河南乡村典型建筑分布式能源供能系统的分析与设计.docx

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：

太阳能常规能源（外

太阳能

常规能源（外

部电网电力输入）

沼气（生物质）

提供热水，

供暖，制冷

提供燃料，

供暖，照明

储能设备

电压变换-电

力控制系统

储能设备

用户

用户

用户

用户

用户

用户

河南中原地区年均总辐射

河南中原地区年均总辐射

5600-6300MJ/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652w/m2,平均日照7小时，提供电能为652*7*25*15%/1000=17KWh

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1.6KWh,故每天3口沼气总发电量为1.6*3*3=14.4KWh

常规能源供能：

4*6KWh-17KWh-14.4KWh=-7.4KWh

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=20.55KWh

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*