新農(nóng)村能源技術(shù)及應(yīng)用

PAGEPAGE11《新農(nóng)村能源技術(shù)及應(yīng)用》學(xué)案本學(xué)案遵循“節(jié)能、開發(fā)利用可再生能源和新農(nóng)村建設(shè)”的指導(dǎo)思想,主要介紹了當前新農(nóng)村廣泛應(yīng)用的沼氣、太陽能、風能、節(jié)能爐灶與炕灶、薪炭林以及地熱能等各種能源的開發(fā)利用技術(shù),包括各種能源的沒備制作、工藝和生產(chǎn)技術(shù)、有效開發(fā)利用途徑等,實用性與可操作性強。

本書適合從事和關(guān)心新農(nóng)村能源工作的領(lǐng)導(dǎo)、科研管理和技術(shù)推廣人員閱讀,也可供大專院校師生參考。目錄第一章沼氣開發(fā)利用技術(shù)第一節(jié)沼氣基本知識

一、沼氣沼氣是一種生物質(zhì)能，屬于可再生能源，是有機物質(zhì)在厭氧環(huán)境中，在一定的溫度、濕度、酸堿度的條件下，通過微生物發(fā)酵作用，產(chǎn)生的一種可燃氣體。。由于這種氣體最初是在沼澤、湖泊、池塘中發(fā)現(xiàn)的，所以人們叫它沼氣。沼氣是一種混合氣體，它的主要成分是甲烷，其次有二氧化碳、硫化氫(H2S)、氮及其他一些成分。沼氣是一種無色、有味、有毒、有臭的氣體，它的主要成分甲烷在常溫下是一種無色、無味、無臭、無毒的氣體。甲烷分子式是CH4，甲烷是簡單的有機化合物，是優(yōu)質(zhì)的氣體燃料。燃燒時呈藍色火焰，最高溫度可達1400度。二、沼氣的用途（一）、作為燃料（二）、作為化工原料如用于生產(chǎn)四氯甲烷等。（三）、制造缺氧或低氧環(huán)境1、用于糧庫或農(nóng)民家庭消滅貯糧害蟲2、用于保鮮水果。三、沼氣建設(shè)在農(nóng)村能源建設(shè)中的地位和作用（一）、可以在全國大多數(shù)農(nóng)村解決農(nóng)民的缺柴困難（二）、可以提高肥效，增加肥料

1、人畜糞便通過沼氣發(fā)酵，比傳統(tǒng)的儲存方法氮素損失少，速效氮含量高。人畜糞便在發(fā)酵過程中，遲效性的氮要逐漸分解成速效性的氨態(tài)氮。

2、桔桿通過沼氣發(fā)酵，增加有機肥料。我國農(nóng)村普遍把桔稈作為燃料，一經(jīng)燒掉，有機質(zhì)和氮素損失殆盡，剩下的少量灰分中只留一點鉀肥，這是我國有機肥料的極大浪費。辦了沼氣，秸稈用作發(fā)酵原料，不僅可以取得與直接燃燒相當或更多的熱能，而且增加了大量的有機肥料。如果將這些秸桿先作牲畜伺料或種植蘑菇等其他用途，再用畜糞或菇渣等入池發(fā)酵，就將取得更好的經(jīng)濟效益。

3、辦沼氣可以調(diào)動農(nóng)民集有機肥和收集有機質(zhì)殘物的積極性，增加有機肥料。農(nóng)民建了沼氣池后，為了提高沼氣產(chǎn)量，必須主動采集雜草人池，過去沒有利用的爛菜葉、爛穗殼等也投人池內(nèi)，日積月累，便可產(chǎn)生不少有機肥料。（三）、有利于農(nóng)田生態(tài)平衡（四）、有利于改善衛(wèi)生面貌第二節(jié)沼氣發(fā)酵原理一、沼氣發(fā)酵和沼氣發(fā)酵微生物二、沼氣發(fā)酵原料各種農(nóng)業(yè)廢棄物，如禽畜糞便；各種秸桿、雜草等；農(nóng)產(chǎn)品加工的各種有機廢物和廢水；城市垃圾及生活污水等

三、碳氮糞草比對沼氣發(fā)酵的影響

四、沼氣發(fā)酵啟動階段及其重要作用（一）、啟動階段指從沼氣池到點火用氣這個階段（二）、沼氣發(fā)酵的基本條件1、沼氣發(fā)酵的有機質(zhì)原料2、接種物也稱菌種，并不是單純的沼氣發(fā)酵菌種，而是含有沼氣發(fā)酵微生物的、可以起接種作用的物質(zhì)（三）、沼氣發(fā)酵微生物需要的環(huán)境條件1、嚴格的厭氧環(huán)境為了保證沼氣發(fā)酵微生物的正常的生命活動，要求沼氣池既不能漏水，也不能漏氣，要嚴格密封。

2、一定的溫度沼氣發(fā)酵微生物和所有的生物一樣，對溫度有一個適應(yīng)范圍，它們不可能在任何溫度下都能進行代謝活動，產(chǎn)生沼氣。我國農(nóng)村沼氣屬于自然溫度發(fā)酵，池內(nèi)料液溫度隨地溫的變化而變化，雖然氣溫突然變化的幅度有時很大，但地溫的變化總是比較緩慢，因此沼氣池不會因為氣溫的突然變化而停止產(chǎn)氣。需要注意的是，冬季溫度過低，不能滿足沼氣微生物實現(xiàn)正常的產(chǎn)氣的溫度需要。控制出現(xiàn)低溫環(huán)境是解決發(fā)酵溫度問題的重要辦法。3、適當?shù)乃釅A度沼氣微生物最適宜的ph值范圍是7.0——7.5.（四）、池內(nèi)沼氣菌種的采集（五）、菌種富集的原因及方法（六）、酸堿度的測定與控制（七）、池內(nèi)的氣體壓力對沼氣發(fā)酵的影響1、池內(nèi)壓力越大，壓強越高沼氣產(chǎn)量越低2、池內(nèi)氣體壓力大，壓強高，可使產(chǎn)生沼氣時間推遲

五、北方冬季沼氣池保溫防寒措施（一）、覆蓋釀熱物（二）、覆蓋堆肥（三）、覆蓋堆草（四）、簡易溫室內(nèi)建池（五）、塑料大棚內(nèi)建池

六、攪拌在沼氣發(fā)酵中的作用

七、合理計算投料、爭取多產(chǎn)氣

八、沼氣發(fā)酵工藝

九、農(nóng)村常見發(fā)酵原料的配料比

第三節(jié)沼氣肥的應(yīng)用及沼氣的綜合利用

一、多積優(yōu)質(zhì)肥，

二、改善生態(tài)環(huán)境

第四節(jié)“四位一體”農(nóng)村能源生態(tài)模式“四位一體”農(nóng)村能源生態(tài)模式是依靠生態(tài)學(xué)、生物學(xué)、系統(tǒng)工程學(xué)原理，以土地資源為基礎(chǔ)以太陽能為動力，以沼氣為紐帶，種植、養(yǎng)殖相結(jié)合，通過生物轉(zhuǎn)換技術(shù)，在農(nóng)戶土地上、全封閉狀態(tài)下，將沼氣池、豬（禽）舍、廁所、日光溫室連接在一起，組成模式綜合利用體系，即在庭院里、溫室里將種植業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)有機的結(jié)合在一起。實現(xiàn)產(chǎn)氣與積肥同步，種植、養(yǎng)殖并舉，建立一個生物種群較多，生物鏈結(jié)合健全，能流、物流較快循環(huán)的能源生態(tài)系統(tǒng)工程，具有增產(chǎn)增收、凈化環(huán)境和多業(yè)結(jié)合的集約經(jīng)營功能。它的出現(xiàn)既能解決農(nóng)村的能源供應(yīng)，改善農(nóng)民衛(wèi)生和生活環(huán)境，又可以減少農(nóng)作物和蔬菜生長中農(nóng)藥化肥的使用量，提高食品品質(zhì)和食品安全。

一、設(shè)計與施工

二、使用與管理

第五節(jié)農(nóng)村臥式封閉鐵沼氣罐裝置和干發(fā)酵工藝

一、臥式封閉鐵沼氣罐裝置

二、發(fā)酵原理

第六節(jié)生物質(zhì)秸稈氣化技術(shù)

一、生物質(zhì)氣化特性

二、固定床氣化爐煤氣發(fā)生過程

三、煤氣發(fā)生爐的類型第二章太陽能利用技術(shù)第一節(jié)太陽能知識太陽能是太陽內(nèi)部連續(xù)不斷的核聚變反應(yīng)過程產(chǎn)生的能量。太陽輻射到地球大氣層的能量僅為其總輻射能量的20億分之一，但已高達173,000TW，也就是說太陽每秒鐘照射到地球上的能量就相當于500萬噸煤。太陽能既是一次能源，又是可再生能源。它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環(huán)境無任何污染。太陽能的優(yōu)點:1、陽光到處都有，不需運輸。2、太陽能是取之不盡、用之不竭的能源。3、太陽能是清潔的能源，沒有污染。太陽能的缺點：1、能量密度分布太低。2、受到自然條件的限制。太陽能目前的轉(zhuǎn)換方式：1、光熱轉(zhuǎn)換2、光電轉(zhuǎn)換3、光化學(xué)轉(zhuǎn)換。第二節(jié)太陽能電池一、概述太陽能電池是通過光電效應(yīng)或者光化學(xué)效應(yīng)直接把光能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。以光電效應(yīng)工作的薄膜式太陽能電池為主流，而以光化學(xué)效應(yīng)工作的濕式太陽能電池則還處于萌芽階段。太陽能電池主要應(yīng)用在1、航標燈2、鐵路信號燈3、電圍欄4、黑光燈5、充電電源6、軍用通訊和照明。二、太陽能電池的類型和結(jié)構(gòu)（1）、單晶硅太陽能電池單晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率為17%左右，最高的達到24%，這是目前所有種類的太陽能電池中光電轉(zhuǎn)換效率最高的，但制作成本很大，以致于它還不能被大量廣泛和普遍地使用。（2）太陽能電池板（3）非晶硅太陽能電池非晶硅太陽電池是1976年出現(xiàn)的新型薄膜式太陽電池，工藝過程大大簡化，硅材料消耗很少，電耗更低。（4）多晶硅太陽能電池多晶硅太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率則要降低不少使用壽命也要比單晶硅太陽能電池短。（5）聚光太陽能電池方陣（6）電化學(xué)太陽能電池（7）日本全印刷太陽能電池（8）美國點接觸型太陽能電池第三節(jié)太陽灶太陽灶是利用太陽能輻射，通過聚光獲取熱量，進行炊事烹飪食物的一種裝置。從收集太陽輻射的方式上講，大陽灶可以分為“聚光式太陽灶”和“熱箱式太陽灶”兩種類型。一、基本知識（1），光的直線傳播定律光在一種均勻的介質(zhì)中是沿著直線向外傳播的。（2）、光的反射定律光在兩種介質(zhì)的分界面上有反射回原介質(zhì)的性質(zhì)。（3）、太陽高度角（4）太陽方位角（5）地理緯度（6）太陽平面視角二、拋物曲面

三、反光材料

四、支撐及跟蹤機構(gòu)

五、太陽灶制作技術(shù)

第四節(jié)太陽能供暖系統(tǒng)利用日光加熱建筑物室內(nèi)的水或空氣。有兩種太陽能供暖法∶被動法和主動法。一、被動式太陽房被動供暖法依靠建筑設(shè)計向建筑物供暖。二、主動式太陽能采暖系統(tǒng)在主動供暖法中，利用機械方法貯存、聚集和在建筑物內(nèi)分配太陽能，以提供熱水或空間供暖。

三、適合我國發(fā)展的太陽能采暖系統(tǒng)第三章風能的開發(fā)與利用第一節(jié)風能知識一、概述（一）、風能的重要性1、緩解能源危機2、資源豐富3、效益明顯4、清潔能源（二）、風能利用的基本途徑風帆助航、風力發(fā)電、風力提水、農(nóng)副產(chǎn)品加工和熱轉(zhuǎn)換。

二、風的一般知識（一）、風及風產(chǎn)生的原因空氣時刻都處于運動狀態(tài)，它在水平方向上的運動，稱之為風。風產(chǎn)生的原因主要是由于地面溫度分布不均而引起氣壓分布不均，從而使空氣流動而形成的。（二）、我國的季風氣候我國屬于大陸季風氣候，夏天多東南風，而冬季多西北風。（三）、風力等級根據(jù)風力等級判斷風力的大小，等級越大，風力越大，現(xiàn)將風力的大小分為13個等級。（四）、風向、風速的觀測（二）、風的特性指數(shù)1、風速是表示空氣在單位時間內(nèi)所通過的距離，以M\S為單位。2、風速頻率是指某地一年風以某一相同速度吹過的總時間占一年（或一日）中日歷時數(shù)的百分比。3、風能玫瑰圖

三、計算及區(qū)劃

第二節(jié)風力機的基本結(jié)構(gòu)

一、分類與命名所謂風力機，就是以風力作能源，并將風力轉(zhuǎn)化為機械能而做功的一種動力機。

二、結(jié)構(gòu)與功能風力機分為6部分，即風輪、傳動裝置、做功裝置、儲能裝置、輔助裝置和塔架。

第三節(jié)風力發(fā)電機的使用與維護

一、風力發(fā)電機的選擇

二、安裝使用

三、維護

第四節(jié)小型風力提水機簡介(FS6型風力提水機組設(shè)計)

一、主要性能指標確定和技術(shù)規(guī)格

二、風力機參數(shù)的確定與計算

三、調(diào)速系統(tǒng)及制動機制

四、水泵設(shè)計與匹配第四章節(jié)能爐灶與炕灶第一節(jié)炕、灶知識

一、炕灶的發(fā)展簡史

二、燃燒知識燃燒的條件1、燃料2、空氣3、溫度第二節(jié)節(jié)柴灶

一、爐灶的一些基本參數(shù)1、熱量2、溫度3、比熱容4、壓力5、潛熱6、流速和流量

二、新式爐灶的設(shè)計1、爐灶的大小和高度確定2、進（通）風道德設(shè)計3、爐箅子的選用與安裝4、進煙口的尺寸與要求5、添柴口的確定6、灶內(nèi)吊火高度的確定7、大鍋灶膛的套形要求8、喉眼煙道應(yīng)設(shè)鐵插板9、鍋臺表面粉刷與處理

三、常用的幾種節(jié)柴灶

第三節(jié)節(jié)能炕

一、炕的傳熱原理及結(jié)構(gòu)形式

二、炕體的各部位砌筑要求

三、介紹幾種炕型

第四節(jié)煙囪

一、煙囪的設(shè)計

二、煙囪的砌筑

三、病態(tài)煙囪的維修

第五節(jié)爐灶、炕灶和煙囪常見問題與排除方法

一、爐灶的常見問題與排除方法

二、大鍋灶的常見問題與排除方法

三、火炕的常見問題與排除方法

四、煙囪的常見問題與排除方法第五章薪炭林第一節(jié)怎樣營造薪炭林為解決薪柴問題而營造的人工林稱為薪炭林。薪炭林是一種見效快的再生能源，沒有固定的樹種，幾乎所有樹木均可作燃料。通常多選擇耐干旱瘠薄、適應(yīng)性廣、萌芽力強、生長快、再生能力強、耐樵采、燃值高的樹種進行營造和培育經(jīng)營，一般以硬材闊葉為主，大多實行矮林作業(yè)。一、樹種選擇許多用材樹種同時也是優(yōu)良的薪炭林樹種，如馬尾松、麻櫟、桉樹等。通過對用材林的間伐和整枝（林木）以取得燒柴是中國各地常見的經(jīng)營方式，做到“因地制宜，適地種樹”。經(jīng)營方式可分下述類型：①闊葉樹矮林作業(yè)薪炭林。②灌木薪炭林。在中國北部、西北部較為普遍。③頭木作業(yè)薪炭林。中國北部和西北部用柳樹插干營造。④馬尾松鹿角樁薪炭林。盛行于江蘇南部宜興、高資一帶。

二、造林時期

三、造林方法1、植苗造林2、分殖造林3、播種造林

第二節(jié)營造薪炭林的主要樹種和營造技術(shù)

一、油松

二、楊樹

三、旱柳

四、刺槐

五、紫穗槐

六、胡枝子

七、沙棘

八、檉柳第六章地熱能在農(nóng)村的應(yīng)用第一節(jié)地熱能的概念地熱能主要來自地殼中放射性元素蛻變產(chǎn)生的熱量。地熱資源指在未來時期內(nèi)能夠被合理地吸取的那一部分熱量。第二節(jié)地熱水在農(nóng)村的用途

一、地熱在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用1、種植蔬菜瓜果2、育種育秧3、灌溉和加溫土壤4、養(yǎng)殖水生飼料

二、地熱在林業(yè)上的應(yīng)用1、果樹育苗2、珍貴樹種培育3、