新农村能源技术及应用

1、1 新农村能源技术及应用学案本学案遵循“节能、开发利用可再生能源和新农村建设”的指导思想, 主要介绍了当前新农村广泛应用的沼气、太阳能、风能、节能炉灶与炕灶、薪炭林以及地热能等各种能源的开发利用技术 , 包括各种能源的没备制作、工艺和生产技术、有效开发利用途径等, 实用性与可操作性强。本书适合从事和关心新农村能源工作的领导、科研管理和技术推广人员阅读, 也可供大专院校师生参考。目录第一章 沼气开发利用技术第一节 沼气基本知识一、沼气沼气是一种生物质能， 属于可再生能源， 是有机物质在厌氧环境中， 在一定的温度、 湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。 。由于这种气体最初

2、是在沼泽、湖泊、池塘中发现的， 所以人们叫它沼气。沼气是一种混合气体， 它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氢 (h2s)、氮 及其他 一些成分。沼气是一种无色、有味、有毒、有臭的气体，它的主要成分甲烷在常温下是一种无色、无味、无臭、无毒的气体。甲烷分子式是 ch4 ，甲烷是简单的有机化合物，是优质的气体燃料。燃烧时呈蓝色火焰，最高温度可达1400 度。二、沼气的用途（一） 、作为燃料（二） 、作为化工原料如用于生产四氯甲烷等。（三） 、制造缺氧或低氧环境1、用于粮库或农民家庭消灭贮粮害虫2、用于保鲜水果。三、沼气建设在农村能源建设中的地位和作用（一） 、可以在全国大多数农村解决农民的缺柴

3、困难2 （二） 、可以提高肥效，增加肥料1、 人畜粪便通过沼气发酵，比传统的储存方法氮素损失少，速效氮含量高。人畜粪便在发酵过程中，迟效性的氮要逐渐分解成速效性的氨态氮。2、 桔杆通过沼气发酵，增加有机肥料。我国农村普遍把桔秆作为燃料，一经烧掉，有机质和氮素损失殆尽，剩下的少量灰分中只留一点钾肥，这是我国有机肥料的极大浪费。办了沼气，秸秆用作发酵原料，不仅可以取得与直接燃烧相当或更多的热能，而且增加了大量的有机肥料。如果将这些秸杆先作牲畜伺料或种植蘑菇等其他用途，再用畜粪或菇渣等入池发酵，就将取得更好的经济效益。3、 办沼气可以调动农民集有机肥和收集有机质残物的积极性，增加有机肥料。农民建了沼

4、气池后，为了提高沼气产量，必须主动采集杂草人池，过去没有利用的烂菜叶、烂穗壳等也投人池内，日积月累，便可产生不少有机肥料。（三） 、有利于农田生态平衡（四） 、有利于改善卫生面貌第二节 沼气发酵原理一、沼气发酵和沼气发酵微生物二、沼气发酵原料各种农业废弃物，如禽畜粪便；各种秸杆、杂草等；农产品加工的各种有机废物和废水；城市垃圾及生活污水等三、碳氮粪草比对沼气发酵的影响四、沼气发酵启动阶段及其重要作用（一） 、启动阶段指从沼气池到点火用气这个阶段（二） 、沼气发酵的基本条件1、沼气发酵的有机质原料2、接种物也称菌种，并不是单纯的沼气发酵菌种，而是含有沼气发酵微生物的、可以起接种作用的物质（三）

5、、沼气发酵微生物需要的环境条件1、严格的厌氧环境为了保证沼气发酵微生物的正常的生命活动，要求沼气池既不能漏水，也不能漏气，要严格密封。2、一定的温度沼气发酵微生物和所有的生物一样，对温度有一个适应范围，它们不可能在任何温度下3 都能进行代谢活动，产生沼气。我国农村沼气属于自然温度发酵，池内料液温度随地温的变化而变化，虽然气温突然变化的幅度有时很大，但地温的变化总是比较缓慢，因此沼气池不会因为气温的突然变化而停止产气。需要注意的是，冬季温度过低，不能满足沼气微生物实现正常的产气的温度需要。控制出现低温环境是解决发酵温度问题的重要办法。3、适当的酸碱度沼气微生物最适宜的ph 值范围是 7.0 7.

6、5. （四） 、池内沼气菌种的采集（五） 、菌种富集的原因及方法（六） 、酸碱度的测定与控制（七） 、池内的气体压力对沼气发酵的影响1、池内压力越大，压强越高沼气产量越低2、池内气体压力大，压强高，可使产生沼气时间推迟五、北方冬季沼气池保温防寒措施（一） 、覆盖酿热物（二） 、覆盖堆肥（三） 、覆盖堆草（四） 、简易温室内建池（五） 、塑料大棚内建池六、搅拌在沼气发酵中的作用七、合理计算投料、争取多产气八、沼气发酵工艺九、农村常见发酵原料的配料比第三节 沼气肥的应用及沼气的综合利用一、多积优质肥，二、改善生态环境第四节 “四位一体”农村能源生态模式“四位一体”农村能源生态模式是依靠生态学、生物

7、学、系统工程学原理，以土地资源为基础以太阳能为动力，以沼气为纽带，种植、养殖相结合，通过生物转换技术，在农户土地上、全封闭状态下，将沼气池、猪（禽）舍、厕所、日光温室连接在一起，组成模式综合利用体系，即在庭院里、温室里将种植业和养殖业有机的结合在一起。实现产气与积肥同步，种植、养殖并举，建立一个生物种群较多，生物链结合健全，能流、物流较快循环的能源生4 态系统工程，具有增产增收、净化环境和多业结合的集约经营功能。它的出现既能解决农村的能源供应， 改善农民卫生和生活环境， 又可以减少农作物和蔬菜生长中农药化肥的使用量，提高食品品质和食品安全。一、设计与施工二、使用与管理第五节 农村卧式封闭铁沼气

8、罐装置和干发酵工艺一、卧式封闭铁沼气罐装置二、发酵原理第六节 生物质秸秆气化技术一、生物质气化特性二、固定床气化炉煤气发生过程三、煤气发生炉的类型第二章太阳能利用技术第一节 太阳能知识太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量的20 亿分之一，但已高达173,000tw，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500 万吨煤。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。太阳能的优点: 1、阳光到处都有，不需运输。2、太阳能是取之不尽、用之不竭的能源。3、太阳能是清洁的能源，没有污染。太阳能的

9、缺点：1、能量密度分布太低。2、受到自然条件的限制。太阳能目前的转换方式：1、光热转换5 2、光电转换3、光化学转换。第二节 太阳能电池一、概述太阳能电池是通过光电效应或者光化学效应直接把光能转化成电能的装置。以光电效应工作的薄膜式太阳能电池为主流，而以光化学效应工作的湿式太阳能电池则还处于萌芽阶段。太阳能电池主要应用在1、航标灯 2、铁路信号灯 3、电围栏 4、黑光灯 5、充电电源 6、军用通讯和照明。二、太阳能电池的类型和结构（1） 、单晶硅太阳能电池单晶硅太阳能电池的光电转换效率为17% 左右，最高的达到 24% ，这是目前所有种类的太阳能电池中光电转换效率最高的，但制作成本很大，以致于

10、它还不能被大量广泛和普遍地使用。（2）太阳能电池板（3）非晶硅太阳能电池非晶硅太阳电池是1976 年出现的新型薄膜式太阳电池，工艺过程大大简化，硅材料消耗很少，电耗更低。（4）多晶硅太阳能电池多晶硅太阳能电池的光电转换效率则要降低不少使用寿命也要比单晶硅太阳能电池短。（5）聚光太阳能电池方阵（6）电化学太阳能电池（7）日本全印刷太阳能电池（8）美国点接触型太阳能电池第三节 太阳灶太阳灶是利用太阳能辐射，通过聚光获取热量，进行炊事烹饪食物的一种装置。从收集太阳辐射的方式上讲，大阳灶可以分为“聚光式太阳灶”和“热箱式太阳灶”两种类型。一、基本知识（1） ，光的直线传播定律光在一种均匀的介质中是沿着

11、直线向外传播的。6 （2） 、光的反射定律光在两种介质的分界面上有反射回原介质的性质。（3） 、太阳高度角（4）太阳方位角（5）地理纬度（6）太阳平面视角二、抛物曲面三、反光材料四、支撑及跟踪机构五、太阳灶制作技术第四节 太阳能供暖系统利用日光加热建筑物室内的水或空气。有两种太阳能供暖法被动法和主动法。一、被动式太阳房被动供暖法依靠建筑设计向建筑物供暖。二、主动式太阳能采暖系统在主动供暖法中，利用机械方法贮存、聚集和在建筑物内分配太阳能，以提供热水或空间供暖。三、适合我国发展的太阳能采暖系统第三章 风能的开发与利用第一节 风能知识一、概述（一） 、风能的重要性1、缓解能源危机2、资源丰富3、效

12、益明显 4 、清洁能源（二） 、风能利用的基本途径风帆助航、风力发电、风力提水、农副产品加工和热转换。二、风的一般知识（一） 、风及风产生的原因空气时刻都处于运动状态，它在水平方向上的运动，称之为风。风产生的原因主要是由于地面温度分布不均而引起气压分布不均，从而使空气流动而形成的。7 （二） 、我国的季风气候我国属于大陆季风气候，夏天多东南风，而冬季多西北风。（三） 、风力等级根据风力等级判断风力的大小，等级越大，风力越大，现将风力的大小分为13 个等级。（四） 、风向、风速的观测（二） 、风的特性指数1、风速是表示空气在单位时间内所通过的距离，以ms为单位。2、风速频率是指某地一年风以某一相

13、同速度吹过的总时间占一年（或一日）中日历时数的百分比。3、风能玫瑰图三、计算及区划第二节 风力机的基本结构一、分类与命名所谓风力机，就是以风力作能源，并将风力转化为机械能而做功的一种动力机。二、结构与功能风力机分为 6 部分，即风轮、传动装置、做功装置、储能装置、辅助装置和塔架。第三节 风力发电机的使用与维护一、风力发电机的选择二、安装使用三、维护第四节 小型风力提水机简介 (fs6 型风力提水机组设计 ) 一、主要性能指标确定和技术规格二、风力机参数的确定与计算三、调速系统及制动机制四、水泵设计与匹配第四章节能炉灶与炕灶第一节 炕、灶知识一、炕灶的发展简史8 二、燃烧知识燃烧的条件1、燃料2

14、、空气3、温度第二节 节柴灶一、炉灶的一些基本参数1、热量2、温度3、比热容4、压力5、潜热6、流速和流量二、新式炉灶的设计1、炉灶的大小和高度确定2、进（通）风道德设计3、炉箅子的选用与安装4、进烟口的尺寸与要求5、添柴口的确定6、灶内吊火高度的确定7、大锅灶膛的套形要求8、喉眼烟道应设铁插板9、锅台表面粉刷与处理三、常用的几种节柴灶第三节 节能炕一、炕的传热原理及结构形式二、炕体的各部位砌筑要求三、介绍几种炕型第四节 烟囱一、烟囱的设计9 二、烟囱的砌筑三、病态烟囱的维修第五节 炉灶、炕灶和烟囱常见问题与排除方法一、炉灶的常见问题与排除方法二、大锅灶的常见问题与排除方法三、火炕的常见问题与

15、排除方法四、烟囱的常见问题与排除方法第五章 薪炭林第一节怎样营造薪炭林为解决薪柴问题而营造的人工林称为薪炭林。薪炭林是一种见效快的再生能源，没有固定的树种，几乎所有树木均可作燃料。通常多选择耐干旱瘠薄、适应性广、萌芽力强、生长快、再生能力强、耐樵采、燃值高的树种进行营造和培育经营，一般以硬材阔叶为主，大多实行矮林作业。一、树种选择许多用材树种同时也是优良的薪炭林树种，如马尾松、麻栎、桉树等。通过对用材林的间伐和整枝（林木）以取得烧柴是中国各地常见的经营方式，做到“因地制宜，适地种树”。 经营方式可分下述类型： 阔叶树矮林作业薪炭林。 灌木薪炭林。 在中国北部、西北部较为普遍。头木作业薪炭林。中国北部和西北部用柳树插干营造。马尾松鹿角桩薪炭林。盛行于江苏南部宜兴、高资一带。二、造林时期三、造林方法1、植苗造林 2 、分殖造林 3 、播种造林第二节 营造薪炭林的主要树种和营造技术一、油松二、杨树10 三、旱柳四、刺槐五、紫穗槐六、胡枝子七、沙棘八、柽柳第六章 地热能在农村的应用第一节 地热能的概念地热能主要来自地壳中放射性元素蜕变产生的热量。地热资源指在未来时期内能够被合理地吸取的那一部分热量。第二节 地热水在农村的用途一、地热在农业上的应用1、种植蔬菜瓜果2、育种育秧3、灌溉和加温土壤4、养殖水生饲料二、地热在林业上的应用1、果树育苗2、珍贵树种培育3、灌