太陽(yáng)能加熱的三級(jí)恒溫沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)行策略優(yōu)化研究.pdf

1、太陽(yáng)能和生物質(zhì)能是農(nóng)村可廣泛獲取的可再生能源，它們的高效低成本利用對(duì)改善農(nóng)村人居環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和滿足農(nóng)村多層次的能源需求有重要作用。
　　 基于太陽(yáng)能經(jīng)濟(jì)性集熱溫度與生物質(zhì)高效恒溫厭氧發(fā)酵溫度相匹配的特點(diǎn)，本團(tuán)隊(duì)前期提出了太陽(yáng)能加熱的三級(jí)恒溫沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)，并對(duì)太陽(yáng)能加熱的單個(gè)沼氣發(fā)酵裝置和基于三級(jí)恒溫沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)的熱電聯(lián)供或冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行了研究。在此基礎(chǔ)上，為了高效低成本地實(shí)現(xiàn)沼氣恒溫生產(chǎn)，本課題對(duì)太陽(yáng)能加熱的三級(jí)恒溫沼氣生

2、產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行策略進(jìn)行了優(yōu)化研究。主要研究?jī)?nèi)容和結(jié)果如下：
　　 (1)基于在蘭州皋蘭縣陽(yáng)洼窯實(shí)驗(yàn)基地建立的太陽(yáng)能加熱的三級(jí)恒溫沼氣生產(chǎn)系統(tǒng)，建立了系統(tǒng)運(yùn)行策略的優(yōu)化模型，分別以沼氣產(chǎn)氣量最大化和沼氣單位成本最小化為目標(biāo)函數(shù)，系統(tǒng)能量輸入與輸出的差值為正為約束條件。
　　 (2)建立了系統(tǒng)的能量輸入和輸出模型，其中系統(tǒng)能量輸入的模型包括每日進(jìn)料帶入系統(tǒng)的熱量，太陽(yáng)能集熱器吸收的太陽(yáng)輻射能和3臺(tái)循環(huán)泵(排污泵)和兩臺(tái)循環(huán)泵所

3、消耗的電能的模型。輸出模型包括每日出料帶走的熱量，干沼氣及其帶走的水蒸氣所帶走的熱量，發(fā)酵罐的散熱損失和儲(chǔ)熱水箱的散熱損失的模型。
　　 (3)基于蘭州地區(qū)建筑氣象數(shù)據(jù)，計(jì)算了發(fā)酵原料為8％的鮮牛糞或牛糞與蓮花菜混合原料時(shí)系統(tǒng)的能量輸入和輸出。然后，根據(jù)優(yōu)化模型確定了以8％的鮮牛糞或牛糞與蓮花菜混合原料為原料的系統(tǒng)一年內(nèi)每個(gè)月的最優(yōu)運(yùn)行策略，比較了全年最優(yōu)運(yùn)行策略與傳統(tǒng)運(yùn)行策略，分析了系統(tǒng)按全年最優(yōu)策略運(yùn)行時(shí)的經(jīng)濟(jì)性。以8％的鮮

4、牛糞為原料時(shí)，以沼氣產(chǎn)量最大化為目標(biāo)函數(shù)和以沼氣單位成本最小化為目標(biāo)函數(shù)的系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行策略是一致的，1月策略為1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐37℃，2月至11月策略為1號(hào)罐37℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐37℃，12月策略為1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐30℃。經(jīng)過(guò)與系統(tǒng)原運(yùn)行策略1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐30℃/3號(hào)罐30℃比較可知，按最優(yōu)策略運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)全年的產(chǎn)氣量提高了45.14％，沼氣單位成本降低了22.20％。以8％的牛糞與蓮花

5、菜混合原料為原料時(shí)，以沼氣產(chǎn)量最大化為目標(biāo)函數(shù)的系統(tǒng)最優(yōu)運(yùn)行策略為：1月策略為1號(hào)罐37℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐30℃，2月策略為1號(hào)罐52℃/2號(hào)罐52℃/3號(hào)罐37℃，3月至10月策略為1號(hào)罐52℃/2號(hào)罐52℃/3號(hào)罐52℃，11月策略為1號(hào)罐52℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐37℃，12月策略為1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐30℃。與系統(tǒng)發(fā)酵罐原運(yùn)行策略1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐30℃/3號(hào)罐30℃相比，按最優(yōu)策略運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)全年的產(chǎn)氣

6、量提高了81.62％。當(dāng)以沼氣單位成本最小化為目標(biāo)函數(shù)時(shí)，其全年最優(yōu)運(yùn)行策略為：1月策略為1號(hào)罐37℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐30℃，2月至11月策略為1號(hào)罐37℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐37℃，12月策略為1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐37℃/3號(hào)罐30℃。與系統(tǒng)發(fā)酵罐原運(yùn)行策略1號(hào)罐30℃/2號(hào)罐30℃/3號(hào)罐30℃相比，按最優(yōu)策略運(yùn)行時(shí)，系統(tǒng)全年的沼氣單位成本降低了19.75％。無(wú)論發(fā)酵原料是8％的鮮牛糞，還是8％的牛糞與蓮花菜混合原料，按最優(yōu)