农村能源是指农村的社会经济活动和农村居民所消费的能源。
农村能源分类
1.按管理分类 农村能源可分间接能源和直接能源两类。
(1)间接能源:一般指农用化学物资所包含的能,如化肥、农药、农用塑料制品等。
(2)直接能源:包含农业生产用能和农村人口生活用能。生产用能,通常指除人力、畜力以外的商品能,如煤、电、气,主要用于农牧渔业生产中的机械用能、农副产品加工用能、乡镇企业生产用能和农业运输用能等。
2.按形成条件的能源分类 最常见的是按形成条件的分类名称,即一次能源和二次能源。
中国农村能源建设方针
1983年国务院正式确定农村地区能源建设的方针是:因地制宜,多能互补,综合利用,讲求效益,简称“十六字方针”,以及“开发与节约并举”的能源建设方针。
农村能源特点
需求量大而分散;经济发展,改变了传统能源结构;农村能源建设成绩显著。
改革开放以来,我国经过农村能源建设,取得了明显的成绩:
1.推广应用的农村省柴节煤、沼气、太阳能热利用技术,其规模位居世界前列。
2.创建了几种适应不同区域、以沼气为纽带的能源生态工程模式。
3.推广应用了清洁能源,如太阳能、水能、风能、地热能和海洋能等。
4.初创了一条具有中国特色的“县级农村能源综合建设”的多种模式。
(四)存在的问题
农村能源消费结构与结构性污染互为因果;能源利用效率低;资金不足。
生物质能源的燃烧利用
生物质能包含秸秆、薪材和各种有机废弃物。要解决农村能源,今后仍需重视对生物质能源的开发利用。开发的重点工作是:大力发展薪炭林、推广节柴灶、稳步发展沼气,特别是发展以沼气为纽带的农业生态经济;因地制宜地开展生物质气化、生物材料成型燃料、新型液体燃料等的研究和推广工作,以及大力推广太阳能、风能、地热那、微水能等新能源。
所谓生物质,是指在有机物中,除石化燃料外的所有动植物物质。
农村生物质能总量丰富,分布广泛,开发利用可就地取材,是极具潜力的农村能源。
薪炭林的五种类型 短轮伐期平茬采薪经营型、材薪经营型、薪材经济经营型、薪草经营型、头木育薪经营型。
我国的生物质能利用技术分两大类,一类为直接燃烧;二类为生物质能转换技术。后者又分生物质能的气化、液化和固化技术。
直接燃烧法的热转换效率很低,一般低于20%,还有不到10%的灰分可作肥料,70%~80%的有机碳和植物养分成为挥发物,既污染空气,又浪费资源。
直接燃烧法的改良技术主要有两种,一是省柴灶,二是生物质成型技术。
省柴灶是热利用效率较高的直接燃烧灶或炉具,设计热能指标要求为:单体灶>25%,炕连灶>20%,实际平均可达30%,最好的可达50%以上。
生物质成型燃料,是把生物质原料切成一定粒度,在加压下制成棒状、粒状、块状等各种成型燃料。原料挤压成型后,密度可达1.1~1.4t/m3,能量密度与中等质量煤相当,燃烧性能明显改善,火力持久,黑烟少,炉膛温度高,且便于贮存和运输。
生物质热化学转换技术,是利用机械装置将固体生物质转换成可燃气体、焦油、木炭等品位较高的能源产品的技术。
沼气是有机物的厌氧发酵产物,是一种混合的可燃性气体。沼气发酵是个厌氧生物化学过程,包括水解发酵、产酸和产甲烷三个阶段。但各段实际上不可能截然分开。
沼气发酵的工艺条件
1.厌氧环境 产气阶段沼气池内氧化还原电位在-330mV以下。
2.温度 常温发酵温度不能低于8℃,最好保持在10℃以上。
3.营养平衡 碳氮比为C∶N=l5~30∶1,投少量微量营养元素,保持pH值接近中性,池内氨含量在0.01%~0.1%,如果氨浓度大于0.3%,会引起发酵菌中毒。
4.搅拌 常温沼气池必须随时搅拌 (中、高温池通热气时自动搅拌),以使沼气池温度、有机物浓度均匀,并及时排除废气,以利产气。
5.干物质浓度 按发酵温度有不同要求。常温发酵的干物质浓度:冬季10~12%;夏季6%左右;中温发酵5~15%。
6.接种物 有机物质厌氧分解产生甲烷的过程,一般由五种微生物菌群参加:有机物分解菌、发酵菌、产氢菌、产乙酸菌、产甲烷菌等。
7.适当的酸碱度 pH值在6.5~7.5之间(可用pH试纸测定),过高过低都会影响沼气发酵的顺利进行。如偏酸,可加入适量的石灰或草木灰调节;如偏碱,则加入鲜草、树叶和水调节。
8.水料比 发酵液的含水量以90~94%较适宜,干有机物质占6~10%,夏天可以稀一些,冬天可以浓一些。
厌氧发酵工艺分析
目前流行的工艺系统,一般由以下五大部分组成:前处理装置;厌氧消化器;沼气的收集、贮存及输配系统;沼液后处理装置;沼渣处理系统。
沼气池(厌氧消化器)技术分析
按发酵机制对沼气池的分类 根据沼气池(消化器)的水力滞留期(HRT)、固体滞留期(SRT)和微生物滞留期(MRT)的不同,沼气池可分为常规型、污泥滞留型、附着膜型三大类。
常规型 包括常规消化器(池)、完全混合式消化器(也称高效消化器)和塞流式消化器(也称推流式消化器)。常规型消化器一般适宜于料液浓度较大、悬浮物固体含量较高的有机废水,其特征是料菌完全混合,发酵均匀。
污泥滞留型 包括厌氧接触消化器、升流式固体反应器(USR)、升流式厌氧污泥床反应器(UASB)、折流式反应器等。主要适用于料液浓度低、悬浮物固体含量少的有机废水。
附着膜型 包括厌氧滤器(AF)、流化床(FBR)和膨胀床(EBR)等。也主要适用于料液浓度低、悬浮物固体含量少的有机废水。
我国建造的户用沼气池有多种结构,但各有其不同的适应性特点,近年发展起来的几种新型沼气池有:曲流布料沼气池、赤泥双面革多功能沼气池、铁罐沼气池、两步发酵多功能沼气池、溢流式小型高效户用沼气池、塞流式自循环小型沼气池、小型组合折流式沼气池等。
我国多采用以下四类厌氧消化工艺:塞流式消化器、升流式固体反应器、升流式厌氧污泥床和污泥床滤器。
1.塞流式反应器 是一种长方形的非完全混合式反应器。适合高浓度悬浮固体,尤其是牛粪水的厌氧消化。原料从一端进入,从另一端排出。
2.升流式固体反应器 结构简单、适用于高悬浮固体物。原料从底部进入消化器内,与消化器里的活性污泥接触,得到快速消化。
3.升流式厌氧污泥床(UASB) UASB是由Lettinga等于1974~1978年研究成功的工艺,是全球发展最快的消化器,多用于工业废水和生活污水的消化,要求较低的悬浮固体含量。
4.污泥床滤器(UBF) 它是将UASB和厌氧滤器结合为一体的厌氧消化器。
沼气工程的流程一般为:粪便污水的前处理——厌氧消化器——沼气的净化、储存和利用——利用沼渣和沼液生产固体、液体有机肥及生物活性肥——多余污水经无害化处理后达标排放。
由于养殖场所处环境不同,对沼气工程的要求也有所不同。基本上可分为两种模式,一种为“能源-生态模式”,另一种为“能源-环保模式”。
厌氧处理的效益
1.获得沼气:沼气可以作为优质燃料,也可用于畜禽舍增温照明或发电等。
2.获得肥料:无论采取哪种处理方式,都可以在粪水分离或干燥处理后将干物质加工成有机肥料出售,价格稳定。
3.环境效益:经过厌氧处理的废水,其COD、BOD、SS等指标去除率较高,可循环利用,或者经过无害化处理后直接排放,减少了对环境的污染。
4.社会效益:经厌氧处理后粪水中的虫卵被消灭,减少了蚊蝇的滋生,消除臭味,改善了生活条件和卫生环境。
地热能是指地球内部可资开发的热能。据估计,每年以火山、间隙喷泉、温泉等形式从地球内部喷发出来的热量,大约相当于一千亿桶石油所放出的热量。
90℃以下的低温地热(如北京的地下热矿水),由于其温度适宜、清洁无污、富含多种对人体有益的矿物元素而用途十分广泛。低温地热可以在以下方面进行开发:直接供暖和余热供暖;浴疗保健;娱乐、旅游;种植、养殖。
我国农村能源建设工作主要包括三个方面,一是节能技术的开发和利用,重点在节能灶具普及和“炕连灶”改建方面;二是农业废弃物能源转换和资源化利用,如秸秆气化、炭化、液化(制取乙醇),人畜粪便沼气发酵和综合利用等;三是开发新能源,如太阳能、风能、地热能和微水电等。
农村能源发展沿革
1.从解决能源到开发优质能源
2.从增加能源供应总量转为优化能源结构
3.实施生态家园富民计划
4.县级农村能源综合建设成为农村经济建设的有效途径
5.国家实施“乘风计划”和“光明工程”计划
3.能源模式的特点
(1)合理利用自然资源,实现资源增值
(2)在能源生态模式的运作中,提高了农民的科学素质
(3)环境、生产和社会效益能得到协调发展
节能的的总体目标是获得更高的能源利用效率,其途径有二,一是达到同样的生产目标而减少了能源消耗,二是达到同样的生产目标而减少了原材料的消耗。
在实际耗能环境中,只有一部分能量能转换成功,还有一部分是无法转换成功的。这样,就产生了“有效能”和 “不可用能”的概念。任何能量都是有效能和无效能的和。
有效能有下列性质:①是作功能力的量度;②用有效能作能量尺度,可使各种能量有可比性;③有效能不仅能表示能量的数量,也可表示能量的质量。
在80年代早期,我国政府就根据当时的经济发展和能源消费的状况,提出了“开发与节约并重,近期把节约放在优先地位”的方针;1995年9月,在《中共中央关于制定国民经济和社会发展 “九五”计划和2010年远景目标建议》中,提出了实行经济体制从传统计划经济向市场经济转变;经济增长方式从粗放型向集约型转变,实现经济和社会可持续发展的指导方针,以及“坚持资源开发与节约并举,把节约放在首位”的发展战略,为此,必须大力推进能源效率和节能,才能保证我国的经济与生态的持续发展。
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