严寒地区利用太阳能加热制沼气的模拟研究

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1、第1章绪论第1章绪论1.1课题背景能源、人口和环境是制约人类社会与经济发展的三大要素，而能源又是世界经济发展的基础，随着世界经济的不断发展和人口的增长，全世界一次能源的需求量也在不断增长，但是化石能源是有限的，是不可再生的。在人类利用能源的历史长河中，石油、天然气、煤炭等常规能源毕竟是短暂的瞬间，人们今后不得不尽可能地节省化石能源，并将由以化石能源为主体的能源系统转化为以可再生能源为基础的可持续发展的新能源体系。另一方面，随着化石燃料的燃烧，所产生的二氧化碳在大气中的浓度急剧增加，生态环境恶化，使地球逐渐变暖，随着人类社会的发展，改善生态环境的呼声越来越高，开发利用无污染的新能源，对促进社会

2、文明与进步，发展经济，改善人民生活具有重大的意义。综上所述，开发应用清洁的可再生能源己成为社会发展的需要和趋势。1.1.1世界能源状况能源是经济发展和社会进步的重要基础资源。从历史上看，人类对能源开发利用的发展过程也是不断推动人类社会文明进步的过程。能源也是实现国民经济现代化和提高人民生活水平的物质基础。而能源的利用水平和能源的人均占有量是衡量各国经济发展和人民生活水平的一项综合性指标，是一个国家技术进步程度的体现，因此能源的开发与利用在现代化国家建设中具[2]有举足轻重的地位。在大多数的人的心目中，电力是一种清洁能源，当使用电灯，电视电冰箱，空调等电器时，也许我们并没有意识到电力对环境造成

3、的破坏，实际上，燃煤发电对环境的破坏是很大的。我国现在是第二号温室气体的排放国，而常规电力生产由于使用煤，石油，天然气发电，已经成为我国二氧化碳等温室气体的主要排放源之一，而且燃煤还大量排放二氧化硫等有害气体。当我们使用常规电力时，我们其实是间接的污染者，正是由于我们对电力的需要才产生的供给，从而间接的对环境造成了污染。由于燃烧煤，石油等化石燃料，每年有数十万吨硫等有害物质进入大气，使大气环境遭到严重-1-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文污染，直接影响居民的身体健康和生活质量，局部地区形成酸雨，严重污染水土，化石能源的利用产生大量的温室气体而导致温室效应，引起全球气候[1]的变化，这些问题已经

4、提到全球的意识日程上。21世纪，人类将面临实现经济和社会可持续发展的重大挑战，在有限资源和环保严格要求的双重制约下发展经济已成为全球热点问题。而能源问题将更为突出，能源短缺使世界上大部分国家能源供应不足，不能满足其经济的需要，从长远来看，全球已探明的石油储量只能用到2020年，天然气也只能延续到2040年左右，即使储量丰富的煤炭资源也只能维持二三百年。能源危机和生态危机是当今世界面临的两大难题，开发可再生的，清洁的生物能源具有重要的战略意义。生物能是指通过植物的光合作用，把太阳能变成有机物而储存的能源，如沼气，生物柴油，燃料乙醇，农作物秸杆，城市有机垃圾，工农业废水等[3][8]。可再生能源

5、已受到世界各国的重视，是由它独特的优势所决定的。可再生能源可为人类的生存与发展提供巨大的能量，足够人类长远利用。同时它又是安全清洁能源，它的利用不会导致空气污染，酸雨及臭氧层破坏，有利于改善和保护环境。另外可再生能源分布广泛，相对均衡，世界各国都可利用。1.1.2太阳能概况太阳能的开发利用在可再生能源利用中占50%以上，是一种取之不尽、用之不竭的新能源，与常规能源相比，具有以下特点：①太阳能是全球都可以利用的能源，不需要输送。②太阳能蕴藏的能量巨大，是地球上分布最广泛的可再生能源，到达地面的太阳总能量大约相当于目前全世界所有电站发电能力总和的20万倍，约为13万亿吨标准煤。③太阳能洁净安全，

6、开发和利用太阳能不会对环境造成任何危害。④虽然到达地球的太阳能量非常巨大，但是这种能量是分散的、低密度的、间断性的，要采集足够功率的能量，需要大面积的接收装置，因此造价相对偏高。⑤太阳能的采集受地区、气候、季节、昼夜等自然条件的影响，能量提供是间歇性的，极不稳定的，需要蓄能装置或辅助热源。自20世纪50年代起，太阳能利用领域就出现了重大突破，尤其是近-2-第1章绪论30年来，太阳能利用技术在研究开发、商业化生产、市场开拓等方面都获得了长足发展，成为世界快速、稳定发展的新兴产业之一。不过目前的太阳能利用也遇到了一些困难，既太阳能利用的低效性和高成本，使太阳能利用的进一步发展，特别是大规模的推广

7、使用，受经济性的制约，利用太阳能需要进一步的研究开发。我国绝大部分地区位于北纬45度以南，全国2/3的国土面积年日照时数在2200小时以上，每平方米太阳能年辐射总量为33408400兆焦，陆地表面每年接收到的太阳辐射能相当于1.7万亿吨标准煤，太阳能资源非常丰富，这为我国充分利用太阳能资源提供了自然基础和开发利用的可能性。1.1.3沼气概况沼气是有机物质在一定温度、湿度、pH值和隔绝空气条件下经微生物发酵而产