户用太阳能辅助加热沼气池动态传热仿真

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021高温发酵沼气池太阳能辅助加热系统研究

Ac
Qw f JTcd 1 L
（ 7）
式中： Ac —直接系统集热器采光面积，m2；
Qw —贮热水箱热水得热量，2093400kJ；
f —太阳能保证率，无量纲， 0.5；
J T —集热器受热面上春秋冬季节平均日辐照量， 12.21 MJ/m2；
cd —集热器全日集热效率，无量纲， 0.50；
L —管路及储水箱热损失率，无量纲，0.15；
经计算，太阳能集热面积为：A c = 220 m2 。但太阳能在冬季工作时，虽然能提供设计的负荷，但是很难提供高温发酵所需要的热水温度 60℃以上，利用价值低。 4 结论对于太阳能 -沼气锅炉加热系统：高温发酵的沼气池（温度保持在 50~60℃），在冬季运行时，由于冬季太阳能热水一般无法提供所需要的高品位的热水，甚至预热 20 度的进料都存在一定问题，因此大部分的负荷由沼气锅炉承担，但是锅炉所需要的沼气量占总产气量的 87.87%，输出供用户使用的气量仅占 13.13%，这就使冬季的供气有效利用率过低。建议在该地区采用 35℃左右中温发酵沼气池。太阳能集热系统全年都能提供此段品味的热水，同时可以适当增加空气源热泵作为辅助加热，夏季单用太阳能就可保持高温发酵。
QW Cm tn tl
式中：C—料液的比热 m—每天添加的物料质量； tn—沼气池内沼液的平均温度，为 55℃； tl—未进发酵罐的料液温度，为 20℃。其中每天添加的物料质量 m 可以通过下式计算得出：
（ 3）
m
0.8V Ts
（ 4）
式中：ρ —新投料液的密度， Kg/m³； V—沼气池池体的体积，m³； Ts—发酵周期， 4d。根据公式（3）、（4）计算得出新加料液负荷:Qw =2851.2MJ。

太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统模拟分析

太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统模拟分析王异林;苏博生;黄枝;黄宇鹏;黄祺腾;袁妁
【期刊名称】《动力工程学报》
【年(卷),期】2024(44)2
【摘要】提出了一种太阳能辅助沼气化学回热的新型冷热电联产系统,在新系统中考虑了沼气池的热负荷,并通过中温槽式太阳能生产大量水蒸气来构建一种高水碳比的沼气蒸汽重整工艺。

基于Aspen Plus仿真软件,分析了水碳比对新系统和参比系统性能的影响。

结果表明:在设计点工况下,新系统的发电效率较参比系统提高13.4%;在2个系统供冷量相同的情况下,新系统供热量较参比系统高1476.69 kW,增幅为110.62%;由于太阳能的引入带来了产电收益,集热温度为170℃时,新系统的太阳能净发电效率最低值(17%)仍高于集热温度为300~400℃时传统槽式太阳能热发电系统的最大发电效率(16%)。

【总页数】9页(P213-220)
【作者】王异林;苏博生;黄枝;黄宇鹏;黄祺腾;袁妁
【作者单位】集美大学海洋装备与机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】O414.1
【相关文献】
1.楼宇式热电冷联产系统模拟软件开发及应用
2.热电厂采用热电冷三联产的热经济性分析
3.热电联产、热电冷联产及太阳能发电技术
4.计及热网热惯性的沼气热电
联产发电灵活性评估5.规模化生物质热电联产沼气发电系统工程管理应用研究——以某生物质热电联产沼气发电工程为例
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太阳能沼气池自动控制系统设计与仿真

２１０１年第３０卷第９期
传感器与微系统（ｒｎｄｃｒｎｃｏｙｔｍＴｃｎｌｇｓＴａｓｕｅｄＭｉｓｓｅｈｏｉ）ａｒｅｏｅ
１９０
太阳能沼气池自动控制系统设计与仿真
李丽丽，施伟
（宁工程技术大学电子与信息工程学院，宁阜新１３０）辽辽２００
沼气池在我国广大的农村有着广泛的应用，特别是近些年，中央和国务院历届领导对农村沼气的发展都给予了极大的关注和强有力的支持。在我国北方，由于四季温差大，对沼气的产量和沼气池的影响很大，特别是北方的冬天，由于天气冷，沼气的产量低，不够农户一天的用量，还有可能使沼气池内壁冻裂，使沼气外泄。本文设计太阳能沼气自动控制系统，针对不同的天气状况，阳能系统为沼气太池加热，自动控制发酵温度，高沼气生产率。并提
ＡｂｔａｔＴｏｖｈｒｂｅｏｗｇｓｐｏｕｔｎｒｔｎｏｔｉａｉｎｒｔｏｔｅｎｒｇｏｓｉｉｔｒＡｓｒｃ：ｏｓｌｅｔｅｐｏｌｍｆｌａｒｄｃｉａｅａｄｌｗｕｉｚｔａｅｉｎｒｒｅｉｎｎｗｎｅ．ｏｏｌｏｎｈ３ｈｒｌｃｎｒｌｍｏｅａｅｎｔｅｔｅｒｆｐｒｏａｉｎｉｓａｌｈｄＩｈｓｍｏｅ，ｅｍａｓａａｋａｄｔｅｍａｏｔｄｌｂｓｄｏｈｈｏｙｏｅｃｌｔｓｅｔｂｉｅ．ｎｔｉＤｏｏｓｄｌｔｒｈｇｓｔｎｎｈｔｅｓｒｏｎｉｇｓｉａｅｓｅｓａｒａｉｈｌｉｍａｅｈｒｔｈｒｓａｉｙａａｙｉｇａｄｃｎｒｌｎｅｈｕｒｕｄｎｏｌｒｅｎａｎｏｇｎｃｗｏｅ，ｋｓｔｅｂｏｈｔｅｍｏｔｔｂｎｌｚｎｎｏｔｌｇｔｔｃｏｉｈｓｉｔｍｐｒｔｒｒｕｄｔｅｍａｓａａｋＡｏａｎｒｙｍａｓａａｋｃｎｒｌｓｓｅｉｅｉｎｄ，ｓｎｏａｏｌｅｅａｕｅａｏｎｈｒｈｇｓｔｎ．ｓｌｒｅｅｇｒｈｇｓｔｎｏｔｙｔｍｓｄｓｅｕｉｇｓｌｒｏｇｅｅｇｅｔｏｌｃｉｇｓｓｅｔｅｔｔｅｌｕｄｍａｅｉｌａｄａｔｍａｉａｌｏｔｏｔｅｔｍｐｒｔｒｆｔｅｌｕｄｎｒｙｈａ— ｌｔｙｔｍｏｈａｈｉｉｔｒ，ｎｕｏｔｌｃｎｒｌｈｅｅａｕｅｏｉｉｃｅｎｑａｃｙｈｑｍａｅｉｌｌｃｕｔｇｉｈａｇｆ± ２℃ ．ｔｓｌｔｓｗｔｒｔｕｎｔｂｔｅｉｅｃｒｅｔｅｓｏｏｔｌｔｒａｕｔａｉｎｔｅｒｎｅｏｆｎＩｉａｅｉＰｏｅｓａｄＭａｌｖｒｙｔｏｒｃｎｓｆｃｎｒｍｕｈａｏｆｈｏｍｏｅａｄｓｓｅｄｌｎｙｔｍ．

严寒地区沼气池温度场优化模拟及增温方式研究

严寒地区沼气池温度场优化模拟及增温方式研究随着世界人口的不断增长和经济的发展，能源需求不断增加，传统的能源已经无法满足当下的需求。

作为一种新能源，沼气在其环保、可再生、经济等优势得到了广泛的应用。

然而，沼气池在严寒地区的运营受到了很大的限制，一方面是由于气温低，导致池内生物活动减缓，沼气产量下降。

另一方面，温度低还可能导致沼气池发生结冰等问题，影响沼气的收集和使用。

因此，为了提高严寒地区沼气池的运营效率和稳定性，进行温度场的优化模拟及增温方式的研究就变得尤为重要。

一、沼气池温度场优化模拟研究沼气池温度场是指沼气池内各处的温度值分布情况。

一般来说，沼气池温度需要维持在适宜的水平，才能保证菌群的正常活动，促进生物反应的进行，从而提高沼气的产率。

因此，沼气池温度场的优化模拟研究可以从以下几个方面展开。

1.1沼气池结构设计沼气池结构设计是影响沼气池温度场的关键因素之一。

通过合理的池体结构设计，可以改善沼气池内的温度分布。

比如，将池体分成夹层式、共振结构式、缩径过滤式等多种结构形式，利用其各自的优势，来提高沼气池内的温度均匀性。

同时，在沼气池外设置隔热层，可以有效地减少热能的散失，从而提高沼气池的温度。

1.2沼气池加热方式在严寒地区，沼气池的温度通常会低于生物反应的最低温度，导致沼气产量不足。

因此，对沼气池进行加热是一种有效的方式。

目前常用的沼气池加热方式有以下几种。

1.2.1天然气加热：天然气可以通过管道输送到沼气池附近进行加热。

天然气加热方式可以提供稳定的热源，但需要较高的成本，同时对环境也会产生一定的影响。

1.2.2太阳能加热：太阳能加热是一种可再生能源的使用方式，通过太阳能板将阳光转化为热能，从而加热沼气池。

虽然太阳能加热方式成本较低，但受太阳辐射时长和天气等因素的影响较大，稳定性不高。

1.2.3发酵床加热：在沼气池底部设置发酵床，通过发酵产生热能，对沼气池进行加热。

发酵床加热方式成本较低且效果较好，但需要较长时间进行预热，并且需要定期更换发酵床材料。

太阳能辅助加热沼气池自动控制系统设计

太阳能辅助加热沼气池自动控制系统设计秦国栋;吴湘莲;张征宇;楼平【摘要】沼气作为一种清洁的新能源,目前在我国使用越来越广泛.沼气池中的发酵温度对沼气的产气效率有决定性的影响,但在冬天或者高纬度寒冷地区沼气发酵池中的温度较低,不能满足沼气合适的发酵温度.为此,使用太阳能辅助加热系统,来提高沼气池中的发酵温度,取得较高的产气效率.该系统使用太阳能集热板收集热量,DS18B20采集温度,单片机进行沼气池温度控制.整个控制系统结构简单,易于实现,操作方便,具有很好的推广价值和环保效应.【期刊名称】《农机化研究》【年(卷),期】2013(035)009【总页数】4页(P231-233,242)【关键词】沼气系统;温度控制;太阳能;单片机【作者】秦国栋;吴湘莲;张征宇;楼平【作者单位】嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036;嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036;嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036;嘉兴职业技术学院机电与汽车分院,浙江嘉兴314036【正文语种】中文【中图分类】TP273.+50 引言沼气是利用生活、工业有机废弃物生产的清洁能源，厌氧消化生产沼气的技术，因其具有良好的能源、环境效益近年来逐渐被人们关注[1]。

根据温度的不同厌氧消化可被分为4种类型，即常温发酵10～27℃、近中温发酵(30±3)℃、中温发酵(30±3)℃和高温发酵(55±3)℃。

据研究，温度对厌氧消化的效果具有决定性作用，冬天或者高纬度寒冷地区如取得得良好的厌氧消化效果,则必须对厌氧消化装置采取保温和增温等措施，这样可以保证厌氧消化高效运行。

目前，厌氧消化装置保温和加热措施的研究已经成热点，设备也较多，但自动化控制仍不多见，故提出了一个太阳能辅助加热沼气池自动控制系统设计方案。

太阳能近年来作为清洁的可再生能源被广泛应用于光电转换、产品烘干、生活采暖等诸多领域[2-4]。

太阳能热利用系统的动态模拟

太阳能热利用系统的动态模拟太阳能是一种重要的可再生能源，具有广泛的应用前景。

太阳能热利用系统是指通过吸收太阳能并进行转换，将其用于供暖、热水和空调等方面。

为了更好地了解太阳能热利用系统的工作原理和性能，动态模拟成为了一种重要的研究手段。

一、动态模拟的意义太阳能热利用系统由太阳能集热器、热储罐、热泵等组成，其工作过程受到诸多因素的影响，如太阳辐射强度、环境温度、热负荷需求等。

通过动态模拟，我们可以更加准确地预测太阳能热利用系统在不同条件下的性能表现，优化系统设计和控制策略，提高能源利用效率，降低运行成本。

二、动态模拟的方法1. 基于物理模型的动态模拟基于物理模型的动态模拟是一种常见的方法，它以系统的物理特性和能量传递机制为基础，通过建立数学模型进行模拟计算。

该方法需要考虑诸多因素，如太阳辐射、热传递、负荷变化等，并结合系统的动态响应特性，进行时域或频域的计算。

2. 基于仿真软件的动态模拟随着计算机技术的发展，基于仿真软件的动态模拟成为了一种便捷的方法。

通过选择合适的仿真软件，如TRNSYS、EnergyPlus等，可以建立太阳能热利用系统的模型，并进行动态模拟。

仿真软件提供了丰富的功能和工具，可以进行参数优化、方案对比和性能评估等。

三、动态模拟的关键技术1. 太阳辐射的模拟太阳辐射是太阳能热利用系统中的重要能源源泉，准确模拟太阳辐射对系统性能的影响至关重要。

可以利用气象数据、太阳轨迹模型等方法，对太阳辐射进行模拟，并结合系统的集热器特性，计算出吸收的太阳能量。

2. 热传递的模拟热传递是太阳能热利用系统中的核心过程，对于热储罐、热泵等组件的热传递进行准确模拟能够揭示系统的热性能。

可以利用热传导、对流、辐射等传热模型，结合系统的结构和工况条件，计算出热传递的效果和损失情况。

3. 控制策略的优化动态模拟不仅可以用于系统的性能分析，还可以用于控制策略的优化。

通过模拟不同的控制方案，比如温度调节、流量控制等，可以评估不同策略的效果，选择最佳的控制方式，提高整个系统的运行效率。

户用太阳能沼气罐的智能温度控制系统

３７（１２）：１４１～１４４，１６１
ＺｈｅｎＸｉａｏｆｅｉ，ＬｉＪｉｎｐｉｎｇ，ＺｈａｎｇＪｉｎｇｗｅｎ，ＬｉＨｏｎｇｂｏ，ＣｕｉＷｅｉｄｏｎｇ，ＷａｎｇＬｅｉ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｉｎ
进行温差比较与ＰＩＤ增量算法＿６计算，进而控制电磁阀的开关和步进电机的正反转来调节热水循环过程与节流阀开度大小，使沼液温度维持在３５ ℃～３９ ℃ 之间的某一值，且上下波动小于１ ℃，以满足沼气池中温发酵的最适宜温度要求。系统可通过按键设定沼液控制温度，并能够实时显示当前时间与沼液温度。当温度
第３７卷
第ｌ２期
中国农机化学报
ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｈｉｎｅｓｅＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ
Ｖｏ１．３７Ｎｏ．１２
Ｄｅｃ．２Ｏ１６
久性。
关键词：沼气罐；温度控制；单片机；太阳能中图分类号：ＴＫ６文献标识码：Ａ文章编号：２０９５ — ５５５３（２０１６）１２ — ０１４１ — ０５
甄箫斐，李金平，张景文，李红博，崔维栋，王磊．户用太阳能沼气罐的智能温度控制系统［Ｊ］．中国农机化学报，２０１６，

太阳能辅助加热户用沼气池系统设计

太阳能辅助加热户用沼气池系统设计陈志浦;蒙国睿【摘要】Biogas utilization has an important status in renewable energy field. Household biogas is an important part of rural energy in China. The principle and the development of biogas production were introduced in the paper. Based on the research of lots of former literatures, a household biogas digester with solar assisted heating system was put forward to raise biogas digester's temperature, in response to the low rate of biogas production and utilization in winter due to the low air temperature, and the economic analysis of the system was made.%沼气开发利用是发展可再生能源的重要选择,户用沼气是我国农村能源的重要组成部分.文中介绍了沼气的产生原理及发展现状,针对北方寒冷地区冬季气温低,沼气产气少利用率低问题,在调研常规保温增温方法的基础上提出了家用太阳能热水器辅助加热户用沼气池系统,并对系统经济性进行了分析.【期刊名称】《节能技术》【年(卷),期】2011(029)003【总页数】4页(P241-244)【关键词】太阳能;沼气;户用沼气池;辅助加热;经济性分析【作者】陈志浦;蒙国睿【作者单位】燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004;燕山大学电气工程学院,河北,秦皇岛,066004【正文语种】中文【中图分类】TK514;TK60 引言为了缓解能源问题,世界各国都在积极研究开发新能源,特别是可再生能源太阳能、生物质能、核能、氢能、地热能、风能、潮汐能等[1]。

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第２卷第１８期
文章编号：０６９４（０）１０６ — ５１０ — ３８２１０ — ３００１
计
算机仿源自真２１年１０１月
户用太阳能辅助加热沼气池动态传热仿真
郭甲生，秦朝葵，晓峰，魏唐继旭
（同济大学机械工程学院，海２１０）上０８０
ｈａｒｎｆｒｃｅｃｅｔｏｉｌｕｅｅｃａｇｒｉｏｒａｍｐｒｎｅｉｅｉｎｏｏａ — ｓｉｔｄｈａｉｇｈｕｅｏｄｅｔａｓｏｆｉｎｆｓｒｂｘｈｎｅｓｆｇｅｔｉｏａｃｎｄｓｇｆｓｌｒａｓｓｅｅｔｎｏｓｈｌｔｅｉｐａｔｔｂｏａｉｅｔｒｓｓｅｉｇｄｇｓｅｙｔｍ．Ｔｅｄｖｌｐｎｎｅｉｎｃｃｅａｄｃｓｏｌｒａｓｓｄｈａｉｇｈｕｅｏｄｂｏａｉｅｔｒｓｈｅｅｏｍｅｔａｄｄｓｙｌｎｏｔｆｏａ — ｓｉｔｅｔｏｓｈｌｉｇｓｄｇｓｇｓｅｎｅ
（ｏｅｅｏｅｈｎｃｌｎｉｅｒｇＴｎｉｎｖｒｔ，ｈｎｈｉ０８４，ｈｎ）ＣＨｇｆｃａｉａＥｇｅｉ，ｏ￣ｉｓｙＳａｇａ２１０ＣｉａＭｎｎＵｅｉ
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ｈｅｔｔｎｆｒｃｅｆｉｎｆｓｉｌｔｂｘｈｎｅｎｔａｙｃｎｉｏｓｈｒｏｏｔｉＴｅｈａａｓｅｏｆｃｅｔｐｒｕｅｅｃａｇｒｉｕｓｅｄｏｄｔｎｉａｄｔｂａｎ，ｗｉｅｒｉｏａｎｉｈｌｔｅｈ
关键词：太阳能；沼气池；搅拌装置；传热系数；数值模拟
中图分类号：Ｋ１Ｔ５５文献标识码：Ａ
ＮｕｅｉａｉｕａｉｎｏｍｒｃｌＳｍｌｔｏｆＵｎｓｅｄａａｓｅｎｏａ－ｓｉｔｄｔａｙＨｅｔＴｒｎｆｒｉＳｌｒａｓｓｅ
真，析系统的传热系数，着旋转叶轮转速提高，分随螺旋加热盘管传热系数也随之增加，旋转叶轮所需电机功率也将随之但
增大。通过数值仿真，可以大大缩短系统的研制和改进设计周期，结果与现场实测传热系数有较好的吻合。证明提高了沼气池内螺旋盘管的加热效果，并为系统设计提供参考依据。
ｔｎｈｉｌｔｎｒｓｌｉｄｃｔｓｔａｅｔｇｃｉｈａｒｎｆｒｃｅｆｉｎａｎａｃｉｉｃｎｌｉｅｕｅｏｉ．Ｔｅｓｍｕａｉｅｕｔｎｉａｅｈｔａｉｏｌｅｔａｓｅｏｆｃｅｔｃｎｅｈｎｅｓｇｆａｔｗｔｔｓｆｏｏｈｎｔｉｎｉｙｈｈ
ＨｅｔｎｕｅｌｏａｇｓｅａｉｇＨｏｓｈｏｄＢｉｇｓＤｉｅｔｒ
ＧＯＪ－ｈｎ，ＱＮＣａ－ｕ，ＩｉｏｆｇＴＮｌｘＵｉｓｅｇＩｈｏｋｉＷＥａ－ｅ，ＡＧＪ－ｕａＸｎ
摘要：针对态变温差条件下螺旋管换热器传热系数计算复杂，而螺旋管换热器传热系数是户用太阳能辅助加热沼气池系统设计中的重要参数。为确定沼气池内加热盘管的传热系数及合理的搅拌叶轮旋转速度，采用全三维ＮｖｒＳｏｅ方程和多ａｉ — ｔｓｅｋ重参考系法（Ｆ，ＭＲ）根据标准ｋｅ湍流模型及相应的计算网络及边界条件，－对沼气池内传热及流动进行三维非定常数值仿
ｓｉｒｎｖｃｎｂｉｇｇｓｅｓＷｉｈｎｒａｅｏｏａｉｇｉｅｌｒｓｅｄ，ｈａｉｇｃｉｈａｒｎｓｅｏｆｃｅｔｔｒｉｇｄｅｉｅｉｏａｄｉｅｔｒ．ｓｔｔｅｉｃｅｓｆｒｔｔｎｍｐｌｅｐｅｈｅｔｎｏｌｅｔｔａｆｒｃｅｉｎｉｉｒａｅｎｃｅｓ，ｈｗｅｅｓｏｖｒ，ｔｏａｉｍｐｅｌｒｍｏｏｗｅｅｉｅｎｓａｓｎｃｅｅ．Ｔｈｅｔｎｏｌｈｅｔｔａｓｅｏ— ｈｅｒｔｔｎｇｉｌｅｔｒｐｏｒｒｑｕｒｍｅｔｏｉｒａｓｌｓｅｈａｉｇｃｉａｒｎｆｒｃ
ｓｔｍａｅｃｔｄｗｎｇｅｔｔｈｕｐｏｔｏｍｅｃｌｓｍｕａｉｎ．ＩｈｉａｅｙｓｅＶｂｕｏａｌｗｉｈｔｅｓｐｒｆｎｕｒａｉｌｔｏｎｒｙｉｎｔｓｐｐｒ，ｓｕｅｒａｒｅｕｎｔｄｉｓｗｅｅｃｒｉｄｏｔｏｔｅｔｒｅ－ｄｍｅｉｎａｎｔａｕｍｅｉａｉｌｔｏｆｈａｉｇｐｏｅｓｉｏａｇｓｅｓｂｙｕｓｎｇｃｍｐａｉｎａｕ－ｈｅｈｉｎｓｏｌｕｓｅｄｙｎｒｃｌｓｍｕａｉｎｏｅｔｎｒｃｓｎｂｉｇｓｄｉｅｔｒｉｏｕｔｔｏｌｆｌ
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