新型能源開發(fā)利用

PAGEPAGE28能源概況及新型能源開發(fā)利用一、能源分類人類生活、生產都需要能源，能源按照其是否可再生分為不可再生能源和可再生能源。全球能源危機，石油、煤炭、天然氣等不可再生能源面臨資源枯竭，特別是隨著現(xiàn)代文明社會的發(fā)展，能源供需矛盾日益突出。農業(yè)資源、農業(yè)廢棄物資源作為可再生能源的原材料，開發(fā)利用潛力巨大。開發(fā)太陽能、風能、生物質能，利用農業(yè)生產產生的秸桿、畜禽糞便、農產品加工廢渣廢水等廢棄物資源，發(fā)展可再生能源前景廣闊。二、新型能源開發(fā)利用1、沼氣開發(fā)利用沼氣是一種可再生的潔凈的能源，可用來煮飯、點燈、發(fā)電等。生產沼氣的過程是生產、生活有機廢棄物安全處理的有效措施和途徑。2、太陽能開發(fā)利用太陽是銀河系中15000億顆恒星中的一員。太陽的直徑1.361×106km，質量為1.982×10太陽內部持續(xù)不斷地進行著核聚變反應，不斷釋放出巨大的能量。因此太陽是一個熾熱的火球，太陽表面的溫度5762K，中心溫度8×106K～40×106K。按目前太陽熱核反應的消耗速度，可足以維持60億年。太陽以熱輻射的形式向外傳遞能量。太陽總輻射功率約為3.75×1026W，地球從太陽獲得的能量約1.7×1017W，相對于太陽的總輻射功率十分微小，僅為億分之一，但它卻相當于人類現(xiàn)有各種能源總和的上千萬倍。太陽光輻射主要由紫外光譜、可見光譜、紅外光譜等不同波段的光波組成，波長從0.2～3μm。紫外光譜的能量約占8.3%，可見光譜的能量約占40.3%，紅外光譜的能量約占51.4%。從能量分布來看，絕大部分能量分布在可見光和紅外波段。太陽輻射的紫外光部分具有殺菌作用；可見光部分可使植物發(fā)生光合作用；紅外光部分能提高植物的溫度，并加速水分的蒸發(fā)。地球大氣層外太陽輻射強度基本上是一個常數(shù)，據(jù)測定為1367W/m2。太陽輻射光經過大氣層時被吸收、反射、衰減后到達地球表面，因此地球表面的太陽輻射強度受大氣透明度的影響很大（見圖1-2）。晴朗無云時，地球表面的太陽輻射強度可達1000W/m2，但要小于1367W/m2；云霧天時，顯著下降。太陽年輻照量大，是目前世界上可以開發(fā)利用的最大的能源資源。太陽到達地球的年輻照量相當于130萬億T標煤。而目前全球每年的能源消耗總量大約為100億T標煤，不到太陽到達地球年輻照量的萬分之一。太陽能是人類取之不盡、用之不竭的綠色能源，合理開發(fā)利用是緩解全球性能源危機和環(huán)境污染問題的主要措施。目前開發(fā)的主要產品有：太陽能熱水器、太陽灶、太陽能光電板、太陽房等。3、新型能源開發(fā)利用的意義面對全球性的能源危機和環(huán)境污染問題，新型能源開發(fā)利用是保障國家能源安全，減少溫室氣體排放，改善全球生態(tài)環(huán)境的需要。可再生能源開發(fā)對于中國新農村建設具有重大的現(xiàn)實意義。在新農村建設中合理開發(fā)利用可再生能源，不僅可以減緩中國能源緊張局面，減輕生態(tài)保護和環(huán)境污染的壓力，而且還可以滿足農民對水、電、熱、氣的能源需求，改善農村生存環(huán)境，提高農民生活質量，促進城鄉(xiāng)協(xié)調，實現(xiàn)社會經濟的可持續(xù)發(fā)展。中國《可再生能源中長期發(fā)展規(guī)劃》也明確指出，農村可再生能源開發(fā)是2010年和2020年中國可再生能源發(fā)展的重點領域之一，農村可再生能源發(fā)展的重點是改善農村生活用能條件，開展綠色能源示范縣建設。沼氣一、沼氣基礎知識1、沼氣的性質沼氣是多種有機物在一定的濕度、濃度、酸堿度和隔絕空氣的條件下，經過各類厭氧微生物的分解代謝而產生的一種可燃性氣體。由于這種氣體是最先在沼澤中發(fā)現(xiàn)的，所以稱為沼氣。沼氣是一種混合氣體。用戶主要利用的是甲烷、氨和一氧化碳這部分可燃氣體來獲得能量。甲烷是一種無色、無味、無臭氣體,化學性質比較穩(wěn)定。甲烷在水中的溶解度很小,所以,通常用水封的辦法來貯存沼氣。甲烷的臨界溫度較低，液化比較困難。甲烷在空氣中燃燒，火焰的最高溫度約2000℃沼氣中的硫化氫是有毒氣體，具有惡臭味。一般沼氣中含千分之幾的硫化氫。經燃燒后，硫化氫被氧化成硫或二氧化硫，失去臭味，毒性減輕?，F(xiàn)在的沼氣用戶都使用了脫硫器，硫化氫基本上給過濾了，因此，使用沼氣是安全的。2、沼氣的制取沼氣的產生，簡單的說，是有機物質在隔絕空氣和保持一定水分、溫度、酸堿度、碳氮比等條件下，經過多種微生物的分解而產生的。多種微生物（沼氣細菌）分解有機物質產生沼氣的過程,叫沼氣發(fā)酵。沼氣產生的基本原理，就是厭氧機理，其發(fā)酵的生物化學過程，大致可分為液化、產酸、產甲烷三個階段。

第一階段（水解階段）：有機物質（碳水化合物、蛋白質、脂肪等）由發(fā)酵細菌（纖維素分解細菌、蛋白質分解細菌、脂肪分解細菌等）的作用，將多糖水解成單糖，蛋白質水解成肽和氨基酸，脂肪水解成甘油和脂肪酸，并進一步降解成各種低級有機酸，如乙酸、丙酸、宜春等。同時，還聲稱氫氣和二氧化碳。

第二階段（產酸階段）：主要是由產氫細菌和乙酸細菌，將丙酸、乙酸和乙醇等分解，形成氫和乙酸，間或有二氧化碳形成。

第三階段（產甲烷階段）產甲烷細菌分解乙酸，形成甲烷和二氧化碳，或利用氫還原二氧化碳，形成甲烷，或轉化甲酸形成甲烷。在形成的甲烷中，約30%來自氫還原二氧化碳，70%來自乙酸的分解。

沼氣發(fā)酵的三個階段是相互依賴和連續(xù)進行的，并保持動態(tài)平衡。在沼氣發(fā)酵初期，以第一、二階段的作用為主，也有第三階段的作用；在沼氣發(fā)酵后期，則是三個階段的作用同時進行，到一定時間，保持一定的動態(tài)平衡才能持續(xù)正常地產氣。嚴格的厭氧環(huán)境，充足的發(fā)酵原料、接種物，適宜的發(fā)酵濃度、溫度、酸堿度是沼氣生產的必須條件。

1、嚴格的厭氧環(huán)境。沼氣發(fā)酵微生物包括產酸菌和產甲烷菌兩大類，它們都是厭氧細菌，尤其是產生甲烷的甲烷菌對氧特別敏感。它們不能在有氧的環(huán)境中生存，哪怕微量的氧存在，也會使發(fā)酵受阻。因此，建造一個不漏氣、不漏水的密閉沼氣池，是人工制取沼氣的前提。

2、足夠和優(yōu)良的接種物是指發(fā)酵所需要的含有大量微生物的厭氧活性污泥，也稱菌種。具備足夠的接種物才能保證沼氣發(fā)酵高效運行。沼氣池的接種物一般來源于老沼氣池的沼渣（沼液）、陰溝的污泥、糞坑底部的沉渣等。接種物的用量一般占總發(fā)酵液的30％左右。

3、必要的發(fā)酵溫度。沼氣發(fā)酵菌種在8-60攝氏度范圍內都能發(fā)酵產氣，并且溫度越高，發(fā)酵越活躍，產沼氣越多。因此，作為常溫發(fā)酵的農村戶用沼氣池，應盡量使其發(fā)酵溫度保持在8攝氏度以上。

4、適宜的酸堿度。在沼氣發(fā)酵過程中，沼氣菌適宜在中性或微堿性的環(huán)境中繁殖。發(fā)酵液的pH值控制在6.8-7.5為宜。如低于或高于此值，沼氣發(fā)酵就會緩慢，甚至不能正常進行。

5、適宜的發(fā)酵濃度和碳氮比。作物秸稈、青草、人畜糞便、生活污水等有機物都可以作為沼氣發(fā)酵的原料。但發(fā)酵原料需滿足(20-30)：1的碳氮比和滿足6%-10%的發(fā)酵濃度。碳氮比和發(fā)酵濃度在夏季可適當?shù)托?，在冬季可適當高些。

二、沼氣綜合利用1、沼氣的用途沼氣是在日常生活中可用來煮飯、點燈、發(fā)電等。2、沼渣、沼液的用途沼渣、沼液中存留豐富的氨基酸、B族維生素、各種水解酶、某些植物激素，對病蟲害有明顯抑制作用，是各類農作物、花卉、果樹、蔬菜等的優(yōu)良有機肥料。同時可用于發(fā)展食用菌栽培、蚯蚓養(yǎng)殖等。3、沼氣綜合利用模式四位一體能源生態(tài)模式，是依據(jù)生態(tài)學、經濟學、系統(tǒng)工程學原理，以土地資源為基礎，以太陽能為動力，以沼氣為紐帶，將種植、養(yǎng)殖相結合。通過生物能轉換技術，將日光溫室、沼氣池、畜禽舍、廁所有機的結合為一體，采用畜菜共養(yǎng)互補系統(tǒng)，形成一個相互依存，優(yōu)勢互補的資源綜合利用體系。它解決了寒冷地區(qū)沼氣池越冬問題和沼氣池肥難使用的問題；同時促進畜禽生長發(fā)育，提高養(yǎng)殖效益；又為溫室內植物提供了充足的有機肥料和二氧化碳肥，提高作物的產量和品質，是農村致富的好項目。建300～600平方米的日光溫室，種植蔬菜、果樹、花卉等附加值高的作物。日光溫室內西側或北側建20-60平方米的畜禽舍，可養(yǎng)豬10-20頭。結合養(yǎng)殖建6-10立方米的沼氣池。沼氣池結合太陽能技術，禽畜糞便結合蠅蛆及蚯蚓養(yǎng)殖又可增加一條生物循環(huán)，效果和效益還可大幅度提高。三、沼氣綜合開發(fā)利用的意義提高農民生活質量，增加農民收入，保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)全面小康，促進農村經濟餓社會的可持續(xù)發(fā)展，是當前農業(yè)、農村、農民工作的重點。沼氣綜合開發(fā)利用是農村建設的重要組成部分，合理開發(fā)利用對農村發(fā)展生產、增加農民收入、減少不可再生能源的消耗、減少環(huán)境污染、提高人民生活水平等多方面具有重大意義。四、沼氣建設、使用與管理沼氣生產與應用涉及技術和安全兩方面的問題，如果使用不規(guī)范就會影響效益的正常發(fā)揮、危及人民生命財產的安全，希望廣大農民在實踐中按技術要求科學操作。1、建設要規(guī)劃沼氣池要嚴格按照國家標準，由有建設資格的沼氣技工修建，灶具、燈具等要使用農業(yè)部鑒定的合格產品。（1）沼氣池建設選址要科學、合理。選擇土質堅實、地勢高、地下水位低和背風向陽的地方。在布局上，要與庭院建筑相吻合，使之協(xié)調互襯，滿足環(huán)境的凈化和美化的要求。要將沼氣池與牲畜暖圈、廁所統(tǒng)一規(guī)劃，相互結合，使人畜糞便能及時流入沼氣池內。應遠離高大喬木植物和建筑物。（2）規(guī)范安裝安裝不規(guī)范室內管道布設要科學、美觀、安全。規(guī)范安裝安裝不規(guī)范安裝規(guī)范安裝規(guī)范安裝不規(guī)范安裝不規(guī)范2、產品要達標，使用要規(guī)范3、管理要科學，管護要及時科學管理是保證沼氣正常運行的首要條件。要做到勤出料、勤進料、勤檢查、勤維護，特別要搞好越冬管理，經常檢查沼氣各部件接口是否牢靠、密封，檢查脫硫劑是否變質，檢查料液濃度是否合理，檢查沼氣發(fā)酵原料酸堿度是否合適等。4、安全使用注意事項沼氣易燃、易爆，混有有毒氣體—硫化氫。用戶必須熟練掌握戶用沼氣安全使用操作規(guī)程和安全基本知識，使用前要仔細閱讀使用說明書，防止誤操作出現(xiàn)安全事故。（1）、沼氣池出料口、進料口必須加防護蓋，防止人、畜掉進池內。嚴禁隨意揭開防護蓋。（2）、嚴禁在沼氣池周圍吸煙或使用明火。嚴禁在沼氣燈、灶具和輸氣管道旁堆放柴草等易燃物。一旦發(fā)生火災，立即關閉氣源總開關，及時把火撲滅。（3）、試火必須在灶具上進行。嚴禁在沼氣池導氣管和輸氣管路試火。使用沼氣時，若沒有電子點火器，需要引火物時，應先點燃引火物，再開開關，以防引起火災。（4）、壓力表壓力過大時，要注意安全放氣。嚴禁在室內和日光溫室內放氣，以防引起爆炸。（5）、一次加料或出料數(shù)量較大時，必須打開總開關，慢慢加料或出料，以免損壞池體。（6）、嚴禁向沼氣池內投放化學物品和有刺激性的有機物。（7）、室內聞到臭雞蛋味時，迅速打開門窗通風，同時關閉氣源總開關。嚴禁使用明火，以防引起火災。同時要及時更換脫硫劑。（8）、輸氣管發(fā)生老化時，必須更換專用的新輸氣管，不得使用不合格的輸氣管。（9）、沼氣池安全出料和維修必須在持證技工的現(xiàn)場指導下實施。大出料和維修一定要做好安全防護措施。敞開活動頂蓋幾小時后，先出掉浮渣，用污泥泵抽凈池內料液，清水沖洗沼氣池并將水抽出，用鼓風設備從進料口向池內鼓風，使進、出料口和活動蓋口三口通風，排除池內殘留沼氣；下池前將小動物吊入池內進行試驗，下池時必須系好安全帶，池外必須有2名以上成人守護；下池人在池內工作時感到頭昏、發(fā)悶，要馬上到池外休息；對停用多年的沼氣池進行維護時要特別注意，嚴格按照安全操作規(guī)程辦事。進池出料和維修必須使用防爆燈具，嚴禁用油燈、蠟燭等明火，嚴禁在池內吸煙。一旦發(fā)生池內人員昏倒，應立即采用人工辦法向池內輸入新鮮空氣。切不可盲目下池搶救，以免發(fā)生連續(xù)窒息中毒事故。將窒息人員抬到地面避風處，解開上衣和褲帶，注意保暖，并就近送醫(yī)院搶救。太陽灶一、太陽灶基礎知識1、太陽灶的概念及應用太陽灶是利用太陽能輻射，通過聚光獲取熱量，將較大面積的陽光聚焦到鍋底，使溫度升高，以滿足炊事烹飪食物的一種裝置。太陽灶不燒任何燃料，沒有任何污染，正常使用時比蜂窩煤爐還要快，和煤氣灶速度基本一致。據(jù)報道，瑞士自然主義者霍勒斯·德·索蘇勒早在1767年就發(fā)明、試用了第一臺太陽灶。太陽灶已是較成熟的產品，人類利用太陽灶已有200多年的歷史，特別是近二、三十年來，世界各國都先后研制生產了各種不同類型的太陽灶。世界上大部分國家都有發(fā)展太陽灶的計劃，國際太陽灶協(xié)會近來在肯尼亞取得重大突破，現(xiàn)在那里有超過5000個家庭用伯納德的折疊式太陽灶烹調。在發(fā)展中的國家，太陽灶受到了廣大用戶的好評，并得到了較好的推廣和應用，據(jù)報道印度和中國各有超過100000臺太陽灶，目前太陽灶在我國已得到普遍應用。太陽灶有廣泛的用途。我們通常可用太陽灶燒開水、煮飯、煮面條、炒菜、燉肉等。2、太陽灶的種類及結構世界上研制的太陽灶種類繁多。但是，從原理結構分類，大致上只有三種類型，即悶曬式（箱式）、聚光式和熱管傳導式。我們目前推廣的，主要是聚光式太陽灶。聚光式太陽灶是將較大面積的陽光聚焦到鍋底，使溫度升到較高的程度，以滿足炊事要求。這種太陽灶的關鍵部件是聚光鏡，不僅有鏡面材料的選擇，還有幾何形狀的設計。最普通的反光鏡為鍍銀或鍍鋁玻璃鏡，也有鋁拋光鏡面和滌綸薄膜鍍鋁材料等。聚光式太陽灶的鏡面設計，大都采用旋轉拋物面的聚光原理。在數(shù)學上若拋物線繞主軸旋轉一周，所得的面，即稱為“旋轉拋物面”。若有一束平行光沿主軸射向這個拋物面，遇到拋物面的反光，則光線都會集中反射到定點的位置，于是形成聚光或叫“聚焦”作用。作為太陽灶使用，要求在鍋底形成一個焦面，才能達到加熱的目的。換言之，它并不要求嚴格地將陽光聚集到一個點上，而是要求一定的焦面。確定了焦面之后，我們就不難研究聚光器的聚光比，它是決定聚光式太陽灶的功率和效率的重要因素。聚光比K可用下式求得：K=采光面積/焦面面積。采光面積是指太陽灶在使用時反射鏡面陽光的有效投影面積。根據(jù)我國推廣太陽灶的經驗，設計一個500～700瓦功率的聚光式太陽灶，通常采光面積約為1.5～2.0米太陽灶主要由“灶體”、“支撐調節(jié)機構”和"鍋架"組成。

太陽灶灶體（集光板）的表面形狀為旋轉拋物面凹面，上面粘貼反光材料。太陽灶的支撐調節(jié)機構是保證太陽灶隨時跟蹤太陽的結構部分，它包含了支架、底座以及仰角調節(jié)桿。支架架在底座上，灶體架在支架上，可以自由地左右旋轉。仰角調節(jié)桿連接了灶體和支架，以實現(xiàn)太陽灶灶體的仰角調節(jié)，實現(xiàn)全方位接收。

鍋架就是支撐鍋具的結構部分。

3、太陽灶聚光鏡的面積太陽灶聚光鏡的面積，是聚光鏡垂直于太陽光線的實際面積。從理論上計算太陽對垂直于光線的平面上的輻照度大約每平方米1000W。通常炊事需要的熱功率約1000W左右，考慮到多數(shù)情況下聚光鏡不可能與太陽光垂直，要打上個折扣，再加上空氣透明度，鍋底方向及熱效率等，至少要有2平方米才合適。二、推廣使用太陽灶的意義1、中國農村能源利用現(xiàn)狀能源是社會經濟發(fā)展的物質基礎，能源短缺是現(xiàn)代人類社會經濟發(fā)展的重要瓶頸因素。改善能源利用是促進經濟發(fā)展的要素之一，也是實現(xiàn)聯(lián)合國千年發(fā)展目標中消除極端貧困和饑餓目標的必要條件。中國的廣大農村地區(qū)，生活用能約占生產生活能源總消耗量的60%。占全國人口六成的農村人口，依然以農作物秸稈和薪柴等傳統(tǒng)的生物質燃料為主要生活用能來源。農村生活用能的現(xiàn)狀對經濟、社會、環(huán)境帶來了諸多不利影響。由于退耕還林等政策的執(zhí)行，農村地區(qū)尤其是中西部農村地區(qū)不能再砍伐薪柴，生活用能問題更加突出。新世紀以來，煤炭在農民生活用能中所占比例有所增加。但農民對能源的支付能力很低，再加上農村地區(qū)煤炭價格普遍高于一般的市場價格，這給農民造成了沉重的經濟負擔。

燃燒薪柴和其它燃料所造成的室內污染損害了農村人，尤其是農村婦女的健康。據(jù)世界衛(wèi)生組織和UNDP聯(lián)合發(fā)布的聲明顯示，在發(fā)展中國家，每年約有160萬人因為在通風環(huán)境差的房間中炊事活動產生的煙塵而喪生。撿拾薪柴還增加了農村婦女的家務負擔，剝奪了她們從事其他生產和休息娛樂的時間。傳統(tǒng)的爐灶，能源效率很低，溫室氣體和煙塵排放量高，從某種程度上加劇了氣候變化和環(huán)境污染。作物秸稈作為燃料使用，不能還田，打破了耕地營養(yǎng)循環(huán)的封閉鏈條?？撤バ讲駮ι仲Y源造成一定破壞，加劇水土流失。2、太陽輻射能分布情況根據(jù)中國氣象局風能太陽能資源評估中心測算，我國太陽能資源總儲量為1.47×108億千瓦?時/年,相當于2.4萬億噸標煤。3、推廣使用太陽灶的好處太陽灶是利用潔凈的太陽能輻射，通過聚光獲取熱量，進行炊事烹飪食物的一種裝置。它能夠利用清潔的太陽能輻射資源，方便炊事生活，而且價格低廉，操作簡便。我國西北、華北地區(qū)太陽能資源豐富，非常適合在農村地區(qū)推廣太陽灶。太陽灶使用對解決農村能源短缺問題，減少燃料支出，保護生態(tài)環(huán)境，促進節(jié)能減排，增進身體健康，減輕家務負擔，尤其是婦女的家庭負擔有重要意義。每臺太陽灶按年節(jié)煤0.5噸計算，每噸煤按600元計算，年節(jié)能效益達300元,減輕了農民的經濟負擔。太陽灶的使用減少了薪柴和煤的使用量。使用1臺太陽灶每年相當于向大氣中少排放煙塵約20公斤，少向大氣中排放0.54噸的CO2大力推廣和使用太陽灶，對減少植被的破壞，控制水土流失，確保退耕還林（草）成果的鞏固具有現(xiàn)實意義?？傊S著全縣農業(yè)農村經濟快速發(fā)展，農業(yè)能源污染、農業(yè)廢棄物無序排放、農作物秸稈焚燒等農業(yè)環(huán)境問題也陸續(xù)凸顯，在這種情況下，加快發(fā)展農村清潔能源建設，促進循環(huán)農業(yè)發(fā)展顯得尤為重要。大力發(fā)展清潔能源對全縣經濟社會可持續(xù)發(fā)展、建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會有著重大的現(xiàn)實意義和深遠的歷史意義。三、太陽灶的使用及注意事項使用太陽灶不用花一分錢，您只利用太陽光就可以燒水、做飯，既方便又省錢，一次投資長期受益。當前，雖然太陽灶推廣規(guī)模在不斷加大，但是，部分農戶在使用和維護太陽灶方面還存在著一些問題，特別是在使用上還存在著一定的安全隱患。下文將介紹太陽灶正確的使用和維護方法，希望廣大用戶能夠掌握。1、安裝①太陽灶應放在住宅北墻的開闊、避風、平坦處。②要避開周圍高大建筑物及樹木、電桿等能遮陰擋光的地方。③不要放在人、畜機械經?；顒雍腿菀鬃璧K其他活動的地方。④不要放在距草、樹和其