发展沼气作为解决我国农村能源短缺问题的重要政策,需要在适宜地区积极推广废弃物综合利用技术和可再生能源开发利用技术。目前我国常用的户用沼气池大多靠自然温度发酵,发酵温度随环境而变化,故其发酵效率、产气量不稳定,且在冬季由于发酵温度低而不产气或产气量很小,这已成为制约沼气技术推广的瓶颈。针对这一问题,本文提出了适用于长江中下游农村地区的带相变蓄热装置的太阳能秸秆沼气系统,有效利用该地区丰富的秸秆资源,使得沼气可以高效稳定地产出。本文的主要研究工作如下：(1)介绍了两相式厌氧发酵的原理及影响因素,针对两相式厌氧发酵装置,提出了带有相变蓄热水箱的太阳能秸秆沼气系统,并构建了太阳能秸秆沼气系统实验台,通过Fluent软件建立相变蓄热水箱的物理与数学模型,阐述了相变蓄热水箱的设计依据。(2)对集热、蓄热、供热子系统分别进行热性能分析。结合项目示范基地安徽和县的冬季历史气象数据,得出采用太阳能集热器与光伏发电装置相结合的太阳能光热、光伏联合应用技术的必要性,以及相变蓄热水箱石蜡层冬季的补热量变化特性。分析了产气罐内加热盘管的传热系数变化,得到传热系数的浮动范围较小,说明供热子系统可以使进、出水温保持相对稳定,并较快地进入稳定加热的状态,且传热系数仍有进一步提高的空间。(3)在项目示范基地安徽和县的冬季时期进行太阳能秸秆沼气系统的连续运行实验,产气罐料液温度可维持在32～35℃之间,即保持中温发酵的状态。平均日产沼气量为1.03m3,池容产气率为0.64m3/(m3·d),CH4平均含量67%。在日平均环境温度为4.7℃的条件下系统稳定运行时,石蜡大部分时间始终处于相变状态,相变蓄热水箱内部水温维持近似恒定且不低于55℃,达到稳定蓄热的效果。实验结果表明冬季太阳能秸秆沼气系统热利用效率为42.3%。(4)基于冬季工况的实验结果和示范装置的建设成本,通过定量分析法得到本系统20年内的净现值为正,说明该投资在20年的回报周期内具有一定的经济性；另外,该系统全年可节省标准煤642kg,CO2减排量达510kg,SO2减排量达8.6kg。因而,发展与推广该种类型的太阳能秸秆沼气系统,对于改善长江中下游地区的空气质量、实现秸杆类农业废弃物资源化利用具有着重要的意义。