上都比以往有很大改进 ， 但是大部分沼气池还是采用常温发酵 ， 产气
９０ ０ １０ ０ ｒ ｎ 高 频 交 流 电 通 过 整 流 器 、 逆 变 器 可 以 产 生 ００ ～ ２０ ０／ ， ｍｉ
６ Ｈ ，８ Ｖ的交流电。 ０ｚ ０ ３ 微型燃气轮机分为两类， 一类带 回热器的 ， 利用回 热器回收燃气轮机排烟的热量 ，同时提高进 入燃烧 室的压缩空气 的温
专题 论 述
农 村 巾太 阳 鹾 联合 沼 号微 型燃 号轮 相 用 鹾 系统 的研 穷
广西师 范大学物 理科 学与技 术学 院 唐 贤健 郭平 生 覃儒展 李 天华 潘士虎
［ 摘 要］ 中国是一个农业大国 ， 只有农村经济得 到 了发展 ， 中国的经济才能真 正得到发展 。 能源危机和环境 污染 日益严峻的今 天． 在 如何更合理更有 效的解决农村能源 问题、环境问题 达到促 进农村和谐的 经济发展 ，是值得 深入探 讨的 问题。本文结合农村 的特
点—— 太阳能和生物质能非常丰富， 出了在将农村太阳能沼 气应用与微 型燃 气轮机思想， 在综合用能、 护环境 、 提 旨 保 促进农村经济
的 发展 ， 立 了简 单 的结 构 模 型 ， 建 对此 模 型 的 工 艺 流程 和 经 济 性 进 行 了分析 。 模 型设 计 为 建 立 农村 经 济 发展 模 式 、 化 农 村 能 源 消 此 优
的 关键 问题 。 农生 产 包 （ 主要 是 当地 的 可再 生 能 源 ） 。可 见 在 农 村 可再 生 能 源 的 开发 利 用非 常
发电机产生 的 Ｎ Ｏ 是微型燃气轮机的数百倍 ； ④维护周期长 ， 维护费用 少 ； 系统配置灵活 ， 料多元化 。 ⑤ 燃 微型燃气轮机是基于布雷顿循环 ， 通 常包括 一个离心式压缩机 ，燃烧室 ，径向透平 和一个永磁体发 电机转 子， 主要特点是高速 、 发电机直接耦合 在透平转子上 。大 多数压气 机和 透 平 设 计 采 用 轴 流 式 ， 通 常 功 率 为 ３～０ｋ ０ ５ ０ Ｗ，转 速 高 达
费结构和缓解化石能源供给的危机提 出了有意义的参考。 ［ 关键词 ］ 农村 太阳能 沼气 微 型燃 气轮机 生物质 能 要想促进农村经济的发展 ，其中一个 关键 因素是解决农村能源 问 题。 能源是人类赖 以生存的基本条件和社会发展 的原动力 ， 中国是一个 农业大国 ， 农村 人口占 ７ ％， ０ 经济 、 能源 、 与环境 的协调发展 ， 是实现 中 国农村现代化 目 的重要前提。因此能否解决农 村能源 问题是 中国能 标 否走可持续发展道路和能否实现新农村建设 目标 、促进农村经济发展
率 并 不 是很
度， 从而提 高发 电效率 ； 另一类为不带 回热器 的 ， 虽然发电效率有所降
低， 但燃气 轮机 的成本降低了。本文采用带回热器 的。 ３太 阳能 联 合 沼气 的微 型 燃 气 轮 机 系统 及 工 艺 流 程 ．
３１ 型设 计 ．模
微型燃气 轮机具有上述如此多的优势 ，但是它在市 场上竞争力仍 然未能得到很好 的发挥 ， 主要原因是所用燃料的成本仍然很高。利用太 阳能沼气是成本最低廉 、 最洁净 、 最安全 、 环保效益最好 的能源。结合农 村能源结构和用能特点 ，笔者设计 了太阳能联合沼气微 型燃气 轮机 的 模型， 本系统由太阳能集热器子系统 、 沼气池子系统 、 微型燃气轮机子 系统 、 抽燃气利用子系统等组成。具体布局见图 １ 所示 ： 图 １ 阳能联合沼气微型燃气轮的模 型图 太
ｌ 太阳能集热器陈列 ； ２储热水箱 ； ３搅拌沉沙 ； ４酸化 池 ； ５厌氧消
高。 当发酵温度为 ５ ～ ｏ 每天每立方米的料液可 以产气 ２Ｉ 以 ０ ６ ℃， Ｏｌ Ｉ ３
上， 当发酵温度为 ３ ～ ５Ｃ， ０ ３ ￣ 每天每立方米的料液可以产气 ｌ ｍ 以上 。 为 了保持 甲烷细菌生长和活动适宜 的温度 ， 获得 良好 的产气效果 ， 本文设
重要。 太阳能是各种可再生能源中最重要的基本能源 ， 生物质能、 风能、
海洋能等都来 自太阳能 。 太阳能本身是一种可再生 能源 ， 也是一种一次 能源。沼气是一种重要 的生物质能 ， 也是一种可再 生能源 ， 利用生 物 是
质制取清洁能源的有效途径 ，沼气在开发过程中能减少废弃 物对环境 的影 响 ， 有 良好 的 去 污性 能 ” 具 。微 型燃 气 轮 机 发 ， 电系统是一种具有广泛应用前景的分布式发电系统。微型燃气 轮 机一般是指功率在几百千瓦 以内的小型热动装置 ， 与常规发 电机组相 比， 微型燃气轮机具有经 济性好 、 寿命长 、 可靠性 高、 燃料适应性好 、 环境污染小和便 于灵活控制等优点１ 本文提出 ３ ］ 。 了在农村将太阳能联合沼气应用于微型燃气轮机 的思想。 １农村太阳能沼气的特性 ． 太 阳能是一种“ 取之不尽 ， 用之不竭” 的能源 。农村 的占地 面积之 广， 使得农村的太阳能资源非常丰富。由于技术和经济等 因素 ， 农村对 太阳能的开发利用还不够成熟 。 但近年来 ， 在农村太阳能的开发利用也 迈出了坚实的步伐 ， 开发利用的项 目和数量逐渐增 多， 比如农村太 阳能 光伏路灯 、 杀虫灯从无到有 ， 太阳能热水 器、 太阳能灶 的数量显著增加 。 农 村太 阳能的开发利用 ， 对发展农业和农村 经济 ， 改善农 民生产生活条 件， 加快新农村建设 ， 增强农村经济社会 的可持续 发展能力 ， 起到 了积 极的促进作用。 沼气是 由多种微生物 以生物质（ 有机物 ） 为底物进行厌 氧发酵 而产 生的一种混合可燃性气体 ， 主要成分为 甲烷和二氧化碳 ， 其 还要少量 的 其它气体 。农村有丰富的农作物 、 人畜禽粪等有机物 ， 具备制取沼气的 良好条件 。现阶段 ， 农村沼气技术相对 比较成熟 ， 在沼气池的建造和规 模上都比以往有很大改进 ， 但是大部分沼气池还是采用常温发酵 ， 产气
９０ ０ １０ ０ ｒ ｎ 高 频 交 流 电 通 过 整 流 器 、 逆 变 器 可 以 产 生 ００ ～ ２０ ０／ ， ｍｉ
６ Ｈ ，８ Ｖ的交流电。 ０ｚ ０ ３ 微型燃气轮机分为两类， 一类带 回热器的 ， 利用回 热器回收燃气轮机排烟的热量 ，同时提高进 入燃烧 室的压缩空气 的温
