我国北方地区冬季寒冷漫长,环境温度低,甚至会出现冻裂沼气池的问题,夏季环境温度升高反而产生热量富余浪费的问题,使得沼气产气率低,工程综合效益差,而且目前大多数沼气池增温方法主要用于户用沼气池,针对寒冷地区大中型沼气工程的沼气池增温保温方法的研究较少且效果不理想。同时考虑到禽畜粪便作为沼气发酵原料,其发酵后产物沼肥可用于农田肥料,种植业以及水产养殖业,使养殖业形成良性循环,实现污染零排放,这将有望解决大量禽畜粪便无效处理带来的环境污染问题。为了解决上述问题,本文建立了太阳能-发电余热加热沼气池系统,并以禽畜粪便沼气工程为背景,以太阳能-发电余热加热沼气池系统作为研究对象,以数值模拟计算分析为主,在对系统理论分析研究的基础上,利用TRNSYS平台建立了系统动态仿真模型,提出了一种新的系统运行方案,然后模拟分析了在北方地区系统的运行情况等,并进一步对系统进行热力学、经济性和环境效益评价,结果表明系统可以实现对热能的高效利用,并且环境效益显著。首先,对太阳能集热器性能及影响因素、沼气产生的基本原理及影响因素和我国生物质禽畜粪尿资源条件等进行分析研究,为系统设计奠定了理论基础;建立系统物理模型和系统中主要设备的数学计算模型,并对系统中子系统进行设计,从而保证了系统的可靠稳定性和合理准确性。其次,在TRNSYS软件平台上,构建太阳能-发电余热加热沼气池系统动态仿真模型,并且对该系统模型进行了模拟验证。提出了新的系统运行方案的设计思路:在冬季寒冷天气下,系统满足沼气池中温厌氧发酵所需的热负荷,在夏季炎热天气下,系统满足沼气池高温厌氧发酵所需的热负荷,解决了由于冬季热源供热满足而夏季热源供热过量产生的热量浪费问题,从而将全年分成5个运行阶段:常温-中温运行阶段(仅首次启动)、中温发酵运行阶段、中温-高温运行阶段、高温发酵运行阶段和高温-中温运行阶段,并确定了系统各阶段运行参数。最后,模拟地点选取北方六个城市(南阳、济南、郑州、北京、兰州和沈阳),分别对系统在不同运行阶段的运行情况进行了模拟计算分析,并且对系统进行热力学、经济性和环境效益评价。同时还分析了沼气池规模和容积产气率等因素对系统供热沼气工程的影响。本文的研究成果将对该系统在北方寒冷地区设计以及相关研究应用等有一定的参考价值,同时也为该系统后续的相关研究应用奠定了初步基础。