课程设计基于太阳能-沼气的分布式供能系统新能源11 杨光伟 21103100272014/6/30本方案根据河南省周口市农村地区的典型建筑，生产生活方式，太阳辐射等数据，设计并初步计算了由 太阳能和沼气以及常规能源组成的分布式能源供能体系 河南乡村典型建筑分布式能源供能系统的分析与设计 河南地处黄河流域，乃中原腹地，地形以平原为主，是我国粮食的主产区，乡村建筑通常是独院式的传统住宅农村地区建筑特点是占地多，建造技术水平低甚至是忽视最基本的建筑热工性能要求，能源利用率低，，保温隔热性能差，能耗大，舒适度低因此，因地制宜的在广大农村地区发展分布式供能和节能综合利用技术，对于提高农村地区的能量利用效率和节能减排有十分重要的意义和价值 结合河南农村地区的实际情况，利用太阳能，沼气和传统能源相结合的方式是目前较为合理且完善的方式太阳能开发与应用 农村地区有着丰富的太阳能资源，建造太阳能综合利用建筑，在屋顶放置太阳能利用设备可提供生活热水、采暖系统以及照明等综合应用特别是近年来太阳能低温地板辐射采暖系统的应用，适合应用在无集中供暖的农村建筑。
沼气开发与应用 沼气是一种清洁的可再生能源在广大农村地区各种农作物的秸秆，牲畜的粪便等都可以作为产生沼气的原料沼气不仅用来解决农村燃料缺乏问题，也可以应用沼气进行采暖和照明等综合利用另外沼液和沼渣可以作为有机肥料沼气建设与种养殖业结合，通过资源的优化配置，使能源得到有效的循环利用目前我国农村大多采用单户的沼气建设，受技术条件的限制经常沼气产量不足，而且安全性较差建议采用多户集中建造高效的沼气设施，集中管理，有效利用资源，这样能使沼气设施能源利用率高，便于为广大农民提供高效、洁净、安全的沼气能源 结合农村居住较为集中，住宅实际空闲面积大，太阳能和农业生物质资源丰富的特点，建立多户集中的太阳能—沼气—常规能源分布式供能系统，可以很大程度上改善农村能源现状 分布式能源利用系统流程图如下：太阳能提供热水，供暖，制冷提供燃料，供暖，照明储能设备沼气（生物质）储能设备用户用户用户用户用户用户常规能源（外部电网电力输入）电压变换-电力控制系统 太阳能资源分析河南中原地区年均总辐射 5600-6300 MJ/m2 ，直接辐射年总量3100～4100MJ/㎡,光合有效辐射2300～2700MJ/㎡;年日照时数2300～2700小时。
在年内变化上，干季多于雨季，其中5～8月辐射最多，11，12月最少太阳能电池板单晶硅效率约15%太阳能热水器的效率约为60%，太阳能制冷能效比（能量转换/输入能量）约为0.4 生物质能（沼气）资源分析距2012年统计数据显示，河南各类秸秆资源分别为：小麦3797.3万吨，玉米2394.8万吨，棉花147.2万吨，花生340.8万吨，薯类243.4万吨瓜果类526.6万吨综合其他作物，各类秸秆资源总量为8437.7万吨考虑到收集过程中的损耗，可收集资源量约为7200万吨，实际利用率为33.5% ，人口总量为9400万综合以上数据，河南人均年可利用秸秆实际量为 256.6千克实验表明每口10立方米的沼气池每年可消耗秸秆约1吨 考虑到实际占地面积等因素，每单位（六户）建3口标准沼气池用户需求分析河南广大农村的经济发展处于较低水平，年平均户用电量1000kWh 左右，每户日用电量春秋季约4KWh，夏冬季约6KWh 分布式能源利用系统的综合计算与分析： 以六户为单位构成分布式能源综合利用系统，每户按4口人计算，太阳能电池板在各户房顶朝南方放置，每户约25m2 春秋季节 太阳能日供能：日平均太阳辐射为652 w/m2,平均日照7小时，提供电能为 652*7*25*15%/1000=17 KWh沼气（生物质）供能：沼气池每立方米按0.3立方米产气量计算，那么10立方米的沼气池每天产生沼气约3立方米,每立方米的沼气一般情况下可发电1.6 KWh,故每天3口沼气总发电量为 1.6*3*3=14.4 KWh常规能源供能：4*6KWh-17KWh-14.4KWh= -7.4 KWh即春秋季节，沼气和太阳能供能已超过日常所需，并有 7.4KWh 的剩余，故此时无需常规能源提供电能。
夏季供能： 太阳能供能：夏季日平均太阳辐射为685W/m2，提供电能685*8*25*15%/1000=20.55 KWh沼气（生物质）供能： 夏季环境温度较高，沼气池每立方米按0.5立方米产气量计算，那么10立方米的沼气池每天产生沼气约5立方米，每立方米的沼气可发电1.6KWh，故每天3口沼气总发电量为1.6*3*3=14.4KWh常规能源供能： 6*6-20.55-14.4= 1.05 KWh 即夏季沼气与太阳能供能少量不足，由常规能源，即外部电网提供约1.05KWh 的电能沼气和太阳能供能占总能耗的百分比为n=（20.55+14.4）/36 = 97%冬季供能： 太阳能供能：冬季日平均辐射约为586W/m2,提供电能约 586*6*25*15%/1000=13.2 KWh 沼气（生物质）供能： 冬季外界环境温度较低，沼气活性较低，沼气每立方米按0.18立方米产气量计算，那么10立方米的沼气池每天产生沼气约1.8立方米，每立方米的沼气可发电1.6KWh，故每天3口沼气池总发电量为 1.6*1.8*3=8.64KWh常规能源供能： 6*6-13.2-8.64=14.16 KWh 即冬季沼时，由于太阳辐射减弱，室外温度较低，沼气和太阳能发电减弱，需要常规能源提供约14.16KWh 的电能。
沼气和太阳能供能占总能耗的百分比为n=（14.16+8.64）/36=61%太阳能-沼气-常规能源分布式供能情况如下表： 单位（天）春季夏季秋季冬季太阳能发电17 KWh20.55 KWh17 KWh13.2 KWh沼气发电14.4 KWh14.4KWh14.4 KWh8.64KWh外部电网供电-7.4 KWh1.05 KWh-7.4 KWh14.16 KWh总能耗24 KWh36KWh24 KWh36KWh根据图表做分布式供能变化图如下：冷热负荷分析：根据测算每4*6=24平方米所需的负荷如下夏季总冷负荷： 2520.00 W冬季总热负荷： 1680.00W每户有效负荷面积约40平方米，故每单位六户所需负荷为夏季总冷负荷： 25200.00 W冬季总热负荷： 16800.00W夏季每天冷负荷供能约8小时，Q=25.2*8=201.6 KWh所需太阳能有效辐射W=201.6/(0.4*0.6*9)=93.33 KW需要太阳能集热板的采光面积为 S=93330/685=136 m2 ,均分到每户家庭，每户需采光面积s=136/6=22.7 m2冬季每天热负荷供能约8小时，Q=16.8*8=134.4 KWh所需太阳能有效辐射为W=134.4/（0.6*7）=32 KW需要太阳能集热板的采光面积为S=32000/586 =54.6 m2均分到每户家庭，每户需采光面积s=54.6/6 =9.1 m2所以综合夏季制冷和冬季供热，每户所需太阳能集热板的面积为22.7 m2.发展适合农村的分布式能源供能系统不仅可以改善农村生产生活条件，而且在保护环境，缓解能源危机，推动可持续发展战略以及提高我国新能源产业竞争力等诸多发面发挥作用。
低成本高效率的农村户用太阳能-沼气发电系统相关技术及产品的应用，将很好地解决中国农村地域辽阔、差异巨大、消耗性能耗高和用能成本高的问题对于改变村容，改进乡风，保障和促进信息通畅和传递，丰富农民的业余文化生活，促进农村精神文明建设，提高农民的生活水平和质量，体现以人为本、促进物质文明和精神文明协调发展有着重要和积极地意义，具有很好地社会效益。