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6 新型能源利用（第1页）

沼气

在探索农村能源时，首先开发了沼气（图6-1）。甘肃是一个农村能源严重短缺的省份。目前，已累计建成农村沼气31万户，相当于年开发183万吨标准煤，是全国农村沼气发展速度最快的省份。同时，甘肃还加强农户沼气管理服务工作，农户自愿加入乡村能源协会后，每月交１至２元会费，从建池、安装、调试到后期维护、维修都享受全程服务，使沼气全年平均使用时间在10个月以上。

6。1。1家用沼气池的类型

随着我国沼气科学技术的发展和农村家用沼气的推广，根据当地使用要求和气温、地质等条件，家用沼气池有固定拱盖的水压式池、大揭盖水压式池、吊管式水压式池、曲流布料水压式池、顶返水水压式池、分离浮罩式池、半塑式池、全塑式池和罐式池。形式虽然多种多样，但是归总起来大体由水压式沼气池、浮罩式沼气池、半塑式沼气池和罐式沼气池四种基本类型变化形成的。与四位一体生态型大棚模式配套的沼气池一般为水压式沼气池，它又有几种不同形式。下面以固定拱盖水压式沼气池为例说明。

固定拱盖水压式沼气池有圆筒形（见图6-2）、球形（见图6-3）和椭球形（见图6-4）三种池型。这种池型的池体上部气室完全封闭，随着沼气的不断产生，沼气压力相应提高。这个不断增高的气压，迫使沼气池内的一部分料液进到与池体相通的水压间内，使得水压间内的液面升高。这样一来，水压间的液面跟沼气池体内的液面就产生了一个水位差，这个水位差就叫做“水压”（也就是U形管沼气压力表显示的数值）。用气时，沼气开关打开，沼气在水压下排出；当沼气减少时，水压间的料液又返回池体内，使得水位差不断下降，导致沼气压力也随之相应降低。这种利用部分料液来回串动，引起水压反复变化来贮存和排放沼气的池型，就称之为水压式沼气池。

水压式沼气池，是我国推广最早、数量最多的池型。

6。1。2沼气池的设计原理

建造“模式”中的沼气池，首先要做好设计工作。总结多年来科学实验和生产实践的经验，设计与模式配套的沼气池必须坚持下列原则：

（1）必须坚持“四结合”原则。“四结合”是指沼气池与畜圈、厕所、日光温室相连，使人畜粪便不断进入沼气池内，保证正常产气、持续产气，并有利于粪便管理，改善环境卫生，沼液可方便地运送到日光温室蔬菜地里作肥料使用。

（2）坚持“圆、小、浅”的原则。“圆、小、浅”是指池型以圆柱形为主，池容6～12立方米，池深2米左右，圆形沼气池具有以下优点：第一，根据几何学原理，相同容积的沼气池，圆形比方形或长方形的表面积小，比较省料。第二，密闭性好，且较牢固。圆形池内部结构合理，池壁没有直角，容易解决密闭问题，而且四周受力均匀，池体较牢固。第三，甘肃省气温较低，圆形池置于地下，有利于冬季保温和安全越冬。第四，适于推广。无论在哪个地区，建造圆形沼气池都有利于保证建池质量，做到建造一个，成功一个，使用一个，巩固一个，积极稳步地普及推广。小，是指主池容积不宜过大。浅，是为了减少挖土深度，也便于避开地下水，同时发酵液的表面积相对扩大，有利于产气，也便于出料。

（3）坚持直管进料，进料口加箅子、出料口加盖的原则。直管进料的目的是使进料流畅，也便于搅拌。进料口加箅子是防止猪陷入沼气池进料管中。出料口加盖是为了保持环境卫生，消灭蚊蝇孳生场所和防止人、畜掉进池内。

6。2秸秆气化

是指农业生产中产生的像稻秆、油菜秆、玉米秆等秸秆在缺氧状态下通过热化学反应，将秸秆中的碳转化成可燃气体的过程。产出的可燃气体可供民用炊事、取暖、农产品烘干、发电等使用。

秸秆气化是在气化炉内完成的。秸秆是由碳、氢、氧等元素组成，其中含有一定量的水分。当秸秆被燃烧后，随着温度的升高，燃烧产生的气体通过还原区赤热的炭层反应，转换成含CO、H2、CH4等成分的可燃气体。整个反应过程很复杂，而且随着气化炉的类型、工艺流程、反应条件、气化剂的种类、原料的性质和粉碎等条件的不同，其反应过程也不相同。但不同条件下的秸秆气化过程基本上包括下列反应:

C+O2=CO2CO2+C=2CO2C+O2=2CO2CO+O2=2CO2

2H2O+C=CO2+2H2H2O+CO=CO2+H2C+2H2=CH4CO2+H2=CO+H2O

?秸秆气化符合国家的能源发展政策，秸秆气化工程使每年农村产生的大量秸秆等作物得到综合利用，节约能源，大大降低使用者的燃料费用支出，还可以给农民带来增收，同时减轻了燃烧煤炭、石油能源对环境的污染，取得较好经济效益、社会效益和环境效益。经测算，4口人家庭用气量4～5m3月，运营成本0。25元m3，用户平均用气费用30元月户，随着用户的不断增加，用气费用将有所下降，与农民用罐装石油液化气相比每月每户节省40余元，该工程的经济效益较好，远高于行业基准收益率，对投资者有较好的回报，项目的清偿能力较强，债务风险较小。因此，秸秆气化具有明显的经济效益和社会效益。

6。3太阳能

太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。为人类创造了一种新的生活形态，使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。

就目前来说，人类直接利用太阳能还处于初级阶段，主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电等方式。

6。3。1太阳灶

太阳灶以反射聚光式太阳灶使用最多，它是由“灶体”、“支撑调节机构”和“锅架”组成。

太阳灶灶体的表面形状为旋转抛物面凹面，上面粘贴反光材料，旋转抛物面是由抛物线绕它的对称轴旋转180度而形成的，传统的方法是用水泥或混凝土制成凹型扳，上面粘玻璃反光。当平行光线沿着主光轴（抛物线对称轴）方向入射到它的表面时，反射光线都通过它的焦点。由于太阳光基本上属于平行光线，所以当太阳灶的（旋转抛物面的）主光轴指向太阳的时候，平行的太阳光线入射到旋转抛物面表面，经过反光材料的反射，这些反射光线都从它的焦点处通过，在这里形成太阳光线的高密集区。抛物面的焦点就在它的主光轴上。这样，把炊具放到抛物面焦点附近时，就可以烧水做饭。

太阳灶的支撑调节机构是保证太阳灶随时跟踪太阳的结构部分，它包含了支架、底座以及仰角调节杆。支架架在底座上，灶体架在支架上，可以自由地左右旋转。仰角调节杆连接了灶体和支架，以实现太阳灶灶体的仰角调节，实现全方位接收。

锅架就是支撑锅具的结构部分。

6。3。2太阳能集热器

太阳能热水器装置通常包括太阳能集热器、储水箱、管道及抽水泵其他部件。另外在冬天需要热交换器和膨胀槽以及发电装置以备电厂不能供电之需。太阳能集热器在太阳能热系统中，接受太阳辐射并向传热介质传递热量的装置。按传热介质可分为液体集热器和空气集热器。按采光方式可分为聚光型和聚光型集热器两种。另外还有一种真空集热器，一个好的太阳能集热器应该能用20～30年。自从大约1980年以来所制作的集热器更应维持40～50年且很少进行维修。

6。3。3太阳能热水系统

早期最广泛的太阳能应用即用于将水加热，现今全世界已有数百万太阳能热水装置。太阳能热水系统主要元件包括收集器、储存装置及循环管路三部分。此外，可能还有辅助的能源装置（如电热器等）以供应无日照时使用，另外尚可能有强制循环用的水，以控制水位或控制电动部份或温度的装置以及接到负载的管路等。太阳能热水系统主要有三种：

（1）自然循环式

此种型式的储存箱置于收集器上方。水在收集器中接受太阳辐射的加热，温度上升，造成收集器及储水箱中水温不同而产生密度差，因此引起浮力，此一热虹吸现象，促使水在除水箱及收集器中自然流动，见图6-5。由与密度差的关系，水流量于收集器的太阳能吸收量成正比。此种型式因不需循环水泵，维护甚为简单，故已被广泛采用。

（2）强制循环式

热水系统用水使水在收集器与储水箱之间循环。当收集器顶端水温高于储水箱底部水温若干度时，控制装置将启动水泵使水流动，见图6-6。水入口处设有止回阀以防止夜间水由收集器逆流，引起热损失。由此种型式的热水系统的流量可得知（因来自水的流量可知），容易预测性能，亦可推算于若干时间内的加热水量。如在同样设计条件下，其较自然循环方式具有可以获得较高水温的长处，但因其必须利用水泵，故有水电力泵、维护（如漏水等）以及控制装置时动时停，容易损坏水泵等问题存在。因此，除大型热水系统或需要较高水温的情形，才选择强制循环式，一般大多用自然循环式热水器。

（3）定温放水循环系统

该系统的运行原理就是在集热器内加一温感探头并与温控器相联，在光照条件下当集热器内的水温达到设定值时，温控器使水泵运行（从热水箱底部抽水），并将集热器内的热水送到热水箱上部。当集热器内的水温达不到设定值时水泵即自动停止。该系统适用于任何大面积采光系统（如图6-7所示）。

6。3。4家用太阳能热水器类型

太阳热水器从闷晒式、平板循环式到全玻璃真空管式、真空热管式，形式多种，有平屋顶式、斜屋顶式、分体壁挂式、敞开（排气）和承压（封闭）式，可以满足不同地区，不同消费阶层，不同房屋结构的用户使用。

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