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生物质能与冷热电气联产耦合系统研究进展 被引量:4
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作者 张东 姜钰湛 +2 位作者 李浩然 柏建华 张瑞 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期14-28,共15页
当前冷热电联产系统广泛与生物质气化、生物质厌氧发酵、生物质直燃等生物质能利用技术相耦合。合理耦合后不仅能发挥生物质资源储量大、分布广、可再生、低污染、利用方式多样等优点,更因生物质资源相较太阳能、风能等独有的可运输、... 当前冷热电联产系统广泛与生物质气化、生物质厌氧发酵、生物质直燃等生物质能利用技术相耦合。合理耦合后不仅能发挥生物质资源储量大、分布广、可再生、低污染、利用方式多样等优点,更因生物质资源相较太阳能、风能等独有的可运输、可储存特点,可轻松实现冷热电的高效稳定输出,克服当前太阳能、风能等可再生能源利用时,由于可再生能源自身固有的时间不稳定性、空间不稳定性所带来的系统稳定性差的问题。凭借高能源利用率、低污染、运行稳定等优点,将生物质能利用技术与冷热电联产系统耦合越来越受到研究人员的青睐。该文综述了耦合生物质资源能源化利用的冷热电气联产系统的发展基础、系统集成、系统运行模式、系统多维评价及系统优化,结合当前研究现状,从多方面预测了相关系统的发展方向,为相关系统的推广与发展提供参考。 展开更多
关键词 生物质 再生能源 优化 系统集成 冷热电联产
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梯形过流断面MHP-PVT串联系统性能研究
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作者 李金平 南岳 +1 位作者 黄娟娟 Vojislav Novakovic 《太阳能学报》 北大核心 2025年第7期720-726,共7页
为研究梯形过流断面微热管光伏光热一体化组件(MHP-PVT)串联时在冬季的运行性能,选用6组梯形过流断面MHP-PV/T组件串联进行实验研究,分析系统的光电性能、光热性能和综合性能。实验结果表明:在平均太阳辐照度为692.4 W/m^(2),室外环境... 为研究梯形过流断面微热管光伏光热一体化组件(MHP-PVT)串联时在冬季的运行性能,选用6组梯形过流断面MHP-PV/T组件串联进行实验研究,分析系统的光电性能、光热性能和综合性能。实验结果表明:在平均太阳辐照度为692.4 W/m^(2),室外环境温度为3.3℃的条件下,6组梯形过流断面MHP-PV/T组件串联的平均光电功率为719.5 W、光电效率为10.8%、发电量为5.76 kWh、光热功率为2088.3 W、光热效率为24.0%、有效累计热量为9.40 kWh、总能功率为2988.0 W、总能效率为35.8%。研究结果表明,梯形过流断面MHP-PV/T串联具有良好的光电以及光热性能,该研究为MHP-PV/T的进一步发展及应用提供参考价值。 展开更多
关键词 太阳能 光伏光热 热管 串联性能 试验研究
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生物强化青贮预处理对甜高粱厌氧消化产甲烷效果影响
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作者 董斌彦 尹鑫 +3 位作者 任海伟 田辉 王昱 李金平 《农业工程学报》 北大核心 2025年第13期272-280,共9页
为探讨不同类型添加剂对甜高粱青贮预处理的强化作用和厌氧消化产甲烷效能影响,比较研究了瘤胃液、沼液、纤维素酶、木聚糖酶等4种添加剂对甜高粱木质纤维组分和微观结构变化的影响,并重点从产甲烷进程、消化液特征、系统稳定性等角度... 为探讨不同类型添加剂对甜高粱青贮预处理的强化作用和厌氧消化产甲烷效能影响,比较研究了瘤胃液、沼液、纤维素酶、木聚糖酶等4种添加剂对甜高粱木质纤维组分和微观结构变化的影响,并重点从产甲烷进程、消化液特征、系统稳定性等角度探索青贮强化预处理对甜高粱能源转化效益影响的差异性。结果表明,与原料相比,青贮强化预处理能使甜高粱中的半纤维素和木质素分别减少14.67%~30.99%和10.30%~47.23%,纤维素含量增加6.32%~35.93%,相对结晶指数CrI增加1.34%~13.08%,且延长预处理时间有助于瓦解木质纤维素抗降解屏障结构。青贮甜高粱的厌氧消化系统运行稳定,整个消化过程保持适宜pH值(7.73~8.25)和氨氮浓度(1350~1600 mg/L)。青贮预处理能有效缩短厌氧消化延滞期0.8~1.37 d,日产甲烷量和累积产甲烷量分别提高了24.32%和7.91%。从经济效益角度分析,所有青贮预处理组的产甲烷收益均明显高于原料,尤其沼液作为强化添加剂最为经济有效(681.73元/t)。因此,结合沼气工程运行实际,推荐使用沼液作为青贮强化预处理的添加剂,不仅能提高甜高粱的能源转化效率,还能降低规模化沼气工程处理沼液的成本,实现沼液资源的循环利用。 展开更多
关键词 甜高粱 青贮预处理 生物强化 厌氧消化 经济效益分析
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背水面齿角度对齿形迷宫流道灌水器水力特性及抗堵性能的影响
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作者 郑健 陈娅 +2 位作者 赵雨露 张国维 王燕 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第4期357-363,共7页
为优化齿形迷宫流道灌水器的流道结构,应用CFD数值模拟方法,对背水面齿角度分别为0°,10°,19°,30°和45°的齿形迷宫流道灌水器进行固液两相流数值模拟计算,研究不同背水面齿角度流道内流速、湍动能、涡旋分布规... 为优化齿形迷宫流道灌水器的流道结构,应用CFD数值模拟方法,对背水面齿角度分别为0°,10°,19°,30°和45°的齿形迷宫流道灌水器进行固液两相流数值模拟计算,研究不同背水面齿角度流道内流速、湍动能、涡旋分布规律及颗粒运动轨迹等.结果表明:齿形迷宫流道灌水器流态指数和流量系数均与背水面齿角度呈正相关关系,背水面齿角度为0°时,水力性能最佳;随着背水面齿角度的增大,灌水器流道内流速整体呈减小趋势;流道内湍动能随背水面齿角度的增大而增强;通过Ω涡识别法发现随着背水面齿角度的增大,流道内涡旋运动区域面积减小且强度减弱;颗粒在5种背水面齿角度流道内最长停留时间分别为1.92,3.77,4.37,0.87,0.82 s,背水面齿角度为45°时,灌水器抗堵塞性能相对较优.模拟结果证明适当改变背水面齿角度,采用不对称流道形式,有利于提高灌水器的性能. 展开更多
关键词 迷宫灌水器 背水面 齿角度 水力特性 抗堵性能
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沼液深浅孔分根交替灌溉对番茄根系特征及产量品质的影响
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作者 郑健 王有斌 +1 位作者 撒青林 王燕 《干旱地区农业研究》 北大核心 2025年第3期71-79,89,共10页
为探索沼液深浅孔分根交替灌溉对番茄根系形态和品质的影响,设置3个沼液配比(B_(1):1∶2,B_(2):1∶4,B_(3):1∶6;沼液∶水,体积比)和4种灌溉方式(I_(0):地表灌溉,I_(1):5 cm孔深分根交替灌溉,I_(2):10 cm孔深分根交替灌溉,I_(3):5 cm和1... 为探索沼液深浅孔分根交替灌溉对番茄根系形态和品质的影响,设置3个沼液配比(B_(1):1∶2,B_(2):1∶4,B_(3):1∶6;沼液∶水,体积比)和4种灌溉方式(I_(0):地表灌溉,I_(1):5 cm孔深分根交替灌溉,I_(2):10 cm孔深分根交替灌溉,I_(3):5 cm和10 cm孔深分根交替灌溉),采用盆栽试验探求沼液配比和灌溉方式对番茄根系形态、干物质量、产量、水分利用效率和品质的影响,同时应用TOPSIS法、对称交互熵多属性排序法、VIKOR法和灰色关联分析法等独立评价方法对番茄综合效益进行评价,并采用均值法、模糊Borda法和Copeland法对独立评价结果进行组合评价进而提出最优处理。结果表明:B_(2)I_(3)处理干物质量最大,较B_(2)I_(0)、B_(2)I_(2)、B_(2)I_(1)处理分别增加30.35%、17.92%、5.94%;各处理番茄根系直径主要集中在0~2 mm, B_(2)I_(3)处理的根长、根体积、表面积、根尖数和根系活力均为最高值;B_(2)I_(0)处理产量最高(2.34 kg·株^(-1)),B_(2)I_(3)处理水分利用效率最高(98.43±0.29 kg·m^(-3));综合评价结果表明,B_(2)I_(3)处理为最优处理。研究可为改进沼液穴灌技术、促进该技术在设施农业中的推广应用提供理论支撑。 展开更多
关键词 分根交替灌溉 沼液 根系特征 产量品质 组合评价
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沼液替代氮肥对设施番茄根系特征及土壤环境的影响研究
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作者 王金辉 郑健 +1 位作者 撒青林 宿智鹏 《节水灌溉》 北大核心 2025年第7期93-98,107,共7页
为探讨不同沼液替代氮肥配施比例对设施番茄根系特征、土壤pH值、土壤养分和土壤酶活性的影响。以设施番茄为研究对象,基于氮施用总用量不变,按氮含量折算沼液替代氮肥用量,设置单施沼液(CF1)、单施氮肥(CF2)和不同沼液替代氮肥配施比... 为探讨不同沼液替代氮肥配施比例对设施番茄根系特征、土壤pH值、土壤养分和土壤酶活性的影响。以设施番茄为研究对象,基于氮施用总用量不变,按氮含量折算沼液替代氮肥用量,设置单施沼液(CF1)、单施氮肥(CF2)和不同沼液替代氮肥配施比例处理(T1:75%、T2:50%、T3:35%、T4:25%、T5:15%),共7个处理。探求番茄根系特征、根系活力、土壤pH值、土壤养分和土壤酶活性的响应规律。结果表明:沼液替代氮肥各处理更能平衡养分释放,T3和T4处理在番茄开花结果期和果实成熟期分别获得了最高的根系活力和番茄根系特征指标;沼液替代氮肥处理均降低土壤pH值;沼液替代氮肥处理对土壤全氮累积效应明显,CF1处理全氮含量在0~60 cm土层均高于其他处理,10~20 cm处出现最大值1.949 g/kg;沼液替代氮肥处理对土壤有机质含量的影响集中在0~20 cm土层,各处理有机质含量呈T3>T4>T5>T2>T1;T3处理对0~30 cm土层碱解氮含量提升效果最优;S-UE(脲酶)、S-NR(硝酸还原酶)和S-AG(α-葡萄糖苷酶)活性均随土层深度增加而减小,T3处理可以获得最高的S-UE活性,T4处理可以获得最好的S-NR和S-AG活性。25%~35%沼液替代氮肥比例可以更好地平衡土壤养分释放,稳定土壤pH值,提高土壤有机质、全氮和碱解氮含量,促进土壤酶活性,有助于设施番茄提质增效目标的实现。 展开更多
关键词 沼液 替代比例 根系特征 土壤养分 土壤酶活性 氮肥替代
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尾菜批式中温发酵和高温发酵过程对比试验研究 被引量:1
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作者 李金平 汪雅茹 +1 位作者 Vojislav Novakovic 朱俊杰 《中国沼气》 CAS 2024年第5期23-29,共7页
尾菜的快速无害化处理已成为高原夏菜产业发展的“瓶颈”。针对目前尾菜规模化处理厂普遍存在厌氧发酵过程不稳定,而国内外缺少尾菜恒温发酵过程研究的现状,在0.56 m^(3)的恒温发酵罐中开展了尾菜批式中温发酵和高温发酵过程的对比试验... 尾菜的快速无害化处理已成为高原夏菜产业发展的“瓶颈”。针对目前尾菜规模化处理厂普遍存在厌氧发酵过程不稳定,而国内外缺少尾菜恒温发酵过程研究的现状,在0.56 m^(3)的恒温发酵罐中开展了尾菜批式中温发酵和高温发酵过程的对比试验,对比了两个过程中沼气产气量、氨氮量、pH值和溶解性总固体的变化过程,并用修正的Gompertz方程分析了恒温厌氧发酵产甲烷过程,研究结果表明:在接种量30%、总固体含量(Total Solid,TS)2.2%的30天批式发酵过程中,中温发酵过程和高温发酵过程均可稳定进行,与修正的Gompertz方程拟合结果吻合度R^(2)均大于0.99。高温组累积产气量、产甲烷量分别为3939 L、2034.2 L,比中温组分别高出11.3%和15.5%,同时高温组甲烷体积分数达到50%的时间较中温组提前了3 d;中高温两试验组对应的最低pH值分别为6.66和6.52,后期均逐渐升高并稳定在7.30左右;两试验组氨氮浓度呈前期快速上升后持续上下浮动趋势,整体高温组大于中温组。试验研究为使用恒温厌氧发酵稳定快速无害化、规模化处理尾菜提供了借鉴和参考。 展开更多
关键词 尾菜处理 批式发酵 中温厌氧发酵过程 高温厌氧发酵过程 试验研究
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三种动物粪便与甜高粱混合批次产甲烷潜能比较
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作者 任海伟 田海东 +3 位作者 刘美琪 张浩 丁闻浩 李金平 《新能源进展》 CSCD 北大核心 2024年第5期597-604,共8页
为评估不同粪便对甜高粱原料利用率的影响,在温度为(37±0.5)℃、甜高粱与动物粪便的挥发性固体(VS)质量比为1∶1的条件下,比较了甜高粱与奶牛粪(SCM组)、猪粪(SPM组)和羊粪(SSM组)进行混合厌氧消化的产气性能,应用修正的Gompertz... 为评估不同粪便对甜高粱原料利用率的影响,在温度为(37±0.5)℃、甜高粱与动物粪便的挥发性固体(VS)质量比为1∶1的条件下,比较了甜高粱与奶牛粪(SCM组)、猪粪(SPM组)和羊粪(SSM组)进行混合厌氧消化的产气性能,应用修正的Gompertz方程分析了甲烷产生的动力学过程。修正的Gompertz模型显示,各试验组相关系数R2=0.983~0.997,SCM组具有最大产甲烷速率(rm)78.37 m L/(g·d)(以VS质量计),较甜高粱原料组(SS组)提升了115.30%。在三个混合消化实验组中,SCM组具有最大的累积产沼气率、日产甲烷率和累积产甲烷率,分别为556.98、93.68和274.51 m L/g(以挥发性固体质量计)。SPM组具有61.60%的最大甲烷体积分数。SSM组的日产甲烷率较SS组降低了16.33%。SCM、SPM和SSM组的协同效应指数分别为26.15%、15.71%和28.24%。实验结果表明,SCM组更好地弥补了SS组具有高碳氮比的缺陷,实现底物间的优势互补,与SPM和SSM组相比,SCM组的累积产沼气率、日产甲烷率和累积产甲烷率更优。通过添加不同底物对产气率、产甲烷率和厌氧消化参数的比较,可为甜高粱在沼气工业中的利用提供理论依据。 展开更多
关键词 奶牛粪 混合厌氧消化 产甲烷潜力 产气性能
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含固率对甜高粱与奶牛粪产气特性的影响
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作者 任海伟 田海东 +5 位作者 马福泽 杜永鹏 欧琢钰 杨鑫 张浩 李金平 《环境科学与技术》 CAS CSCD 北大核心 2024年第6期156-162,共7页
文章基于不同含固率(TS)在粪秸厌氧共消化中产气率的不同,以碳素和氮素含量互补的全株甜高粱秸秆和奶牛粪为原料,评估在不同TS下厌氧共消化的产气特性。实验采用中温((37±0.5)℃)条件,底物中甜高粱与奶牛粪挥发性固体(VS)比为1∶1... 文章基于不同含固率(TS)在粪秸厌氧共消化中产气率的不同,以碳素和氮素含量互补的全株甜高粱秸秆和奶牛粪为原料,评估在不同TS下厌氧共消化的产气特性。实验采用中温((37±0.5)℃)条件,底物中甜高粱与奶牛粪挥发性固体(VS)比为1∶1,设置奶牛粪的含固率为2%(T2组)、4%(T4组)、6%(T6组)、8%(T8组)4个处理组,分析不同TS组的产甲烷性能,动力学分析采用修正的Gompertz方程。结果表明,T2组的累积产气量为633.49 m L/(g VS)、累积甲烷产量为350.26 m L/(g VS),均为最高,随TS的增加累积产气率下降,高TS不利于沼气的生产。修正的Gompertz模型拟合结果R~2=0.988~0.999,随着TS的增加,延滞期变长,最大产甲烷速率降低,T2组与其他处理组相比混合消化体系最优。化学需氧量浓度和挥发性脂肪酸浓度均随着TS升高而升高。实验对全株甜高粱和奶牛粪的共消化高效产甲烷及过程稳定性控制具有指导意义。 展开更多
关键词 含固率 混合厌氧消化 甜高粱 产甲烷性能 动力学 奶牛粪
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沼液滴灌条件下不同类型灌水器的堵塞特征
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作者 郑健 赵雨露 陈娅 《节水灌溉》 北大核心 2024年第8期110-116,共7页
为了探求不同类型灌水器在沼液滴灌中的抗堵塞性能,研发适用于沼液滴灌的灌水器,明确沼液滴灌条件下灌水器的堵塞类型。选用内镶贴片式灌水器(1.38、2、3 L/h)、内镶圆柱式灌水器(2、3 L/h)、压力补偿式灌水器(2、4、6 L/h)三类灌水器,... 为了探求不同类型灌水器在沼液滴灌中的抗堵塞性能,研发适用于沼液滴灌的灌水器,明确沼液滴灌条件下灌水器的堵塞类型。选用内镶贴片式灌水器(1.38、2、3 L/h)、内镶圆柱式灌水器(2、3 L/h)、压力补偿式灌水器(2、4、6 L/h)三类灌水器,在灌水压力0.08 MPa、水沼液配比4∶1(体积比)条件下进行周期性间歇灌水试验,比较不同灌水器的堵塞情况,并使用扫描电镜分析堵塞物的粒径大小及各粒径占比情况,同时结合堵塞物的傅里叶红外光谱图分析堵塞物的组成成分。结果表明,8种灌水器(E1~E8)达到堵塞标准所需的时间分别为108、126、141、111、132、84、102和117 h;灌水器堵塞物在出水口、进水口以及过水流道内均有分布,进水口处为黄色泥沙沉积,出水口及过水流道拐角处为黑色絮状物;堵塞物成分为沙粒、碳酸盐、硫酸盐、磷酸盐等无机化合物以及烃类、蛋白质、脂类等有机物;堵塞物中88.42%的颗粒物粒径集中在0.2~1.4μm的粒径范围内,其余11.58%为大絮状物。综上所述,同类型灌水器中,额定流量越大的灌水器达到堵塞标准所需的时间越长,抗堵塞性能越好;同额定流量的灌水器,内镶贴片式灌水器的抗堵塞性能最佳;额定流量3 L/h的内镶贴片式灌水器的抗堵塞性能最佳;灌水器发生的堵塞类型为物理-化学-生物三者协同作用导致的复合型堵塞。 展开更多
关键词 灌水器 沼液滴灌 平均相对流量 扫描电镜 堵塞物成分
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不同预处理方法对青贮玉米秸秆厌氧消化产气效能的影响
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作者 刘金菊 石瑞峰 +5 位作者 任海伟 尹鑫 张丙云 王昱 李金平 杨鑫 《农业工程学报》 2025年第16期268-276,共9页
为提高青贮玉米秸秆的厌氧消化产甲烷效能,该研究从理化特性、元素组成、微观结构等角度,分析了NaOH、γ-戊内酯(gamma-valerolactone,GVL)/NaOH、碱性过氧化氢、芬顿试剂4种预处理方法对青贮玉米秸秆产甲烷性能、厌氧消化系统稳定性和... 为提高青贮玉米秸秆的厌氧消化产甲烷效能,该研究从理化特性、元素组成、微观结构等角度,分析了NaOH、γ-戊内酯(gamma-valerolactone,GVL)/NaOH、碱性过氧化氢、芬顿试剂4种预处理方法对青贮玉米秸秆产甲烷性能、厌氧消化系统稳定性和反应进程的影响机理,并比较了不同预处理条件下的能源转化效率和经济效益。结果表明,与原料(CK组)相比,预处理后的NG1组(摩尔比0.1/1的GVL/NaOH预处理)中纤维素含量由41.35%提升至69.21%,半纤维素含量由8.76%提升至17.77%,木质素含量由14.77%降至5.56%。微观结构显示,NG1组的木质纤维结构被严重破坏,总结晶度指数显著降低(P<0.05)。进一步,NG1组的累积甲烷产量高达375.17 mL/g(以挥发性固体计),较CK组提升了26.08%;理论最大产甲烷速率(R_(m))较CK组提升了25.43%;迟滞期(λ值=0.94 d)显著(P<0.05)低于其他预处理组(1.49~2.37 d)。相比而言,碱性过氧化氢(AH组)和芬顿试剂预处理(FE组)因过度降解青贮秸秆中的能源组分且木质素去除有限,对产甲烷性能形成了一定的抑制作用。经济收益分析表明,NG1组的净收益为968.20 yuan/t,较CK组提升了13.32%,经济效益最佳。因此,综合技术和经济指标结果,推荐采用摩尔比为0.1/1的GVL/NaOH预处理方案(NG1组),该研究为青贮玉米秸秆在沼气工程中的规模化应用奠定了基础。 展开更多
关键词 玉米秸秆 预处理 厌氧消化 甲烷产量 结构表征
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