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摘要：本课题主要针对近年来农村家用电器种类以及数量的大幅度增长，尤其是耗电量比较大的家用空调在农村的逐渐普及，造成农村用电量负荷的急剧加大，加之农村电力资源的有限性，引起的日趋严重电量危机。同时，农村有着庞大数量的秸秆资源,生物质能丰富,目前并没有的到合理高效的利用。我们的研究将这两方面的现状相结合，利用秸秆资源通过发酵产沼气发电解决用电危机，做到了因地制宜，一举两得地解决了秸秆处理与电力不足问题。
关键词：农村；空调；沼气；耗电量；
1.引言
1.1、农村空调应用现状与趋势
近年来随着国家经济的发展，农村整体生活水平不断提高，人们对生活品质、住宅舒适度的要求也越来越高，加之近年来夏季持续的高温天气，人们对空调的需求不断增大。按照农村目前的生活水平，平均一户拥有一台空调。根据最新的第六次人口普查数据显示，我国乡村的人口为67415万人，按农村每家平均人口4人计算，总计有16854万户，计算出整个中国农村的空调占有量为1.7台。农村家用空调的多为1.5P大小，用电量平均为1.102度/h。据调查，大多数农村家庭一天空调的使用时间大概为8个小时，计算下来，每户每天的空调用电量大概为9度左右，那么农村空调一天总的电负荷为15.2亿KWh。
中国电力资源十分有限，对于农村电网的分配量在短时间内难以得到有效地提高。根据了解，很多农村地区一到夏季用电高峰期便会出现跳闸现象，或者空调无法正常运行。农村用电的严峻现状决定了我们必须寻找适合农村的新途径缓解电力危机。
1.2、农村秸秆资源利用现状
我国是农业大国，在农村每年都会生产出大量的秸秆资源。过去，秸秆主要用于灶膛直接燃烧做饭，或者堆肥。但随着生活水平的提高，秸秆已被煤和煤气所替代,失去其传统的燃烧价值。农村秸秆大多采取田间直接燃烧，污染空气，破坏生态平衡，因此合理解决农村秸秆处理问题成为我国农业发展急需解决的难题[1]。国际能源机构的有关研究表明，秸秆含有丰富的生物质能，是一种很好的清洁可再生能源，其平均含硫量只有千分之三点八，而煤的平均含硫量约达1%。经测定，秸秆的平均热值约为15000KJ/Kg，相当于标准煤的50%。由此可见，如果能够合理高效地利用这部分秸秆，将获得丰富的能量资源。
根据国家统计局对全国31个省（区、市）农业生产经营户的抽样调查和农业生产经营单位的全面统计，2011年全国粮食总产量5.7121亿吨（11424亿斤），按草谷比计算秸秆产量约6.72亿吨，目前秸秆用于肥料、饲料、基料及造纸等工业原料外，剩余约有3.36亿吨农作物秸秆可作为能源使用，折合1.68亿吨标准煤。依据《全国农业和农村及经济发展第十一个五年规划》提出的主要农产品发展目标测算，预计到2015年我国主要农作物秸秆产量将达到9亿吨左右，其中有一半可作为农业生物质能的原料。如果能够高效利用秸秆丰富的生物质能，将其转化为能够直接利用的能源，这不仅解决了秸秆的处理问题，也将有效缓解日趋严重的能源危机。
2、针对农村空调电网负荷及剩余秸秆的解决方案
本次研究采用微生物分解农作物秸秆制备生物燃气，以生物燃气为能源发电或直接驱动沼气热泵空调机组[2]，实现对农村建筑的空调运作，填补用电缺口，设计思路如下：
通过实验我们发现，高峰时期，55°C每天每立方的沼气池可以产1.83立方米的沼气，而最高的沼气浓度可以达到66.33%。足以满足燃烧的要求。平均日产气率在0.6 m3/m3d
以上，甲烷浓度在50%左右，由此可见只要控制好相关的条件，就可以是沼气池持续高效的提供沼气。这些数据为沼气发电的可行性提供一定的保证，为本课题研究及实际推广提供了有力的数据支撑。
实际运用中，干度的控制主要通过合理的配料便可以实现，但温度的保持是需要克服的一大难题，尤其是在技术落后的农村。我们此次的课题研究提议在实际工程中将后期沼气燃烧发电产生的高温余气的热量回收入沼气池以保证沼气池的温度。
4．沼气发电
4.1、沼气发电实际运用分析
沼气是性能较好的燃料，纯然料热值为21.98MJ/m^3，属于中等热值燃料。沼气发电原理是以沼气作为往复式发动机和汽轮机的主要燃料来源，以发动机的动力为驱动发电机发电的过程，是沼气能量利用的一种有效方式。沼气能量在沼气发电过程中经历由化学能—热能—机械能—电能的转化过程[3]。
单位立方米沼气的发电能力主要受发电机组热效率和沼气热值的影响。如果沼气的热值按20MJ计算，发电机组效率按35%计算，则1m3沼气可发电1.94KWh,即产生1.94度的电。目前，1m3沼气的发电量一般为1.6-2.4KWh,1m3 沼气池高峰期一天可发电3.5KWh。
为了充分利用沼气这一廉价能源，起到节能，节电，高效的作用，该系统有沼气热泵，沼气发电，余热回收三大利用方式。沼气热泵用于采暖制冷，余热进行回收利用制得高温和低温水，供用户使用。沼气发电机所发的电量，一部分供给农户生活用，一部分用于空调和采暖设备，所得余热将循环利用加热沼气站，以维持其产气率。另一部分余热用于生活热水和驱动各种空调和热泵机组，用于制冷和采暖。由此构成了沼气能源的循环利用，具有很好能源利用率[4]。
5、案例经济性分析：
综合本次研究的成果，以实验的数位为依据，我们在某500户村庄（12亩/户）对沼气发电供暖制冷的使用经济性进行了如下的分析：
该村庄每户平均有1台空调器，空调容量约为1.5HP，电功率约为1.1KW，空调平均使用时间为8h/d，空调工作季节为4个月/年，因此，整个村庄每年空调耗电量约为540000KWh,按现行电价0.65元/KWh，空调电费约为35万元/年。
该村庄小麦产量为600kg/亩，秸秆产量为3960吨，应用沼气总发电量为1MKWh，总发电量：年耗电量=1.85，预计可节约64.75万元用电。因此可以看出，应用沼气发电供给空调用电的方式有较大的经济效益。
6．结论
本课题的研究，能合理利用农村剩余秸秆，实践科学发展观；并且能有效解决农村空调迅速增长带来的用电负荷大的问题，能在缓解电力危机的同时，保证舒适的建筑环境。根据本次研究的实验数据，按我国年产3.36亿吨秸秆来算，可配43.68亿m3发酵原料，产生437.24亿m3沼气，可发848.23 亿KWh电/年，相当于0.54个三峡发电站，经济效益十分可观。
参考文献:
[1]路明,王思强. 中国物质能源可持续发展战略研究. 中国农业科学技术出版社.2010
[2]刘广青,董仁杰,李秀金. 生物质能源转换技术. 化学工业出版社.2009
[3]中国电力科学研究院生物质能研究室,生物质能及发电技术. 中国电力出版社.2008
[4]田宜水. 生物质发电技术. 化学工业出版社.2010
论文作者:李旷怡
论文发表刊物:《基层建设》2017年第13期
论文发表时间:2017/9/12
标签：沼气论文; 秸秆论文; 农村论文; 空调论文; 生物质能论文; 能源论文; 沼气池论文; 《基层建设》2017年第13期论文;