畜禽养殖业的规模化带来了不可忽略的环境污染问题。沼气工程将养殖场产生的粪污进行厌氧发酵,既解决了环境污染问题,又得到了可利用能源,具有重要的推广意义。但是,西北地区冬季寒冷漫长,导致大多沼气工程在实际运行中普遍存在产气率低和产气量不稳定的现象。本文基于对兰州花庄大型沼气发电工程的实地调研,对该工程运行9年以来的整体性能进行了分析,并总结了沼气发电工程实际运行所遇到的问题。为了解决花庄沼气工程发酵温度不稳定、系统运行连续性差等问题,整合太阳能集热系统、恒温厌氧发酵系统、内燃机发电系统和沼气锅炉热利用系统,构建了一套多种可再生能源耦合的新型热电联产系统,并从经济性、节能性、环保性等方面对新系统进行了全面的评价。主要研究内容和结果如下:(1)系统的初始工艺符合实际工程,9年运行期内系统基本能够稳定运行,具有可推广性;累计收益239.1万元,节省标煤1724吨,减少CO2排放4211吨;政策扶持力度不够、工程配套装备质量差和运行管理不规范等因素是造成工程后期运行效果差、综合效益没有最大化以及企业主体缺乏积极性的关键原因。(2)针对现在沼气工程存在的问题,本文整合太阳能集热系统、恒温厌氧发酵系统、内燃机发电系统和沼气锅炉热利用系统,构建了多能互补的热电联产系统。以兰州花庄奶牛场的实际情况为基础,对现有系统进行优化,构建一套太阳能—沼气锅炉—发电余热耦合的新型热电联供系统,并对新系统的关键部分进行了设计和选型。(3)优化后的系统年产气量达到51.9万m3,增幅比达到400%;优化后系统年发电量达到71.3万k Wh,增幅比达到390%,占全年养殖场用电量的70.2%;系统年增益为24.9万元,静态投资回收期为1.1年;改进后的系统具有良好的经济效益、社会效益和环境效益。(4)优化后的各个子系统的?成本差均不大,整个系统的能量转换效率比较高,经过热电联产优化后系统具有较优的热经济性;优化后系统总?效率在20%~33%之间,冬季较小,夏季最大,春秋季位于其间;优化后的系统全年产出的?经济系数为0.417元/k Wh,大大低于市场电价,说明该养殖场采取这种模式运行的热电联产系统是切实可行的。本文的创新点:(1)改进和优化了热电联产系统,使西北地区规模化养殖场的沼气发电工程连续、稳定、高效运行。(2)基于西北地区的气候条件和规模化养殖场的能源特点,对新系统进行不同运行策略的分析,并通过采用热经济分析,实现了综合效益的最大化。