《新能源发电系统控制》
名 称：对生物质在发电系统中的探究 院 系： 自动化 班 级： 0804 学 号： 学生姓名：
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一、课程设计的目的与要求
沼气发电技术是集环保和节能于一体的能源综合利用新技术。它是利用工业、农业或城镇生活中的大量有机废弃物（例如酒糟液、禽畜粪、城市垃圾和污水等），经厌氧发酵处理产生的沼气，驱动沼气发电机组发电，并可充分将发电机组的余热用于沼气生产。 沼气发电热电联产项目的热效率，视发电设备的不同而有较大的区别，如使用燃气内燃机，其热效率为70%~75%之间，而如使用燃气透平和余热锅炉，在补燃的情况下，热效率可以达到90%以上。
沼气发电技术本身提供的是清洁能源，不仅解决了沼气工程中的环境问题、消耗了大量废弃物、保护了环境、减少了温室气体的排放，而且变废为宝，产生了大量的热能和电能，符合能源再循环利用的环保理念，同时也带来巨大的经济效益。
本文描述了沼气发电技术发展现状及其能源利用市场潜力，对沼气发电技术的系统特点、运行工况要求、易出现的问题等方面进行了阐述。本文介绍了沼气的燃烧特性、沼气发动机发电机组的构成、沼气发电技术在国内外的应用现状以及沼气燃料电池的应用。
二、设计正文
1.国内外沼气发电技术现状与前景
沼气技术即厌氧消化技术，主要用于处理畜禽粪便和高浓度工业有机废水。我国经过几十年的研发应用，在全国兴建了大中型沼气工程2000多座；户用农村沼气池1060万户，数量位居世界第一。不论是厌氧消化工艺技术的积累，还是建造、运行管理等方面的经验，整体水平已进入国际先进行列。
沼气发电在发达国家已受到广泛重视和积极推广，如美国的能源农场、德国的可再生能源促进法的颁布、日本的阳光工程、荷兰的绿色能源等。生物质能发电并网在西欧如德国、丹麦、奥地利、芬兰、法国、瑞典等一些国家的能源总量中所占的比例为10%左右，并一直在持续增加。
我国沼气发电研发工作已有20多年的历史，特别是“九五”、“十五”期间有一批科研单位、院校和企业先后从事沼气发电技术的研究及沼气发电设备的开发。在这一领域中，逐渐建立起一支科研能力强、水平高的骨干队伍，并建立了相应的科研、生产基地，积累了较多的成功经验，为沼气发电技术的应用研究及沼气发电的设备质量再上台阶奠定了基础。
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鉴于沼气发电广阔的发展前景，国内数家有实力的研究院所和大型企业进行了强强合作，针对市场需求开发出不同规格的沼气发电机组系列产品。在大机组方面，胜利油田胜利动力机械集团已全面开发出了全烧沼气内燃机的沼气发电机组，并在污水处理、柠檬酸、酒精等行业应用成功。值得一提的是，国内新一轮开发出来的沼气发电机组，已不是过去简单改装内燃机的发电机组。新的发电机组在性能方面已缩小了与国外先进机组技术指标的差距。可以说，在发电设备方面，可为沼气发电的实施提供有力支持。 2沼气发动机的类型分析
两种发动机的性能比较
项目 原理
单燃料式发动机
将“空气沼气”的混合物在气缸内压缩，用火花塞使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力
双燃料式发动机
将“空气燃烧气体”的混合物在气缸内压缩，用点火燃料使其燃烧，通过火塞的往复运动得到动力，是复合燃料发动机 ①用液体燃料或气体燃料都可工作②对沼
①不需要辅助燃料油及其供给设备②燃料优点
为一个系统，在控制方面比可烧两种燃料的发动机简单③发动机价格较低
气的产量和甲烷浓度的变化能够适应③如由用气体燃料转为用柴油燃料在停止工作，发动机内不残留未燃烧的气体，因为饿耐腐蚀性好
缺点
3、沼气发电的动力装置
从能量利用的角度看，碳氢燃料可被多种动力设备使用，如内燃机、燃气轮机、锅炉等。图-1 是采用发动机（ 内燃机）、燃气轮机和锅炉（ 蒸汽轮机）发电的结构示意图，燃料燃烧放热量通过动力发电机组和热交换器进行利用，相对于不进行余热利用的机组，其综合热效率要高。从图中可见，采用发动机方式的结构最简单，而且还具有成本低、操作简便等优点。
图-2 是采用不同种类动力发电装置的效率图。从中可见，在4000kw以下的功率范围内，采用内燃机具有较高的利用效率。相对燃煤、燃油发电来说，沼气发电的特点是中小功率 性，对于这种类型的发电动力设备，国际上普遍采用内燃机发电机组进行发电，否则在经济性上不可行。因此采用沼气发动机发电机组，是目前利用沼气发电的最经济、高效的途径。
①用气体燃料工作时也需要液体辅助燃料
工作受到供给的沼气的数量和质量的影响 ②需要液体燃料供给设备③控制机构稍复
杂④借个较单燃料式发动机稍高
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4.沼气发动机发电机组系统分析
根据沼气发动机的工作特点，在组建沼气发动机发电机组系统时，要着重考虑以下几个方面：
（1）沼气脱硫及稳压、防爆装置：沼气中含有少量的硫化氢，该气体对发动机有强烈的腐蚀作用，因此供发动机使用的沼气要先经过脱硫装置。沼气作为燃气，其流量调节是基于压力差，为了使调节准确，应确保进入发动机时的压力稳定，故需要在沼气进气管路上安装稳压装置。另外，为了防止进气管回火引起沼气管路发生爆炸，应在沼气供应管路上安置防回火与防爆装置。
（2）进气调节系统：在进气总管上，需加装一套沼气-空气混合器，以调节空燃比和混合气进气量，混合器应调节精确、灵敏。
（3）发动机点火系统：沼气的燃烧速度很慢，对于原来使用汽油、柴油已及天然气的发动机的点火系统要进行一定程度的改造，以提高燃烧效率，减少后燃烧现象，延长运行寿命。若发动机内的燃烧过程组织不利，会影响发动机运行寿命，所以对沼气发动机有较高的要求。
（4）调速系统：沼气发动机的运行场合是和发电机一起以用电设备为负荷进行运转，用电设备的装载、卸载会使沼气发动机负荷产生波动，为了确保发电机正常发电，沼气发动机上的调速系统必不可少。
5.组建沼气发动机发电机组系统时要着重考虑的方面
沼气脱硫及稳压、防爆装置：沼气中含有少量的H S，该气体对发动机有强烈的腐蚀作用，因此供发动机使用的沼气要先经过脱硫装置。沼气作为燃气，其流量调节是基于压力差，为了使调节准确，应确保进入发动机时的压力稳定，故需要在沼气进气管路上安装稳压装置。另外，为了防止进气管回火引起沼气管路发生爆炸，应在沼气供应管路上安置防回火与防爆装置。
进气系统：在进气总管上，需加装一套沼气-空气混合器，以调节空燃比和混合气进气量，混合器应调节精确、灵敏。发动机：沼气的燃烧速度很慢，若发动机内的燃烧过程组织不利，会影响发动机运行寿命，所以对沼气发动机有较高的要求。调速系统：沼气发动机的运行场合是和发电机一起以用电设备为负荷进行运转，用电设备的装载、卸载会使沼气发动机负荷产生波动，为了确保发电机正常发电，沼气发动机上的调速系统必不可少。
三、课程设计（综合实验）总结或结论
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通过本次课程设计了解了沼气发电技术的过程方法，了解了其系统的特点，熟悉其运行方式，了解沼气发电技术的现状以及其发展的潜力,从而认识了沼气发电工程这一前景广阔的工程。沼气发电工程是节能环保的工程，受益的是全社会，基于目前沼气发电工程还存在的问题，因此工程应由政府、地方和企业共同出资建立。对于还处于起步阶段的新兴环保项目，国家应给予一定支持，如：政府应制定一系列的优惠政策，减免工程税费，减轻企业负担；行业要广辟资金渠道，帮助建设方获得各类贷款；同时加大宣传力度，鼓励社会各界以各种形式投资开发沼气发电项目，以优惠政策调动各投资主体的积极性。
通过本课程设计，加深对所学课程内容的理解和掌握；结合工程问题，培养提高了查阅文献、相关资料以及组织素材的能力；培养锻炼了结合工程问题独立分析思考和解决问题的能力。提高了自身的能力。
四、参考文献
[1] 作者 李胜茂 书名 2011-2015年中国生物质能发电产业投资分析及前景预测报告 出版单位 中投顾问 出版日期2 011年6月
[2] 生物质沼气发电技术 PoweringTechnology by UtilizingBiogas 作者:陈泽智 学术期刊 环境保护ENVIRONMENTAL PROTECTION 2000年第10期
附录（设计流程图、程序、表格、数据等）
内燃机 燃气轮机 蒸汽轮机
图-1不同类型发电动力设备简图
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