摘要：在我國農村南方太陽能沼氣能已廣泛推廣應用，在北方沼氣能受地溫影響、太陽能受大氣質量緯度影響，應用范圍有限，為從根本上解決寒冷地區千家萬戶的能源問題，提出“采用光---熱轉換重質傳導和輕質傳導”兩種方式解決寒冷地區冬季地溫低的問題，具有一定的社會效益，環境效益和生態效益的重要意義。
關鍵詞：太陽能 沼氣能 開發利用
環保清潔能源，“太陽能、沼氣能”開發前景廣闊，是國家《能源法》認定的新能源，在北方廣大地區由于沼氣能受地溫影響冬季產氣量小或者不產氣。太陽能受大氣質量，緯度影響，穩定性差，應用范圍有限，制約了寒冷地區自然能源的開發和利用。
新研制開發的“采用光---熱轉換，重質傳導和輕質傳導”兩種方式是通過熱交換產生太陽能，利用太陽能給沼氣池加溫，解決寒冷地區冬季地溫低的問題。再利用生物質能(如農作物桔桿、有機垃圾、動物糞便等)進行氣化熱解，通過微生物厭氧發酵產生沼氣。同時利用太陽能、沼氣能兩種能源互補，徹底解決寒冷地區冬季產氣量小或不產氣問題。使鄉村農業生產，養殖業和生活垃圾得到環保處理利用，又能解決鄉村居民取暖、做飯和生活所需用的環保能源，代替用原煤、桔桿、木材、液化氣取暖，做飯等生活能源。該項目已申報國家專利(申請號200720003766.0)。
一、 項目研究的意義和必要性
能源和環保是現代社會賴以生存和發展的基礎，再生能源和清潔能源的供給能力，密切關系著國民經濟的可持續發展，是國家戰略安全保障的基礎之一。我國是一個農業大國，也是一個能源消耗大國，近年來一直保持能源消耗量每年7.5億噸油當量，僅次于美國，成為世界第二個能源消耗大國。到本世紀中，我國全面達到小康水平時，一次能源的消耗量將達到30多億噸油當量。然而目前我國人均一次能源的消耗量不到美國1/18，僅為世界平均水平的1/3。與世界一次能源構成不同的是我國以煤為主，煤占一次能源的比例為63.6%，由于煤的高效，潔凈利用難度大，在使用過程中已對人類的生存環境帶來嚴重的污染。另一方面我國人均能源資源嚴重不足，人均石油儲量不到世界平均水平的1/10，人均煤炭儲量僅為世界平均值的1/2。預計到2010年我國石油供需缺口1億噸，天然氣缺口400億立方米。因此，開發自然潔凈能源和再生能源已成為必然的課題。因此清潔能源的開發利用對建設社會主義新農村，提高農民生活水平，具有重要的現實意義和深遠的歷史意義。
三、我國沼氣能源和太陽能開發利用的現狀
在我國，太陽能和沼氣能雖然已有多年開發先例，但是由于受地區、緯度、大氣質量的直接影響，使用利用率較低。首先提起太陽能，其轉換利用方式有光---熱轉換，光---電轉換和光化學轉換，但它的缺點是分布不均，受大氣質量韋度影響大，能量變化大、穩定性差，如陰天幾乎無效率，所以采用太陽能為主要能源時還須配有其它能源做為輻助能源。目前在寒冷地區應用的范圍只能做為洗浴等生活用水。其次是沼氣能源，沼氣能稱生物質能，以農林廢棄物，桔桿，動物糞便等為原料，通過微生物厭氧發酵產生一種以甲烷為主要成分的可燃性氣體。生產成本低，經濟效益高，在我國南方地區廣泛使用。但是我國的東北、西北寒冷地區受氣溫影響，產氣量低，甚至冬季不產氣。試驗表明：當池溫在15℃以上時，每立方米沼氣池產氣率每天可達0.1-0.2立方米;池溫在10℃以下時，沼氣發酵受到嚴重抑制，產氣率每天僅為0.01立方米左右。由此可見，東北地區農村家用沼氣池在池溫15℃以上的時間只有6月中旬到10月下旬，其它時間產氣量小或不產氣。寒冷地區要達到冬季大量產氣并解決取暖問題必須采取科學的手段，將可利用的太陽能技術同沼氣生物技術有機的結合起來，推動我國農村沼氣能和太陽能的合理開發利用。
四、項目的先進性和創新點
本項目的開發技術方案在國內尚屬首例，其創新點表現在：根據太陽光---熱轉換原理，通過太陽能接收系統利用介質將熱能傳遞給予沼氣池，無需加入輔助能源。使池溫至最佳產氣的范圍內，在北方冬季可使沼氣池溫度升高至35℃以上，每立方米沼氣池日產氣量達到1.2立方米以上，用沼氣做飯和沼氣爐加熱進行取暖。根據太陽能沼氣能兩種能源不同交差優缺點，經過操作太陽能和沼氣能、即可單獨運行，也可以同時進行，使其能源互補交換出最大熱量，用于取暖和生活用熱水。工藝流程見下圖：
綜上所述，本項目研究開發可達到的目標如下：確立標準化的生產模式，面向廣大農村推廣應用，在項目開發中使用專利技術轉化為生產力。以循環經濟為指南，完善每個環節科技手段，降低生產成本，將能源利用轉化過程細化。制定企業標準，工流程，完善能源裝置的自動化控制系統，如壓力、溫度傳感器，氣敏報警系統，使裝置安全經濟可靠運行。項目實施后，將該項能源技術，“太陽能沼氣裝置”推向商品化、為廣大農村提供新的能源，為新農村建設貢獻力量。
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