太阳能与生物质能互补的联合循环系统研究

【摘要】：太阳能和生物质能是农村可广泛获取的可再生能源,它们的高效低成本利用对改善农村人居环境、生态环境和满足农村多层次的能源需求有重要作用。基于太阳能经济性集热温度与生物质高效恒温厌氧发酵温度相匹配的特点,本团队前期提出了太阳能加热的恒温沼气生产系统,并对其性能进行了研究。 作为能源高效利用之一的分布式能源系统是目前能源系统研究的热点。目前国内外对于基于传统能源的分布式能源系统研究很多,但是对于基于可再生能源的分布式能源系统研究甚少。因此,本文构建了一套太阳能与生物质能互补的联合循环系统,并对系统的性能进行研究,分析了关键参数对系统性能的影响。主要研究结果如下： 1.太阳能与生物质能互补的联合循环系统的构建及性能分析。本文提出了将太阳能集热技术、恒温厌氧发酵技术、微型燃气轮机发电技术、氨水吸收式功冷并供技术高度集成方案,构建了一套太阳能与生物质能互补的联合循环系统。其中沼气池容积为210m3,以牛粪为主要发酵原料,采用52℃高温发酵,日产气量420m3。初产沼气再经过脱硫脱水后进入储气罐,此时的沼气中甲烷含量超过98%,以0.0024kg/s的质量流量进入微型燃气轮机,在燃烧室燃烧后推动透平做功,运用Aspen Plus软件对系统的性能进行分析,模拟表明微燃机发电量为30.5kW,尾气再经过回热器回收热量后以275℃排出。高烟尾气作为功冷并供循环的热源,产生电量5.16kW,冷量2.36kW,剩余的废气二次回收利用,其中33.56kW的热量用作供暖。整个系统的能源利用率为60.5%,火用效率为45.5%。 2.分析环境温度和甲烷含量等关键参数对太阳能与生物质能互补的联合循环系统性能的影响。并通过Aspen Plus化工流程模拟软件,模拟了甲烷含量的变化对微燃机输出功率和微燃机效率的影响,并总结出了微燃机的性能参数随甲烷含量变化的曲线图。 3.太阳能与生物质能互补的联合循环系统的全生命周期评价。系统充分利用了能源梯级利用的特点,具有良好经济效益与环境效益。该系统静态投资回收期为6.02a,每年可处理鲜牛粪811.4t,减少H2S气体的排放量为698.2kg,可获得单质硫657kg。 本文的创新点在于：提出了将太阳能经济性集热技术、恒温厌氧发酵技术、微型燃气轮机发电技术和氨水吸收式功冷并供技术高度集成方案,构建太阳能与生物质能互补的联合循环系统,并对系统的性能进行分析。 本文构建的系统全部利用了可再生清洁能源,其环保性和节能性不言而喻。如能将系统加以改进,进一步提高能源利用率等性能,其相关的研究对能源、环境的可持续发展将产生重要的意义。 【关键词】：可再生能源利用 联合循环系统 系统构建 性能研究
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TK519;TK6
【目录】：

• 目录5-7
• 摘要7-9
• Abstract9-11
• 第1章 绪论11-22
• 1.1 本文的研究背景11-12
• 1.2 可再生能源12-14
• 1.2.1 太阳能的利用13
• 1.2.2 生物质能的利用13-14
• 1.3 分布式能源系统的研究概况14-16
• 1.3.1 分布式能源系统的定义及特点14-15
• 1.3.2 分布式能源系统的主要实现方式15-16
• 1.4 分布式能源系统主要技术的研究现状16-19
• 1.4.1 微型燃气轮机技术16-18
• 1.4.2 功冷并供技术18-19
• 1.5 国内外研究及发展现状总结及对本文的启示19-20
• 1.6 本文研究的目标、内容和意义20-21
• 1.6.1 研究目标20
• 1.6.2 研究内容20
• 1.6.3 研究意义20-21
• 1.7 本章小结21-22
• 第2章 太阳能与生物质能互补的联合循环系统的构建22-39
• 2.1 系统概述22-23
• 2.2 太阳能集热过程23-24
• 2.2.1 太阳能集热器参数23-24
• 2.2.2 太阳能加热热水参数24
• 2.3 沼气恒温厌氧发酵过程24-29
• 2.3.1 沼气恒温厌氧发酵24-25
• 2.3.2 沼气池热损失计算25-29
• 2.4 沼气净化提纯过程29-31
• 2.4.1 脱硫环节29-30
• 2.4.2 脱水环节30-31
• 2.5 微型燃气轮机发电子系统31-34
• 2.5.1 压气机的数学模型32
• 2.5.2 燃烧室数学模型32-33
• 2.5.3 透平模型33-34
• 2.5.4 回热器模型34
• 2.6 氨水吸收式功冷并供循环子系统34-37
• 2.6.1 吸收式制冷的原理34
• 2.6.2 吸收式制冷循环工质对的比较34-35
• 2.6.3 功冷并供循环35-37
• 2.7 本章小结37-39
• 第3章 太阳能与生物质能互补的联合循环系统的性能研究39-52
• 3.1 系统热力性能分析39-45
• 3.1.1 微型燃气轮机发电环节性能分析39-41
• 3.1.2 氨水吸收式功冷并供环节性能分析41-43
• 3.1.3 系统热力性能评价43-45
• 3.2 系统经济性分析45-47
• 3.3 全生命周期评价47-48
• 3.3.1 技术评价47-48
• 3.3.2 环境评价48
• 3.4 关键因素对系统性能的影响48-50
• 3.4.1 环境温度对系统性能的影响48-49
• 3.4.2 甲烷含量对系统性能的影响49-50
• 3.5 本章小结50-52
• 结论与展望52-54
• 4.1 结论52
• 4.2 本文的创新点52-53
• 4.3 尚待解决的问题53
• 4.4 展望53-54
• 参考文献54-59
• 致谢59-61
• 附录A 攻读学位期间发表的论文及专利61-62
• 附录B 获奖情况62-63
• 附录C 攻读学位期间申请的科创基金项目63

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