CN115989315A - 用于厌氧消化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

提供了一种厌氧消化系统。该系统包括生物质存储容器和位于生物质存储容器上方的罩，其中罩在厌氧消化器的外边缘处密封。配重可以布置在罩的表面上，并且密封的边缘可以形成水收集区域。还可以包括附加系统，包括热管理、气体处理、能量存储和回收以及感测。

Description

用于厌氧消化的系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2020年7月15日提交的美国临时申请号为63/052,190的优先权，该申请的公开内容通过引用全文并入本文。

技术领域

本公开内容总体上涉及厌氧消化和气态材料的相关处理，并且特别是涉及一种覆盖式厌氧消化系统及其安装或操作。

背景技术

厌氧消化是一种可以用于将广泛的生物质材料转化为可用气体的过程，所述气体诸如为主要包括甲烷和二氧化碳(CO₂)的气体。二氧化碳可以用于各种目的，诸如食品和工业处理。甲烷(其可能比二氧化碳更有价值)可以用作诸如石油和天然气之类的化石燃料的直接替代品。当甲烷从有机物(即生物质)的厌氧消化中产生时，其通常被称为生物甲烷。

生物甲烷可以用作燃料(例如，用于内燃机或燃料电池)，以提供动力(power)和热量。当生物甲烷被燃烧时，废气通常仅包括二氧化碳和水。原则上，所释放的二氧化碳的量等于使生物质自然有氧分解所释放的量；因此，以这种方式产生的甲烷实际上被视为零碳燃料。因此，利用生物质的厌氧消化来产生甲烷被认为是减少大气中二氧化碳水平并且有助于缓解气候变化的有效方法。题为“Anaerobic Digester and Mobile BiogasProcessing Plant(厌氧消化器和移动式生物气体处理设备)”的专利申请PCT/IB2020/054392描述了一种厌氧消化器和某些气体处理装置和方法。

由于厌氧消化系统经常在户外或以其他方式暴露于自然元素(例如雨和雪)中，因此这种系统的操作和监测可能是困难的。因此，需要改进的厌氧消化系统和方法以及相关联的气体处理。

发明内容

根据实施例，提供了一种装置和系统，诸如消化器。该消化器可以是例如用于处理生物质的厌氧消化器。在某些方面，该消化器包括：生物质存储容器；位于生物质存储容器上方的罩；以及一个或多个位于罩的顶表面上的配重。罩和配重中的至少一个可以形成褶皱特征(例如，角部或其他边缘)。配重中的至少一个可以位于罩的中心，其中其他配重中的一个或多个布置在罩的每个角部处。在一些实施例中，罩(和/或存储容器)是矩形的或正方形的，并且配重在每个角部中形成褶皱角部。也可以使用其他具有角部的形状。消化器可以包括一个或多个子系统，该一个或多个子系统包括热管理系统、气体处理系统、状态监测系统、用于混合/热控制浆体的设备、水收集和管理系统和/或能量回收和存储系统。虽然在该示例中描述了一个或多个褶皱角部，但是一些实施例可以在没有褶皱角部的情况下实现。例如，这可以包括在其他位置(例如中央)的褶皱或根本没有褶皱。在一些实施例中，罩被配置为在生物质存储容器中产生的气体增加时从第一位置膨胀到第二位置。

根据实施例，提供了一种厌氧消化器，该厌氧消化器包括生物质存储容器(例如，具有一个或多个锥形侧壁的浆体贮留池)和位于生物质存储容器上方的罩。在某些方面，罩被密封在厌氧消化器的外边缘处，以形成水收集区域。水可以是例如雨水，并且罩可以是气体膜。在水覆盖一个或多个气体密封件的地方，可以对其进行监测，以指示泄漏。在某些方面，罩例如可以通过在罩上形成褶皱角部的配重管被保持就位。在一些实施例中，可以使用倾斜支架(例如，由沟槽环形梁的一部分形成)，从而支架被配置为将水限制在水收集区域中。厌氧消化器还可以包括一个或多个衬垫，诸如贮留池衬垫膜或浆体罩膜。在一些实施例中，至少一个膜(诸如附加中间膜)在甲烷和CO₂之间能够选择性地渗透(selectivelypermeable)。然而，在一些情况下，至少一个膜对生物气体及其组成材料是不可渗透的(例如，贮留池衬垫和浆体罩都可以是不可渗透的)。在某些方面，罩、支架、浆体罩膜和贮留池衬垫膜全部被附接到安装柱，例如，利用一个或多个夹来附接。在一些实施例中，使用外膜夹和内膜夹。这可以防止生物气体与消化器的易受腐蚀的部分接触。厌氧消化器可以进一步包括一个或多个子系统，诸如气体过滤系统、热管理系统、监测系统、水再利用系统、能量回收系统和用于混合/热控制浆体的设备。

在一些实施例中，至少一个配重位于罩的顶表面上。配重可以是例如管或管道。配重可以被布置成在罩上产生张力并防止罩在风中摆动。在一些实施例中，在罩是矩形或正方形的情况下，至少一个配重形成罩的褶皱角部。附加地，可以在罩的每个角部中布置配重。然而，也可以使用其他配重，例如，在罩的中心区域中或在生物质存储容器的浆体膜上使用。在一些实施例中，配重管与厌氧消化器的水收集区域连接，并且被配置为将水从罩移到收集区域(或反之亦然)。

根据一些实施例，一种组装厌氧消化器的方法例如可以包括以下步骤：将罩放在存储容器上方；放置一个或多个配重(例如，以形成褶皱角部)；以及组装/附接任何热或水管理系统，或本文所述的其他系统。在一些方面，该方法还可以包括任选性地填充配重。该方法中的其他步骤可以包括：(i)挖掘或以其他方式制备具有锥形侧壁和/或衬垫膜的浆体贮留池；(ii)安装一个或多个气体膜，包括一个或多个半透膜；(iii)密封消化器；以及(iv)利用生物质填充消化器或以其他方式操作消化器，包括操作任何相关联的系统。这可以包括例如提取和处理安装之后在消化器中产生的气体。

根据实施例，提供一种用于厌氧消化器的热管理系统。该系统可以包括例如循环装置(例如，包括一个或多个泵)和连接到该循环装置的多个管。在该示例中，多个管可以包括：(1)在厌氧消化器罩的表面上的一个或多个管；和/或(2)在厌氧消化器的生物质存储容器的表面(例如，衬垫的表面)上或在厌氧消化器的生物质存储容器内的一个或多个管。也可以使用其他管。在一些实施例中，多个管被填充有水。循环装置可以被配置为将温水从厌氧消化器罩的表面流向生物质存储容器。这可以改善容器中的厌氧消化过程。类似地，该系统可以被配置为将温水从生物质存储容器表面流向罩。例如，这可以用来融化罩上的雪，因为雪会对消化器和/或其部件造成损害。

根据实施例，提供了一种状态感测和监测系统。例如，厌氧消化器或类似系统可以配备有这样的系统。这例如可以包括：生物质存储容器(例如，浆体贮留池)；位于生物质存储容器上方的罩(例如，气体膜)；和一个或多个传感器，一个或多个传感器被配置为指示厌氧消化器的气体或浆体状态(例如，水平)。在一些实施例中，厌氧消化器包括罩配重，并且至少一个传感器是附接到配重上(例如，在配重内)的压力传感器。在一些实施例中，至少一个传感器是视线传感器(例如，相机或其他基于光学的装置)，该视线传感器被配置为监测罩或浆体膜的顶部水平。在一些实施例中，至少一个传感器是罩或浆体膜上的角度传感器阵列(例如，陀螺仪传感器的花彩串(festoon string))。附加地，该系统还可以包括处理电路(例如，处理器、存储器和发射器)，该处理电路被配置为基于来自一个或多个传感器的测量结果来确定并报告气体或浆体状态。报告可以是本地的，通过无线通道，使用互联网等。在某些方面，该系统的一个或多个传感器可以被布置在消化器的最上层膜/罩、中间膜、浆体级膜或任何其他膜上。附加地，一个或多个传感器可以被安装在其他部件上，包括存储容器本身。

根据实施例，提供了一种能量存储和回收系统。该系统可以包括：一个以上的气态或液态材料的存储容器；气体压力驱动的发生器(例如，产生机械能和/或电能)，该发生器耦合到一个或多个存储容器，并且被配置为使用从一个或多个存储容器排出的废气来产生动力；以及气体缓冲区，该气体缓冲区被配置为在废气被发生器使用(例如，穿过)之后存储至少一部分废气。在一些实施例中，这些材料可以包括压缩气体或低温液体，并且发生器可以是涡轮机。在某些方面，气体缓冲区是厌氧消化器的一部分，诸如本文所述的任何消化器的一部分。例如，缓冲区可以是位于浆体区域和厌氧消化器的罩之间的区域。在一些实施例中可以使用其他缓冲区。该系统可以进一步包括气体处理系统，该气体处理系统被配置为从气体缓冲区中提取气体并将气体存储在一个或多个存储容器中。处理阶段可以包括例如压缩机、干燥机、冷却器、液体存储容器等。在一些实施例中，该系统是混合发电系统的一部分，该混合发电系统包括一个或多个光伏和风能装置(例如，风车)。在一些实施例中，气态或液态材料可以是例如来自生物气体的甲烷或CO₂。

根据实施例，提供了一种用于能量回收和/或存储的方法。该方法可以包括例如以下步骤：(1)从一个以上的气态或液态材料(例如，压缩气体或低温液体)的存储容器中排出气体；(2)利用排出气体发电(例如，利用排出气体运行涡轮机)；以及(3)将剩余的排出气体传递到气体缓冲区。在一些实施例中，该方法进一步包括在一个或多个存储容器中存储来自气体缓冲区的气体，这可以包括压缩来自气体缓冲区的气体，并且在一些情况下，来自缓冲区的气体先前被用于在发电步骤中发电。也就是说，该循环可以重复进行。在某些方面，排出气体和存储气体步骤中的至少一个至少部分地是基于来自光伏、风能装置和/或电池的电力供应。附加地，用于存储步骤的能量可以由光伏、风能装置和/或电池提供。在一些实施例中，在排出步骤之前，该方法包括在厌氧消化器中产生气体并且将气体存储在一个或多个存储容器中，其中将剩余的排出气体传递给气体缓冲区的步骤包括将剩余的排出气体传递给用于产生气体的厌氧消化器。

根据实施例的被覆盖的浆体贮留池以及操作和覆盖这种浆体贮留池的方法可以具有某些益处。一个益处可以是控制进入贮留池的雨水的量，由此使应用所需的贮留池的尺寸最小化。另一益处可以是边缘密封系统，当填充有水时，该边缘密封系统允许监测/检测一个或多个密封件的泄漏情况。另一益处可以是边缘密封系统可以将雨水引入存储系统，从而使收集的雨水可以用于各种农田作业。另一益处可以是边缘密封系统最大限度地减少了覆盖式贮留池的金属部件与其中产生或存储的生物气体之间的接触，从而减少了腐蚀的可能性。

根据实施例，提供了一种用于监测厌氧消化器中(例如，在消化器的一个或多个气体或浆体存储区域中)的甲烷或浆体量的方法和装置，这可以是远程控制和监测贮留池和任何相关气体回收设备所需要的。

根据实施例，提供了一种用于在外罩的褶皱中使用填充水的配重管的方法和装置，以减少由于风的冲击而导致的外罩的移动，并降低外罩的疲劳。

根据实施例，提供了一种用于将加热的水通过一个或多个配重管泵送出以去除冰或雪的方法和装置。类似地，提供了一种用于从外罩中回收热量并将该热量泵送入浆体中的方法和装置。这可以提高消化速率。

根据一些实施例，提供了一种用于将气体缓冲存储部(例如，厌氧消化器的气体缓冲存储部)作为能量存储和回收系统的一部分的方法和装置。

本公开的主题的其他特征和特性以及操作方法、结构的相关元件的功能和部件的组合以及制造的经济性在参照附图考虑了以下描述和所附权利要求后将变得更加明显，所有附图构成本说明书的一部分，其中类似的附图标记指代各图中的相应部件。

附图说明

并入本文并构成说明书的一部分的附图示出了本公开内容的主题的各种实施例。在附图中，类似的附图标记表示相同或功能相似的元件。

图1A和1B示出了根据一些实施例的厌氧消化系统。

图2A示出了根据一些实施例的厌氧消化系统的一些方面。

图2B示出了根据一些实施例的厌氧消化系统的一些方面。

图3示出了根据一些实施例的热管理系统。

图4A示出了根据一些实施例的能量存储和回收系统。

图4B是根据一些实施例的用于能量回收的方法的流程图。

图5A示出了根据一些实施例的设备的框图。

图5B示出了根据一些实施例的厌氧消化系统的一些方面。

图6A和6B示出了根据一些实施例的用于厌氧消化器的罩。

图7示出了具有一个或多个用于浆体的混合和/或加热的元件的贮留池(lagoon)。

图8是根据一些实施例的操作和/或组装厌氧消化系统的方法的流程图。

图9示出了根据一些实施例的示例性生物气体分离和甲烷液化器。图9A示出了根据一些实施例的示例性CO₂去除单元(例如，冷箱)。图9B示出了根据一些实施例的示例性液化单元(例如，焦耳-汤普森单元)。图9C示出了根据一些实施例的示例性二氧化碳去除和液化组合单元。

具体实施方式

虽然本公开内容的主题的各个方面可以以各种形式体现，但是以下描述和附图仅旨在公开这些形式中的一些作为主题的具体示例。因此，本公开内容的主题不旨在局限于如此描述和示出的形式或实施例。

除非另有定义，本文使用的本领域的所有术语、符号和其他技术术语或词汇与本公开内容所属领域的普通技术人员通常理解的含义相同。本文提及的所有专利、申请、已公开的申请和其他出版物均通过引用全部并入本文。如果本部分中阐述的定义与本文通过引用而并入的专利、申请、公开申请和其他出版物中阐述的定义相反或不一致，则本部分中阐述的定义优先于在本文通过引用而并入的定义。

除非另有说明或上下文另有提示，在本文使用的“一”或“一个”是指“至少一个”或“一个或多个”。

本说明书在描述部件、设备、位置、特征或其一部分的位置和/或取向时可以使用相对的空间和/或取向术语。除非特别说明，或者由说明书的上下文所决定，包括但不限于顶部、底部、上方、下方、下面、上面、上部、下部、左侧、右侧、前面、后面、旁边、相邻、之间、水平、竖直、对角的、纵向、横向、径向、轴向等的术语是为了在附图中提及此类部件、设备、位置、特征或其一部分时的方便而使用的，并不旨在限制。

此外，除非另有说明，本说明书中提到的任何具体尺寸仅仅代表体现本公开的各个方面的装置的示例性实施，并且不旨在限制。

如本文所使用的，术语“相邻”是指靠近或毗邻。相邻的物体可以彼此间隔开，或者可以彼此实际或直接接触。在某些情况下，相邻的物体可以彼此耦合，或者可以彼此一体形成。

如本文所使用的，术语“基本上”和“基本的”是指相当程度或范围。当与例如事件、情况、特征或属性一起使用时，这些术语可以是指事件、情况、特征或属性精确发生的情况以及事件、情况、特征或属性近似发生的情况，例如考虑到本文描述的实施例的典型容忍度或可变性。

根据实施例，许多类型的材料可以被消化，包括生物质(biomass)的厌氧消化。为了在气候变化方面实现最有利的影响，使用厌氧消化来限制或消除甲烷(诸如目前由动物粪便的不良管理(诸如在开放式贮留池中的牛和猪的排泄物)所产生的甲烷)的“逃逸性”排放可能是最有效的。具体而言，在农业部门使用开放式浆体贮留池会导致非常高水平的逃逸性甲烷排放。通过密封浆体贮留池以防止有氧消化，甲烷可以被抑制。这种做法对于限制或消除甲烷的“逃逸性”排放可以是有利的，而且在本文所公开的实施例中，其还可以提供相当大的操作益处。这种益处可以包括减少的氮损失，其中氮包含在消化物中(即在生物质的厌氧消化之后剩余的材料)，这继而可以减少当消化物撒回土地时对肥料的需求。另一个益处可以包括减少对浆体的处理和管理。这是因为雨水被阻止进入覆盖式贮留池，这意味着消化物更集中并且存在较少的传播。另一个益处可以是减少溢出的风险，因为雨水被阻止进入覆盖式贮留池，继而将原始浆体渗入水道的可能性降到最低。另一个益处可以包括减少温室气体。在生物质(诸如废物或变质的动物饲料)通过有氧和以无控制的方式进行堆肥管理的情况下，保持在其中的能量在该过程中作为热量损失，并且可能导致大量的甲烷和氧化亚氮，这两者都是强大的温室气体。然而，通过使用密封的浆体贮留池、诸如由本文所公开的实施例所提供的浆体贮留池，可以减少这种温室气体。另一个益处是可以减少能源需求。这是因为厌氧产生的甲烷可以作为发生器的燃料使用，例如用以产生可以用于农场的电力和热量，由此抵消其电力和能量的使用。在覆盖式浆体贮留池的安装成本保持较低的情况下，例如，与开放式浆体贮留池相比，上述益处可以为中小型农场提供合理的投资回报。

从一个或多个实施例中获得的多余甲烷可以用于产生电力，然后将该电力注入电网，或者另选地被处理和升级以注入主燃气管网。

生物质的丰富来源是诸如在被管理的土地上(包括花园、运动场、路边绿化带和高尔夫球场)的剪下的草料。目前，剪下的草料被留在原地或者被收集和堆肥。无论哪种方式，都是以有氧方式进行的，由此作为浪费的热量损失了甲烷生成的可能。此外，北半球的大部分地区覆盖着大片未被管理或未被充分利用的草场，这些草场可以用于产生生物甲烷。然而，与小型、偏远农场的情况一样，由于例如管理或未管理的草场位置偏远，或者缺乏电力或燃气管网基础设施的原因，很难实现通过这一过程实现的甲烷的真正价值。这种丰富的可再生和零碳能量的形式的金融和环境价值无法在经济上实现，使其实际上被锁定在土地上。实施例可以解决这些问题中的一个或多个。

现在参照图1A，示出根据一些实施例的厌氧消化系统100。系统100可以使用例如生物质存储容器101。例如，该存储容器可以是覆盖式贮留池布置，该布置在该容器内具有带有生物质存储部102的贮留池。还使用气体罩104，该气体罩可以是膜。贮留池可以建造在地面112a中，该地面具有原始地面水平112b。虽然图示的是地面中的贮留池，但是也可以使用其他容器来存储生物质以进行消化，包括地面上的贮留池或其他封闭结构。容器内生物质的消化产生气体，所述气体被罩104截住。附加地，根据一些实施例，可以使用浆体膜(或分离衬垫)106将浆体区域与气体区域和罩104分开，由此在罩104和生物质存储部102之间形成缓冲区116。在一些实施例中，气体罩104和浆体分离衬垫106对浆体和所生成的气体都是不可渗透的。在这方面，气体缓冲区域116可以被其他系统元件利用，诸如能量存储和回收系统126。在一些实施例中，浆体分离衬垫或一个或多个附加膜138可以是半渗透的，以选择性地通过一种或多种材料(例如，以选择性地通过甲烷或CO₂)。区域116在实施例中可以在膜138的上方、下方或两侧，这例如取决于膜138的渗透性。在实施例中，膜138可以是任选的。在某些方面，容器101(例如，贮留池)可以进一步包括衬垫114，该衬垫将生物质与安装贮留池的地面分开。根据一些实施例，一个或多个配重108、110可以用于一个或多个膜(例如，罩104或分离衬垫106)的表面上。这样的配重不仅可以将膜保持就位，由此减少疲劳和不需要的运动，而且还可以被配置为执行一个或多个附加功能，诸如热管理或水平感测。根据实施例，可以使用热绝缘。例如，罩104可以提供热绝缘。

在某些方面，消化器是具有半透膜的生物气体存储容器，该半透膜将生物气体存储区域分隔为第一空间和第二空间，使得第一空间被配置为能够富集甲烷，第二空间被配置为能够富集CO₂。例如，在一些实施例中，第一和第二空间可以在膜138的两侧。在一些实施例中，半透膜包括伸展的聚四氟乙烯基材料或硅酮。在一些实施例中，位于容器上方的罩是透明的，并且被配置为(例如，向浆体)提供被动太阳能加热。该罩可以由多种材料制成。在一个示例中，该材料是坚固的，具有化学惰性，并且不受紫外线的损害，诸如为乙烯-三氟乙烯(ETFE)，但是其他材料也可以是合适的。虽然图示的为单个半透膜138，但是在一些实施例中可以使用多个膜(例如2、3、4、5等)，由此产生两个以上的气体空间。例如，可以具有附加膜，然后第一和第二膜会将容器分成三个空间：第一空间、第二空间和第三空间，第三空间将包含比第一空间更多的纯甲烷。消化器100中由膜(例如，膜138)形成的空间中的一个或多个空间可以作为接收或提取空间，例如，当用作能量回收和存储系统的缓冲区时。在一些实施例中，其是最上层的空间(或者包括最清洁的生物气体的那个空间)。在一些实施例中，气体处理(例如，清洁)系统可以从一个或多个空间中产生。

在某些方面，消化系统100还可以包括用于将生物质(诸如浆体)接收到生物质存储容器中的输入件。附加地，厌氧消化器100可以包括分别耦合到第二空间和第一空间的输出阀。也就是说，位于消化器100的生物气体存储区域内(例如，在缓冲区116中)的生物气体可以通过连接到一个或多个输出阀的管道或软管移除。这种管道和软管可以连接到本文所述的一个或多个其他系统，所述系统包括用于气体处理、能量存储和能量回收的系统。在实施例中，第二空间和生物质存储容器的其余部分可以是共存的。也就是说，在一些实施例中，生物质存储区域和各种气体区域之间可以没有物理隔离。

根据一些实施例，气体罩104、分离衬垫106、任何膜138和贮留池衬垫114中的一个或多个由支架元件118保持就位。支架118可以例如被安装到地面112b中的安装柱120上。支架118可以是梁的一部分。在某些方面，图1和图2中所示的支架118是梁的横截面。使用支架118或梁(例如，类似于建筑中使用的Z型钢檩条)可以用于形成水收集区域122，在该水收集区域中收集来自罩104的水(例如，雨或雪)。根据实施例，支架118(例如，梁部分)具有至少一个90度角、或近似90度角的表面，从而其为一个或多个L形部件提供安装表面。支架118(例如，梁部分)可以是L形的。在某些方面，倾斜梁可以形成跟踪贮留池的外环的沟槽。也就是说，其可以是沟槽环形梁。然后，所收集的水可以由一个或多个系统重新使用，如结合图2A所述。此外，通过防止水到达生物质存储部，可以通过消除浆体的稀释(例如，存储部102的稀释)，使贮留池的必要尺寸最小化。这也有助于防止多余的雨水造成浆体的不必要溢出。在区域122中收集水可以具有附加益处，即覆盖一个或多个气体密封件，诸如罩104、浆体膜106和/或衬垫114的连接处的密封件。当填充有水时，收集区域122允许监测和检测密封件的泄漏。例如，如果气体从密封件中逸出，则其将在水收集区域122中形成气泡，这些气泡将被明显地或可听地检测到。

在某些方面，贮留池罩104消除了处理和存储贮留池上的降雨所需的额外容量。开放式贮留池上的降雨具有稀释内容物的效果，从而额外的容量必须被容纳在较大尺寸的贮留池中。

根据实施例，系统100可以包括一个或多个附加子系统。这可以包括例如热管理124、能量存储和回收126、气体处理128和浆体混合130。气体处理128可以包括例如将气体从生物质存储区域102提取到罩104下方的气体缓冲区116。例如，这在图2A和2B中进一步示出，其中酸性气体通过管道(例如231)从浆体存储区域102中提取、进行处理、并且作为精制生物气体(例如232)移至缓冲区116。例如，该管道(或其他提取装置)可以位于贮留池衬垫114和浆体罩106之间。在一些实施例中，气体处理可以进一步包括对所提取的气体进行清洁或压缩。例如，这可以包括以下中的一种或多种：通过过滤去除硫化氢(例如，作为厌氧消化过程的一部分而产生的少量硫化氢)、冷却或加热气体，以及提取液体或固体形式的CO₂。根据实施例，热管理124、能量存储和回收126以及气体处理128可以是同一单元或子系统的一部分，也可以单独提供。关于热管理124，在一些实施例中，膜(例如，罩104或浆体衬垫106)上填充水的配重管可以作为水循环系统连接，并且用于将太阳能加热的水向下引导到浆体区域(例如，浆体膜豆砾石热存储部)中，以增加厌氧消化过程的温度(并因此增加速度)，或者填充加热的水以防止冰和雪在膜(例如，罩104)的褶皱中堆积。

关于浆体混合设备130，实施例可以包括进/出管道132a；一个或多个混合管道132b和132c；以及一个或多个倾斜混合元件134。根据实施例，混合元件134相对于贮留池的基部倾斜，并且可以具有与浆体区域102中贮留池的侧面的角度相匹配的角度。在某些方面，混合设备130可以执行热管理系统，或以其他方式成为热管理系统的一部分。在一些实施例中，混合设备130包含一个或多个传感器，用于监测浆体的温度或PH值。例如，浆体可以流过一个或多个这样的传感器，例如，安装在设备130外壳或混合管道内的传感器。此类信息可以用于控制整个系统100。

现在参照图1B，根据一些实施例提供了厌氧消化系统100的另选图示，该系统包括在原始地面水平以上和以下延伸的对资源无影响的堤坝贮留池166。例如，贮留池被挖入自然土壤中，其内部内容物被堆积为使得侧面是锥形的。这种布置的优点是不需要从现场移除土。在这方面，生物质容器(例如，容器101)可以部分或完全由包括自然土壤的泥土形成。在某些方面，可以对倾斜滑道进行热绝缘，以提高浆体贮留池的性能，而且进一步地，贮留池本身可以用不透水膜加衬。这种热绝缘可以由包覆物(例如，在安装柱或贮留池侧壁上)、贮留池衬垫或这两者提供。除了潜在的热管理之外，附加层(例如，与贮留池衬垫相邻)可以进一步保护贮留池衬垫免受土壤中的材料的影响。在一些实施例中，坑内的浆体162被浆体分离衬垫106覆盖，使其与坑顶上的气体区域116分开。在这个示例中，气体膜或罩104和浆体分离衬垫形成气体缓冲区116。此外，气体膜和浆体分离衬垫可以设置有水或砾石填充管，其作为配重(例如，108、110)。在贮留池的两侧还示出了一个或多个气体和/或热处理元件。在一些实施例中，机房(例如，设备130)容纳一个或多个系统，用于例如使用进/出管道132a和一个或多个搅拌元件134搅拌分离衬垫下面的贮留池中的浆体。在一些实施例中，搅拌元件134包括加压喷嘴。

现在参照图2A，根据一些实施例，示出了厌氧消化系统(诸如如系统100)的水和气体管理子系统200的多个方面。例如，示出了系统100的某些水管理方面，以及元件和/或气体处理的一个或多个连接。如图2A所示，水(例如，雨水或雪)可以收集在水收集区域(例如，图1A的区域122)中。在某些方面，收集区域122中的水覆盖用于组装贮留池的一个或多个气体密封件。这可以包括例如罩104、浆体覆盖膜106和贮留池衬垫114的密封件。在一些实施例中，所有气体密封件都被收集区域122覆盖。在这方面，可以利用水本身作为监测装置。例如，如果在气体密封件中存在任何泄漏，则气泡可能是可见的或可听到的。例如，可以使用安装在水收集区域中的一个或多个麦克风来检测气泡。

如图2A所示，在一些实施例中使用安装柱120。例如，柱120可以沉入与贮留池相邻的堆积土中，以便为贮留池上面的部件提供支撑，该柱包括一个或多个安装表面。柱120可以例如由镀锌钢形成。在一些实施例中，柱120可以包括包覆层206，例如用于热管理。关于安装，可以为每个支撑柱120开凿孔。在这个示例中，孔被清理出，并且基部被捣固。然后，每个孔都具有基准销，该基准销以设定水平驱动到坑的基部的中心中。浇筑混凝土并且将混凝土压平为与销的顶部“持平”，这就形成了混凝土坑基部，当环形梁被竖起并且排好以确保对准时，柱就立在该混凝土坑基部上。当环形梁被正确定位时，在每个柱的基部周围浇筑少量的混凝土以将其固定就位(例如，如图2B所示)。当浇筑混凝土周边路径时，柱坑的其余部分被填充，然后混凝土将柱包裹并且束缚在沟槽环形梁的底唇中。

如图2A中进一步所示，根据一些实施例，系统100的水管理方面还可以包括次级水系统212。在收集区域122中收集的水可以被分流到次级系统，该次级系统可以包括储水箱、清洗站、牲畜给水系统、灌溉系统等。来自覆盖式贮留池雨水操纵系统的分流水应该是干净的，并且因此可以被存储并用于无数用途，诸如厅堂冲洗、牲畜饮水、灌溉等。可以使用一个或多个管道、软管和泵将水提供给次级系统/存储部212。附加地，可以利用重力将水从贮留池区移到次级系统212。根据一些实施例，用于罩104的材料可安全用于饮用水。

根据实施例，膜夹条210可以用于将衬垫114(或任何其他膜)的边缘部分连接到支架118的上边缘。附加地，外膜夹202和内膜夹204可以用于将气体罩104、分离衬垫106和贮留池衬垫104中的一个或多个固定到安装柱120。夹可以具有例如“L”形状。在一些实施例中，夹的形状(单独或合在一起)与水收集区域的形状相匹配。在一些实施例中，可以利用一个或多个垫圈208(例如，PVC闭孔泡沫垫圈)来改善密封。图2A的布置200可以有利地：(1)利用水覆盖所有气体密封件；(2)防止生物气体与一个或多个易损部件(诸如厌氧消化系统100的钢部件)接触。例如，暴露在生物气体中可能会腐蚀钢部件。根据实施例，安装柱120可以包括一个或多个螺母(例如，捕获式m10铆钉螺母)作为沟槽环形梁的安装点。

根据实施例，酸性气体可以被提取231(例如，从浆体区域)，由系统128处理，并且作为精制气体232返回到气体存储区域。

现在参照图2B，根据一些实施例提供了厌氧消化系统100的多个方面的另选图示250，包括元件的连接、水管理和气体处理中的一个以上的方面。根据一些实施例，顶部罩的密封使所有金属部件远离生物气体。例如，将顶部罩密封在贮留池周围的人造沟渠内可以使来自浆体坑的腐蚀性气体远离金属部件，从而潜在延长贮留池的寿命并减少必要的维护。虽然酸性气体被示出为从分离衬垫106下面的区域提取，但是在一些实施例中，其可以从其他区域提取，诸如从一个或多个膜138下面的区域提取。提取管道(或其他装置，包括一个或多个阀)的位置可以布置为适于从任何气体区域提取。在一些实施例中，气体可以被提取、过滤或以其他方式清洁，并且返回到消化器的另一个气体区域。在一些实施例中，气体(例如，精制气体)可以被提取并且被馈送到处理系统以进行液化、存储等。

现在参照图3，根据一些实施例示出了热管理系统的各个方面，诸如厌氧消化系统100的系统124。在一些实施例中，该系统可以用于通过循环加热的水或与贮留池热交换的水来融化贮留池罩的表面的雪/冰。在一些实施例中，例如在热天或晴天，水可以在罩上循环，并且随后用于加热贮留池，从而提高生物气体产量。

在实施例中，系统124可以作为加热系统(例如，闭环加热系统)，其中来自气体罩104(例如，通过配重管，诸如配重108)的太阳能加热水可以循环到浆体或循环通过浆体、例如浆体膜106(例如，通过配重管，例如配重110)以加热贮留池的生物质存储部102。类似地，来自系统过程(例如，贮留池中的厌氧消化)的热水可以循环到气体罩/或循环通过气体罩(例如，通过配重管)，以防止雪或冰的堆积，这可能会损坏系统100。在这方面，系统124可以包括一个或多个冰/雪去除回路302和浆体加热回路304。这些回路可以在系统124的壳体的内部或外部，例如集成到一个或多个管/管道中或不被集成到一个或多个管/管道中，并且可以彼此一起定位或分开定位。根据实施例，一个或多个回路包括管环路以及泵和加热元件。例如，加热元件可以直接或间接地通过热交换器由来自另一过程的废电或废热提供。在这个示例中，热水可以通过管或管道/管306a循环到罩104或从罩104中循环出(例如，使用泵)，而管或管道306b用于冷水。类似地，热水可以通过管或管道308a循环到浆体膜106或从浆体膜106中循环出，而管或管道308b用于冷水。虽然示出了不同的管道/管，但是在一些实施例中，可以使用单个管道/管。附加地，在使用不同管道/管的情况下，这种管线可以基于方向而不是温度来专用。对于306和308，水可以通过如本公开中其他地方描述的配重管移动。也就是说，配重管可以用于多种目的，包括稳定罩(例如，104或106)，同时也为系统100的热管理而移动水。在一些实施例中，雨水管理310可以用于从罩104移动水。例如，这可以通过配重、收集或径流来流动，或者可以利用泵。在一些实施例中，多余的雨水从气体罩104的顶部被泵送到收集区域122，反之亦然。

现在参照图4A和4B，示出了根据一些实施例的气体缓冲存储和/或能量回收系统的多个方面。这样的存储和能量回收可以与本文描述的一个或多个实施例(包括厌氧消化系统100)相结合。作为示例，能量存储和回收系统400可以用于处理和存储来自系统100的生物气体，使用所存储的生物气体来发电，然后将使用过的生物气体传回到系统100。该过程可以重复进行，例如，基于来自其他来源的能量(诸如光伏和风能装置)的可用性。这可能是对使用电池的具有成本效益的替代，因为电池相对于其他部件来说可能很昂贵。在一些情况下，所公开的系统可以消除使用电池进行大量能量存储的需要。然而，本文公开的能量存储和回收系统可以与一个或多个电池一起使用。虽然结合厌氧消化器进行了描述，但是根据实施例，系统400和相关方法可以使用不属于消化器100的一部分的缓冲区来实现。

如图4A所示，气体缓冲存储元件404可以用作能量存储和回收系统400的一部分。根据实施例，这种气体缓冲区可以是厌氧消化系统100的一部分。例如，其可以是具有生物质存储部402的消化器401的一部分(例如，具有浆体的覆盖式贮留池)。在具有一个或多个光伏和风能的混合发电系统中，当来自这些来源的能量不可用时，能量存储部可以是系统的重要缓冲区。根据一些实施例，这种混合系统的替代物或辅助物是存储材料(例如，甲烷)作为气瓶中的低温液体或者加压的气体。作为示例，当存在充足的电力供应时，缓冲存储部中的甲烷406(例如，已经被捕获的甲烷，否则是逃逸的甲烷)可以被压缩到高压力瓶中。作为另一个示例，当存在充足的电力供应时，甲烷可以被液化，并且被类似地存储。也就是说，充足的电力供应可以用于为存储系统提供动力(例如，为一个或多个压缩机或其他液化台(liquefaction stage)提供动力)，以将气体存储在高压力瓶中或低温存储液体。合适材料的示例是甲烷；然而，也可以使用其他材料，诸如氢气或CO₂。当电力供应不足或能量需求较高时，所存储的材料(如气态或液态甲烷)可以通过气体动力发生器(power generator)422(诸如涡轮机)释放出以发电(通过直接或间接地使用附加台(additional stage)以从气体动力发生器产生电力)。在处理以发电之后，废气418可以释放回到缓冲存储部(例如，系统100的存储部116)，在缓冲存储部处准备重新循环或进一步处理。这种方法的益处在于其是一种具有成本效益的存储能量的手段，并且在能量充足的情况下收获电能。作为生物气体精制过程的一部分，压缩机和瓶存储部可能已经可用，因此，需要的唯一附加部件是涡轮机或其他气体驱动的发生器。

根据实施例，系统400可以包括覆盖式浆体贮留池401，该贮留池包括存储在其中的浆体402和气体缓冲区域404，例如，如关于图1A和1B以及系统100所描述的。根据一些实施例，该示例中的气体缓冲区域可以是单独的气袋或存储单元。气体可以被传递到瓶存储部420(例如，压缩气体或低温液体存储部)。在存储之前，气体可以被处理。这可以包括例如将气体穿过干燥器408和/或压缩机412(例如，在交流电410上运行)。可以使用其他处理，诸如过滤、冷却等。根据需要，例如按需地，可以通过将能量传递到回收台(recovery stage)，而从所存储的气体/液体中回收能量。根据实施例，回收台包括气体压力驱动的发电机(electrical generator)。在一些实施例中，气体在发电之前被加热416(例如，通过电加热元件)。例如，该加热可以用于增加气体的体积，由此增加涡轮机的功率。所产生的电力可以被调节424，并且作为AC电力426输出(例如，输出到主电总线)。发生器使用的气体可以作为废气418传回到存储元件。这可以包括缓冲存储部，或传回到瓶存储部的瓶。在某些情况下，缓冲存储部可以是厌氧消化器的一部分，诸如系统100。这可以包括例如区域116或专门用于能量回收的单独气袋。

系统400可进一步包括一个或多个用于清洁或液化气体(例如，甲烷)以进行低温存储的元件。这可以包括例如使用冷库438或其他冷却器436。液化器元件428可以使用一个或多个冷却/制冷部件(诸如焦耳-汤普森单元)、其他低温冷却器(例如斯特林冷却器)、牺牲性液体(如液态氮)或布雷顿循环装置，将气体从气体缓冲区或瓶存储部转换为液体形式(例如，将甲烷气体转换为液态甲烷)。此外，一个或多个冷却台(cooling stage)可以是级联的。可以使用附加冷却元件(例如，斯特林冷却器430)来降低液体存储容器434的整体温度。在图4A的示例中，液体和/或气体的流动可以由一个或多个阀控制。可以使用杜瓦罐(Dewar)升压元件432，从而可以将液态甲烷从杜瓦罐中驱出以使用或存储。液化元件可以用于处理来自缓冲存储部、发生器的排气和/或瓶存储部的气体，以产生液体，诸如液态甲烷。这样的液体可以类似地被传回到瓶存储部(例如，420)。根据实施例，存储、清洁和/或液化台可以是如关于图9、9A、9B和/或9C所述的存储、液化和/或清洁台(cleaning stage)。

根据实施例，系统400可以进一步包括一个或多个处理和控制部件，诸如设备500。这样的处理和控制部件可以用于监测来自其他来源(例如光伏或风)的能量的可用性，接收用于按需处理的通信，打开或关闭系统400的一个或多个连接阀(例如，以将气体从存储部中排出)，监测存储部水平，以及激活元件(例如，发生器或压缩机)。在实施例中，过程450的一个或多个步骤可以响应于或基于这种监测和/或通信。例如，该系统可以被配置为在可从其他来源获得能量时存储能量(例如，存储在瓶中)，并且在不能从其他来源获得能量时产生能量(例如，利用发生器)。这样的动作可以通过激活系统400的一个或多个部件来进行，例如，响应于设备500的指示。

现在参照图4B，提供了根据一些实施例的用于气体存储和能量回收的过程450。该过程可以例如由系统100和/或400执行。

在一些实施例中，该过程可以任选地从步骤452开始，其中在厌氧消化器(例如，系统100)中产生气体，然后将气体存储在一个或多个存储容器中。这种存储容器可以包括例如高压气体存储部和/或低温液体存储部。存储步骤可以包括生物气体的清洁、压缩和/或液化。虽然以厌氧消化为例，但是能量回收过程450可以用于存储来自其他来源的气态或液态材料。也就是说，在所有实施例中，系统400和过程450并不限于生物气体。根据实施例，步骤452的一个或多个方面可以基于和/或响应于来自其他来源(例如，光伏、风、主电总线)的能源的可用性或价格。

步骤454包括从一个以上的气态或液态材料(例如，压缩气体或低温液体(诸如甲烷))的存储容器中排出气体。在一些实施例中，该气体是生物气体。

步骤456包括利用排出气体发电。这可以包括例如使排出气体穿过涡轮机。根据实施例，排气(454)和发电(456)中的一个或多个可以基于来自另一来源的能量的可用性，诸如电池、光伏和/或风力驱动装置。在某些方面，当其他来源不可用或效率低时，气体排出可以用于发电。反之，当来自这种其他来源的动力容易获得时，可以存储气体(例如，步骤452或460)。在这方面，可以根据需要优化动力产生、存储和回收。

步骤458包括将剩余的排出气体传递到气体缓冲区。这可以包括例如将气体传回到与厌氧消化系统100相关联的缓冲存储部，或耦合到存储部(例如，如图4A所示的瓶存储部)。例如，气体可以存储在气体罩/膜104和浆体罩膜106之间。也可以使用附加的膜或存储区，其可以保持放气，直到需要时存储过程400的所使用的废气。

在步骤460(其在一些实施例中可以是任选的)中，将来自气体缓冲区的气体存储在一个或多个存储容器中。根据实施例，可以根据需要重复该过程450。也就是说，气体可以被压缩和存储，用于发电，然后根据需要重新压缩和重新存储。

根据实施例，用于在室温下或在室温附近获取低温液体并且将其转化为气体的系统或方法允许在三个层面上进行能量回收。首先，气体的膨胀(从液体转化为气相)通过气动发生器被馈送以产生动力。其次，废热可用于增强该过程并增加体积膨胀率。第三，甲烷气体可用于内燃(IC)发动机以产生附加动力。在一些实施例中，可以省略第三方面，并且将气体返回到存储部，气体在存储部处可以保持到需要并用于IC发动机或用于其他目的时为止。根据实施例，这可以通过系统400实现，该系统可以包括IC发动机。

现在参照图5A和5B，示出了根据一些实施例的一个或多个气体水平监测系统。在某些方面，贮留池或厌氧消化系统(诸如系统100)的状况可以被远程监测。对贮留池的填充状态(例如，就浆体量和/或生物气体的量而言)的远程监测和感测可以被用作厌氧消化过程的自动控制的一部分。监测的示例可以包括使用例如以下的一个或多个。

水头(water head)——气体罩(例如罩104或浆体膜106)上的一个或多个水填充配重管的端部(例如底部)可以安装有压力传感器以测量水头压力。随着气体存储部的填充，气体膜的中心被抬起，并且水头增加。类似地，随着浆体水平的降低，浆体膜下降，并且水头降低。可以对系统进行校准，以计算可利用或消化的存储物或浆体中的气体积累的量，例如，使用图5A的设备500。

视线装置——相机可以被安装和校准以监测气体或浆体膜的顶部水平。这种监测可以在不同的水平和位置处使用多个相机。同样，结果可以由设备500处理，例如，使用计算机视觉技术通过颜色色调过滤和/或形状检测，以将图像像素关键点映射到几何特征点。在某些方面，显眼颜色的突出形状可以粘附到罩上或放在后面的彩色物体上，以使高度和角度的关键点由于它们在捕获的图像中的存在、不可见或透视而被确定。也就是说，罩或其他膜可以包括突出的几何形状或图案或形状，包括至少一个与罩或膜不同颜色的形状。

传感器阵列——传感器的华彩串阵列(例如，陀螺仪加速度计或角度传感器可以用于膜(例如，气体罩104或浆体膜106)的表面上。例如，这样的阵列可以从沟槽(例如，水封闭区域)延伸到气体膜的中心。膨胀轮廓的横截面可以通过对存在角度测量的已知点之间的膨胀角进行插值从罩形状的建模中确定。随着膜的移动(例如，上升或下降)，串或传感器也会类似地移动。该移动可以被校准，使得其与特定的水平相关联，并且由设备500处理。

图5A示出了根据一些实施例的设备500(诸如与厌氧消化器系统100或相关物流协调(诸如协调中心)相关联)的框图。如图5A所示，该设备可以包括：处理电路(PC)502，该处理电路可以包括一个或多个处理器(P)555(例如，通用微处理器和/或一个或多个其他处理器，诸如特定应用的集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等)；网络接口548，该网络接口包括发射器(Tx)545和接收器(Rx)547，用于使该设备向连接到网络接口548所连接的网络510(例如因特网协议(IP)网络)的其他节点传输数据并从该节点接收数据；以及本地存储单元(又称“数据存储系统”)508，该本地存储单元可以包括一个或多个非易失性存储装置和/或一个或多个易失性存储装置。在PC 502包括可编程处理器的实施例中，可以提供计算机程序产品(CPP)541。CPP 541包括计算机可读介质(CRM)542，计算机可读介质(CRM)542存储包括计算机可读指令(CRI)544的计算机程序(CP)543。CRM 542可以是非暂时性计算机可读介质，诸如磁介质(例如，硬盘)、光学介质、存储装置(例如，随机存取存储器、闪存)等。在一些实施例中，计算机程序543的CRI 544被配置为使得当由PC 502执行时，CRI使得该设备执行本文所述的步骤(例如，本文参照流程图描述的步骤)。在其他实施例中，该设备可以被配置为执行本文所述的步骤而不需要代码。也就是说，例如，PC 502可以仅仅由一个或多个ASIC组成。因此，本文所述的实施例的特征可以在硬件和/或软件中实现。虽然结合水平传感进行了讨论，但是设备500可以结合本文公开的其他实施例使用，包括用于管理能量存储和回收、控制热过程、远程操作系统100的一个或多个部件，或用于系统状态的网络通信。

现在参照图5B，根据一些实施例，提供了具有一个或多个监测装置的厌氧消化系统(例如，水平或压力感测)。在该示例中，监测装置包括一个或多个视线相机560、传感器串566和一个或多个压力传感器配重562、564。压力传感器可以被安装例如作为用于气体膜的配重管的一部分(例如，如关于系统100所述的气体罩或浆体罩)。

现在参照图6A和6B，根据一些实施例，示出了为覆盖式贮留池设计的褶皱罩600，诸如可用于系统100。在该示例中，以平面图示出了气体膜。在一些实施例中，气体膜(或浆体膜)的褶皱角部设计可以使罩完全在车间内制作，而不需要任何现场接缝。在某些方面，填充水的配重管(或其他细长配重元件)可以在膜上产生张力，以防止罩在风中摆动。这可以防止损坏，并且也可以减少罩的疲劳失效。

现在参照图6A，根据一些实施例，示出了用于贮留池罩的布置600。这可以例如在系统100中使用。在该示例中，可以使用一个或多个配重602和606。根据实施例，配重602是配重管/管路。例如，其可以用水或其他材料(诸如砾石)填充(或可填充)。配重606可以是例如中心配重袋。在某些方面，配重602可以产生一个或多个褶皱角部604。图6B示出了沿着线A-A的褶皱角部的截面图。在该示例中，示出了管612(例如，水填充配重管)，其中形成了一对折叠部610(例如，气体膜折叠褶皱)。根据实施例，折叠褶皱与环形梁的角部成45度角延伸。作为示例，在方形贮留池上，当被折叠时，它们可能会相交(或几乎相交)。在该实施例中，中心配重袋也可以具有正方形形状，其侧面与贮留池的侧面对准。作为另一示例，对于矩形贮留池，中心配重在一个维度上较长，长出的距离相当于形成贮留池的侧面的环形梁的宽度和长度之差，其中配重袋的长边将与贮留池的长边对准。类似地，中心配重606可以是配重管。根据实施例，厌氧消化系统的气体膜(例如，系统100的罩104或浆体膜106)可以由聚合物材料制成，诸如织物增强聚合物片材，包括由聚合物材料覆盖的织物。示例包括由Seaman公司提供的

膜材料，该材料被分类为乙烯共聚物合金(EIA)，或由Sattler ProTex GMBH提供的POLYPLAN生物气体膜。在一些实施例中，罩是透明的，并且被配置为为厌氧消化器提供太阳能加热

现在参照图7，根据一些实施例，提供了贮留池设计700(例如，贮留池挖掘计划)。在该示例中，设备712包括通往I/O(710)的管道和管道702、704、706和708，它们与混合元件连接。根据实施例，设计700可用于系统100中。例如，混合元件可以对应于图1A中所示的元件134，并且管道702、704、706和708可以对应于元件132a-c。

现在参照图8，根据一些实施例，提供了用于组装厌氧消化系统的过程800。例如，这可用于图1A和1B的系统100。在步骤802中，该过程可以从在厌氧消化器(例如，贮留池)上方放置罩开始。在步骤804中，将一个或多个配重放在罩上，以形成一个或多个褶皱特征(例如，角部)。在步骤806(其在一些实施例中是可选的)中，填充配重(例如，用水或砾石填充)。在步骤808(其在一些实施例中是可选的)中，实施一个或多个附加系统。这可以包括例如组装、附接和/或操作使用至少一个配重的热管理系统、气体水平感测系统和/或水回收系统。还可以在步骤808结合能量存储和回收系统。根据生物质存储容器的类型，过程800还可以包括挖掘和制备(例如，施加一个或多个衬垫或包覆物)该容器。根据实施例，过程800可以进一步包括关于图2A和3B描述的一个或多个步骤。

图9示出了用于一个或多个实施例的示例性生物气体分离和甲烷液化器900。图9A示出了根据一些实施例的示例性CO₂去除单元(例如，冷箱)906。图9B示出了根据一些实施例的示范性液化单元(例如，焦耳-汤普森单元)912。图9C示出了根据一些实施例的示例性CO₂去除和液化单元。现在参照图9、9A、9B和9C来描述生物气体分离和甲烷液化器900。

生物气体混合物(例如富含甲烷的生物气体，诸如来自厌氧消化器100的一个或多个富含甲烷的空间的生物气体)任选地首先由压缩机(未示出)压缩到处理压力(例如在100bar和300bar之间)，由一个或多个过滤器(未示出)过滤，然后馈送到气体入口902。一般来说，处理压力越低，液化所需的能量就越少，而处理压力越高，就越容易分离二氧化碳和甲烷(例如，因为允许二氧化碳成为液体同时甲烷保持为气体的相图中存在更多分离)。在实施例中，处理压力可以低至30bar，并且可以高于300bar。另外，一般来说，随着压力的增加，部件的尺寸可以变小，例如，由于气体的体积在较高的压力下会减少。如前所述，在示例性实施例中，处理压力约为100bar至300bar。在一些实施例中，进入入口902的生物气体将是近似85％的甲烷和近似15％的二氧化碳，从大约100bar到300bar，以及大约20℃(或生物气体在离开厌氧消化器100后的任何温度)。在实施例中，可以对生物气体进行预处理，从而不需要压缩和/或过滤中的一种或多种。

从气体入口902开始，生物气体混合物穿过管线921到达热交换器904，然后穿过管线923到达CO₂去除单元(例如，冷箱)906。在一些实施例中，热交换器904在生物气体流过管线923进入冷箱906之前，可以被CO₂冷却(例如在-60℃左右)。在液态CO₂通过管线925退出系统而到达CO₂出口910之前，冷却热交换器904的CO₂(例如，液态形式)可以由去除单元906通过管线933(在这种情况下，其将处于近似冷箱的温度)供应。在一些情况下，这种CO₂也可以作为冷源提供给液化单元912。

在去除单元906内部，可以具有第二热交换器914(例如，参见图9A)，该热交换器可以由驱动冷却的制冷剂的回路的高功率级联制冷机908(或其他冷却方法，例如低温冷却器或液体低温剂)冷却。级联制冷机的冷却可以将冷箱906冷却到适于使二氧化碳液化(或作为固体掉出)同时保持甲烷为气体的温度。精确的温度将取决于处理压力。例如，在大约100bar-300bar的压力和大约-40℃至-60℃的温度下，甲烷是气体，而CO₂冷凝以形成液体。在实施例中，冷箱906被冷却到的温度可以是近似从大约-40℃到-60℃，并且在实施中可以是近似-60C°。制冷机908通过管线927和929耦合到冷箱906，管线927和929分别将制冷剂带入和带出冷箱906。

根据实施例，甲烷被冷却，但是在其经过热交换器914时仍为气体，而CO₂冷凝为液体(或者在一些实施例中为固体)并且坠落到冷箱906的底部906a。然后，提取的CO₂可以通过管线933离开冷箱906。在一些实施例中，固体CO₂可以以固体形式保留，直到一批生物甲烷已被精制或箱已满，此时系统可以被关闭，设备被加热，并且CO₂可以以气态或液态形式被去除。如上所述，在一些实施例中，其可以首先穿过热交换器904，以利用液态CO₂被冷箱冷却的事实(例如，冷却到近似-60℃)。这样做可以节省大量的能源需求，因为在这种情况下，级联制冷机908将不需要对进入冷箱的气体进行过多的冷却。当CO₂通过管线925离开热交换器904并到达出口910时，其可以具有近似大约20℃的温度(或者近似是进入热交换器904的生物气体的任何温度)，并处于大约100巴-300巴的状态。冷箱906是绝缘的(冷箱906周围的虚线所示的绝缘)，以保存冷量并减少冷却功率要求。

当前冷的但仍然加压的甲烷通过管线931到达液化单元(例如，焦耳-汤普森单元)912。液化单元也可以作为存储单元。然而，系统900可包括附加的甲烷存储单元(未示出)，其可根据需要进行去除。当穿过管线931时，气体是近似99％的纯甲烷，具有大约1％的二氧化碳，仍然在大约100bar-300bar，并且由于冷箱906而被冷却(例如，冷却到近似-60℃)。在图9B的示例中，焦耳-汤普森单元912是甲烷气体的液化过程阶段发生的地方。该单元912是绝缘的(用虚线表示)，这可以帮助保存冷量并减少冷却功率要求。加压的甲烷穿过单元912内的热交换器916(参见图9B)。热交换器916可以由流出的低压甲烷(其穿过管线935)冷却，从而使加压甲烷在穿过孔口918(诸如焦耳-汤普森孔口)之前进一步冷却，其中甲烷最终冷却到足够低的温度以液化。通过管线931进入的甲烷的压力约为冷箱906中的甲烷的压力，例如，在一些实施例中近似为100bar至300bar。当气体穿过孔口918时，压力降低到低压力，例如，大约1bar。甲烷被热交换器916冷却到甲烷将液化的温度。这将取决于气体穿过孔口918之后的压力，但是在一些实施例中，温度可以近似为-161℃以下。如果温度太低，则甲烷可能会凝固，这将堵塞输出管路。因此，温度优选冷至足以使甲烷变成液体，但不要太冷，以免甲烷凝固。液化的甲烷落到单元912的底部912a，在一些实施例中，其在底部912a的温度近似为-161℃。由于甲烷在其进入912单元时已经很冷并且处于高压下，因此液化部分将很高，通常为70％-80％，从而导致非常有效的过程。也就是说，大部分甲烷将液化并以液态甲烷的形式通过管线937离开，例如，在回收时或移动到车载存储部时。然而，一些甲烷将保持气态形式，并且通过管线935作为气体在约1bar的低压力下离开。在这一点上，液态和气态甲烷都可能是非常纯的，在实施例中超过99％的纯甲烷。

刚刚描述的焦耳-汤普森单元912是用于液化甲烷气体的示例性机构。在一些实施例中，可以使用低温冷却器、布雷顿循环装置或其他用于液化甲烷的装置。此外，虽然上面的描述指出冷箱被配置为液化CO₂气体而不是甲烷气体，但是在实施例中，冷箱可以被配置为液化和/或固化CO₂气体而不是甲烷气体。

对于CO₂占总体积的一小部分(例如近似1至10％)的高水平甲烷精制，CO₂可以方便地作为固体被去除，而不需要对于移动式生物气体处理设备的一部分使用而言笨重或过于庞大的设备(诸如冷箱或热交换器)。然后，甲烷可以同时作为液体在低压下被去除。通过适当地确定热交换器的大小，这可以在普通的液化和低压CO₂去除单元(例如，冷箱外壳)中发生，诸如图9C中所示。在某些在现场驱动压缩机的动力供应有限的情况下，这可以提供更节能的方案，并且可以通过使用低成本的牺牲性冷源(诸如惰性液体低温剂，例如液氮)进一步加强。在适当时，这可以方便地作为液体并且以足够数量带到现场，以来进行有关时期所需的气体处理。在一些实施例中，气体入口902适合于接收富含CO₂的生物气体。在实施例中，富含甲烷的入口和富含CO₂的入口包括单个入口902。

除了冷源是牺牲性低温液体外，在方便时，其也可以是用于在现场液化空气的机械冷却器，或者替代地是闭合循环制冷回路。无论使用哪种冷源，其都应在实施例中为以下两种相变提供足够的冷却：CO₂气体变成固体，以及甲烷气体变成液体。在制冷剂是牺牲性低温液体(诸如其沸点低于甲烷的凝固点的液氮或液氩)的情况下，必须注意确保甲烷液化过程温度在过程操作压力下保持在甲烷的凝固点以上，否则将形成固体甲烷，从而导致热交换器路径堵塞。在大气压力下，甲烷在高于液氮和液氩的沸点的近似-182℃下冻结。通过压力释放阀将牺牲性低温液体保持在高于大气压力的状态下，可以方便地实现安全的液化操作温度。这也具有一个益处，即：提供故障安全系统，从而确保其沸点保持在甲烷的凝固点以上，而不需要主动控制。以液氮为例，5bar的压力将保持近似172℃的沸点，从而确保甲烷气流永不结冰。

根据实施例，固体CO₂可以用于改善液化台912中的液化过程。例如，可以引入制冷剂液体以使固体形式的CO₂在液化台912中积聚，这继而可以为甲烷的液化提供冷源。因此，液化台(liquefaction stage)912可以包括制冷剂液体输入和输出，如图9C所示。在一些实施例中，液体制冷剂可以提供在液化台912的外部区域，该区域与液化室分开，如图9C的虚线框所示。在实施例中，虚线框可以相反地代表绝缘层。在一些实施例中，如图9C所示，牺牲性制冷剂液体(例如，液氮或液态空气)可以通过柔性管或管道引入。类似地，其也可以通过出口管或管道提取(例如，以气体形式)。在一些实施例中，如图9C所示，制冷剂管或管道可以位于生物气体(例如富含甲烷的生物气体)的输入管或管道内。也就是说，液化台可以使用管套管(tube-in-tube)的形式(或管道套管道的形式，或管道套管的形式)布置，其中冷的液体在生物气体流路内流动(或相反)。这种布置可能有利地导致固体CO₂在生物气体流路中的积聚，这对生物气体的净化和冷却都有益处。也就是说，生物气体可以流过从生物气体中提取的或从牺牲源中产生的固体或液体形式的CO₂。

下面将进一步描述一个或多个实施例。

在第一示例中，提供了厌氧消化器(或厌氧消化系统)，其包括：生物质存储容器(例如，具有一个或多个锥形侧壁的浆体贮留池)；以及位于生物质存储容器上方的罩(例如，气体膜)，其中，罩在厌氧消化器的外边缘处密封以形成水(例如，雨水)收集区域。该消化器可以进一步包括倾斜支架(例如，沟槽环形梁)，其中该支架被配置为将水限制在水收集区域中。该消化器可以进一步包括安装柱(例如，包括柱、绝缘层和包覆层)。在某些方面，生物质存储容器包括贮留池衬垫膜。该示例的消化器可以进一步包括位于生物质存储容器和罩之间的一个或多个膜(例如，浆体罩膜)。至少一个膜在甲烷和CO₂之间可选择性渗透，或者至少一个膜对生物气体及其组成材料不可渗透。在该示例中，罩、支架、浆体罩膜和贮留池衬垫膜都可以附接到安装柱上。附加地，罩、支架、浆体罩膜和贮留池衬垫膜中的至少一个利用一个或多个夹(例如，外膜夹和内膜夹)附接到安装柱上。该组件可以进一步包括位于安装柱的顶表面上和位于罩、支架、浆体罩膜和贮留池衬垫膜中的一个或多个下面的垫圈(例如，PVC闭孔泡沫垫圈)。在某些方面，罩被配置成用于保护生物质存储容器及其内容物免受风雨影响。在该示例的某些方面，罩是透明的，并且被配置为向厌氧消化器提供太阳能加热。该罩可以由织物增强的聚合物材料制成(例如，包括多个片材)。还可以包括气体过滤系统，其中气体过滤系统被配置为处理从生物质存储容器中提取的酸性气体，并且向一个或多个膜(例如，浆体罩膜)和罩之间的区域提供精制生物气体。在某些方面，酸性气体的处理包括去除硫化氢和CO₂中的一种或多种。可以包括其他系统和特征，诸如：热管理系统(例如，如关于示例2所述的)；气体或浆体状态监测系统(例如，如关于示例3所述的)；能量回收系统(例如，如关于示例4所述的)；和/或一个或多个罩配重(例如，如关于示例5所述的)。在一些实施例中，该罩具有矩形或正方形形状，并且包括一个或多个褶皱角部。可以用于示例1的另一系统是水回收和再利用系统，其中水回收和再利用系统被配置为将水从水收集区域引向第二系统(例如，储水箱、清洗站、牲畜饮水系统、灌溉系统)。水回收和再利用系统可以包括介于在收集区域和第二系统之间的水清洗台(water cleaning stage)。在一些情况下，消化器还可以包括用于在生物质存储容器内循环浆体的混合器，例如，使用输入/输出管道和一个或多个倾斜混合出口(例如，倾斜成与一个或多个生物质存储容器侧壁的角度匹配)。消化器还可以具有泵，其中该泵被配置为将水从罩移到水收集区域(或反之)。在一些实施例中，罩、支架、浆体罩膜和贮留池衬垫膜被布置成使得在厌氧消化器中产生的生物气体不与金属部件接触(例如，以防止腐蚀)。附加地，水收集区域可以覆盖安装柱处的所有气体密封件，使得通过监测水收集区域就可以识别气体泄漏。

根据实施例，提供了一种用于操作根据示例1的消化器的方法。该方法可以包括以下一个或多个步骤：(i)向容器提供浆体或其他生物材料，诸如将浆体泵送至覆盖式贮留池；(ii)操作或以其他方式控制消化器内的厌氧消化过程(例如温度控制、混合、排出)；(iii)从消化器中提取和/或处理气体；(iii)监测水收集区域的气体泄漏；(iv)例如，基于来自一个或多个水平或温度传感器的反馈(例如，如示例3中所述)，操作相关联的热管理系统(例如，使温水在罩和浆体区域之间流动以向消化过程提供热量或融化罩上的冰/雪)；(v)操作水管理系统；以及(vi)进行能量存储或回收。

在第二示例中，提供了一种用于厌氧消化器的热管理系统。该系统包括：循环装置(例如，包括一个或多个泵)；以及连接到循环装置的多个管(或管道)，其中多个管包括：(1)在厌氧消化器罩的表面上的一个或多个管；和/或(2)在厌氧消化器的生物质存储容器的表面上(例如，衬垫的表面上)或在厌氧消化器的生物质存储容器内的一个或多个管。该多个管可以被填充水。在这个示例中，循环装置被配置为将温水从厌氧消化器罩的表面流向生物质存储容器(例如，以改善容器中的厌氧消化过程)，和/或将温水从厌氧消化器的生物质存储容器表面流向罩(例如，以融化罩上的雪，这可能对消化器和/或其部件造成损害)。在某些方面，消化器罩的表面上的至少一个管是被布置为用于将罩保持就位的配重管(例如，如关于示例1、3和5所述的)。在该示例中，生物质存储容器可以包括热存储区域(例如，填充有豆砾石)，其中系统被配置为使温水流向热存储区域。

根据实施例，提供了一种操作示例2的热管理系统的方法。该方法可以包括以下步骤：将加热的水泵送通过配重管以去除罩上的冰和/或从外罩回收热量并将该热量泵送入浆体中，由此提高消化速率。一个或多个热管理操作可以基于对消化器的状态的确定(例如，基于如示例3所述的传感器输出)。

在第三示例中，提供了一种厌氧消化器(或厌氧消化系统)，其包括：生物质存储容器(例如，浆体贮留池)；位于生物质存储容器上方的罩(例如，气体或浆体膜)；以及配置为指示厌氧消化器的气体或浆体状态(例如，水平)的一个或多个传感器。厌氧消化器可以进一步包括罩配重，其中至少一个传感器是附接到配重(例如，在配重内)的压力传感器。在一些实施例中，至少一个传感器是视线传感器(例如，相机)，其被配置为监测罩的顶部水平。在一些实施例中，至少一个传感器是位于罩上的角度传感器阵列(例如，陀螺仪传感器的花彩串)。在该示例中，消化器还可以包括处理电路(例如，处理器、存储器和发射器)，该处理电路被配置为基于来自一个或多个传感器的测量结果来确定和报告(例如，本地、通过无线通道、使用互联网等)气体或浆体状态。

根据实施例，提供了一种操作示例3的厌氧消化器的方法。该方法可以包括例如监测袋中的逃逸甲烷的量，这是远程控制监测贮留池和相关联气体回收设备所需的。附加地，一个或多个系统可以响应传感而操作。这例如可以包括：激活热力系统、启动/停止浆体混合过程(例如，以向上或向下调整气体水平或以其他方式影响消化速率)；排出(例如，如果气体水平或压力太高)；或启动气体处理(例如，如果水平达到预定的体积或压力阈值)。

在第四示例中，提供了一种能量存储系统。该系统包括：一个以上的气态或液态材料(例如，压缩气体或低温液体)的存储容器；气体压力驱动的发生器(例如，涡轮机)，该发生器耦合到一个或多个存储容器，并且被配置为使用从一个或多个存储容器产生(例如，排出)的气体产生动力(例如，电力)；以及气体缓冲区，该气体缓冲区被配置为在至少一部分的废气被发生器使用(例如，穿过)之后存储该废气。该气体或液体可以是例如甲烷、CO₂、氢气或其混合物。在某些方面，气体缓冲区是厌氧消化器的一部分(例如，如关于实施例1、3和5所述的)。例如，气体缓冲区可以是位于浆体区域和厌氧消化器的罩之间的区域。在某些方面，可以包括气体处理系统(例如，包括压缩机、干燥机、冷却器、液化台、液体存储容器)，并且该气体处理系统被配置为从气体缓冲区提取气体并将该气体存储在一个或多个存储容器中。在一些实施例中，其中能量存储系统是混合发电系统的一部分，该混合发电系统包括一个或多个光伏和风能装置(例如风车)，和/或内燃(IC)发动机被配置为使用该气体(例如在膨胀之后)操作。虽然以内燃发动机为例，但是在该示例和其他实施例中也可以使用其他发动机(诸如其他燃烧机，或非燃烧发动机)。

根据实施例，提供了一种操作根据示例4的能量存储系统的方法。例如，可以执行能量回收过程，该过程包括：从一个更多的气态或液态材料(例如，压缩气体或低温液体)的存储容器中排出气体；使用排出气体发电；以及将剩余的排出气体传递给气体缓冲区。发电可以包括使用排出气体运行涡轮机。根据实施例，可以产生其他类型的动力或机械能量。在某些方面，该方法还可以包括例如通过压缩来自气体缓冲区的气体将来自气体缓冲区的气体存储在一个或多个存储容器中，其中来自缓冲区的气体先前被用于在发电步骤中发电。在实施例中，排出气体和存储气体中的至少一个至少部分地基于来自光伏、风能装置或电池的电力供应，和/或用于存储步骤的能量由光伏、风能装置或电池提供。在实施例中，将剩余的排出气体传递给气体缓冲区包括将剩余的排出气体传递给厌氧消化器(例如，如关于示例1所述的)。该示例的方法还可以包括将产生的电力传递给主电力系统。该示例的方法还可以包括在发电步骤之前使排出气体穿过加热元件。在一些实施例中，该方法包括：在排出步骤之前，在厌氧消化器中产生气体；并且将气体存储在一个或多个存储容器中，其中将剩余的排出气体传递给气体缓冲区的步骤包括将剩余的排出气体传递给用于产生气体的厌氧消化器。实施例可以包括使用排出气体为发动机提供动力(例如，在利用废热的气体膨胀之后)。

在第五示例中，提供了一种厌氧消化器，其包括：生物质存储容器；位于生物质存储容器上方的罩；以及一个或多个配重，其中至少一个配重位于罩的顶表面上。在一些实施例中，罩是矩形的或正方形的，并且至少一个配重形成罩的褶皱角部。在一些实施例中，在罩的每个角部中布置有配重。配重也可以被布置在罩的中心区域中或在生物质存储容器的浆体膜上。在某些方面，至少一个配重包括压力传感器。在某些方面，至少一个配重是管(或管道)。在实施例中，至少一个配重是空心管、实心管、填充岩石的管或填充水的管。在某些方面，配重管与厌氧消化器的水收集区域相连，并且被配置为将水从罩移到收集区域(或反之亦然)。在某些方面，配重管与水循环装置相连接。在某些方面，配重管中填充有砾石或加热的水。在某些方面，一个或多个配重被布置成在罩上形成张力，并且防止罩在风中摆动。罩可以在生物质存储容器中产生的气体增加时膨胀(例如，通过一个或多个褶皱膨胀)。

根据实施例，提供了一种组装示例5的厌氧消化器的方法。该方法例如可以包括以下步骤：放置罩；放置配重以形成褶皱角部；组装/附接任何热管理系统；以及任选地填充一个或多个配重。例如，可以使用类似的方法组装示例1的消化器。

虽然本文提供的一个或多个示例是针对厌氧消化器描述的，但是根据实施例，各个部件和系统可以与本公开的实施例中描述的消化器分开实施。

虽然本文描述了本公开的各种实施例，但是应该理解，这些实施例只是以举例的方式提出，而不是限制。因此，本公开的广度和范围不应受到以上描述的任何示例性实施例的限制。此外，除非本文另有说明或与上下文明显矛盾，否则上述元件在其所有可能的变化中的任何组合都包含在本公开内容中。

此外，虽然上面描述的和附图中示出的过程被显示为一系列的步骤，但是这仅仅是为了说明而进行的。因此，可以设想增加一些步骤，省略一些步骤，重新安排步骤的顺序，并且可以并行地执行一些步骤。

Claims (49)

1.一种厌氧消化器(100)，所述厌氧消化器包括：

生物质存储容器(101)；

位于所述生物质存储容器上方的罩(104)；以及

位于所述罩的顶表面上的一个或多个配重(108)，

其中，所述罩和至少一个所述配重形成了所述罩的褶皱部分。

2.根据权利要求1所述的厌氧消化器，其中，所述罩是矩形的或正方形的，并且所述褶皱部分是所述罩的角部。

3.根据权利要求1或2所述的厌氧消化器，其中，所述罩在所述厌氧消化器的外边缘处密封，以形成水收集区域。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的厌氧消化器，其中，所述生物质存储容器是具有一个或多个锥形侧壁和衬垫的浆体贮留池。

5.权利要求1至4中任一项所述的厌氧消化器，

其中，所述配重中的至少一个位于所述罩的中心，并且

其中，配重被布置在所述罩的每个角部中。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的厌氧消化器，其中，所述罩被配置为在所述生物质存储容器中产生的气体增加时从第一位置膨胀到第二位置。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的厌氧消化器，其中，所述配重中的至少一个是空心管、实心管、填充岩石的管或填充水的管。

8.根据权利要求7所述的厌氧消化器，其中，所述管连接到所述厌氧消化器的水收集区域。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置为指示所述厌氧消化器的气体水平或浆体水平，其中所述一个或多个传感器包括：

(i)附接到所述配重中的至少一个的压力传感器；

(ii)视线传感器，所述视线传感器被配置为监测所述罩或浆体分离衬垫的顶部水平；或

(iii)附接到所述罩或浆体分离衬垫上的角度传感器阵列。

10.根据权利要求9所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

处理电路，所述处理电路被配置为基于来自所述一个或多个传感器的测量结果来确定并报告气体或浆体状态。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

位于所述生物质存储容器和所述罩之间的一个或多个气体膜或浆体分离衬垫。

12.根据权利要求11所述的厌氧消化器，

其中，所述膜中的至少一个在甲烷和二氧化碳CO₂之间能够选择性地渗透，或

其中，所述消化器进一步包括位于所述浆体分离衬垫的顶表面上的一个或多个附加配重。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的厌氧消化器，该厌氧消化器进一步包括：

气体过滤系统，所述气体过滤系统被配置为处理从所述生物质存储容器中提取的酸性气体，

其中，酸性气体的处理包括去除硫化氢和CO₂中的一种或多种。

14.根据权利要求13所述的厌氧消化器，其中，所述气体过滤系统被进一步配置为向所述一个或多个气体膜和所述罩之间的区域提供精制生物气体。

15.根据权利要求3至14中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

具有一个或多个气体密封件的安装柱，其中所述水收集区域覆盖所述安装柱处的所有气体密封件。

16.根据权利要求15所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

倾斜的支架或梁，所述支架或梁被配置为将水限制在所述水收集区域中，

其中，所述罩、所述支架或所述梁以及一个或多个膜全部利用一个或多个金属部件附接到所述安装柱上，并且

其中，所述罩、所述支架或所述梁以及一个或多个膜被布置为使得在所述厌氧消化器中产生的生物气体不与任何金属部件接触。

17.根据权利要求3至16中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

水回收和再利用系统，其中所述水回收和再利用系统被配置为将水从所述水收集区域引到第二系统，

其中，所述第二系统是储水箱、清洗站、牲畜给水系统、灌溉系统中的一种或多种，并且

其中，所述水回收和再利用系统包括夹在所述水收集区域和所述第二系统之间的水清洗台。

18.根据权利要求1至17中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

热管理系统。

19.根据权利要求18所述的厌氧消化器，其中，所述热管理系统包括循环装置，所述循环装置被配置为：(i)将温水从所述厌氧消化器罩的表面流向所述生物质存储容器；(ii)将温水从所述水收集区域流向所述生物质存储容器；或(iii)将温水从所述厌氧消化器的所述生物质存储容器表面流向所述罩。

20.根据权利要求19所述的厌氧消化器，其中，温水流过所述配重中的至少一个。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

能量存储和回收系统。

22.根据权利要求21所述的厌氧消化器，其中，所述能量存储和回收系统包括气体压力驱动的发电机，所述发电机耦合到一个或多个存储容器并且被配置为利用来自所述一个或多个存储容器的气体产生动力，

其中，所述发电机被配置为向厌氧消化器的存储区域提供废气，并且

其中，所述存储区域位于所述生物质存储容器的所述罩的下面。

23.根据权利要求21或22所述的厌氧消化器，其中，所述能量存储和回收系统包括压缩机、干燥机、冷却器或液化台中的一个或多个，并且被配置为从所述厌氧消化器的存储区域提取气体并将所述气体存储在一个或多个存储容器中，并且

其中，所述存储区域位于所述生物质存储容器的所述罩的下面。

24.根据权利要求4至22中任一项所述的厌氧消化器，所述厌氧消化器进一步包括：

用于在所述生物质存储容器内循环浆体的混合器，

其中，所述混合器包括至少一个输入或输出管以及一个或多个倾斜的混合出口，所述混合出口的操作角与一个或多个锥形生物质存储容器侧壁的锥角相匹配。

25.一种安装或操作根据权利要求1至24中任一项所述的厌氧消化器的方法。

26.一种能量存储系统(400)，所述能量存储系统包括：

一个以上的气态或液态材料的存储容器(420)；

气体压力驱动的动力发生器(422)，所述动力发生器耦合到所述一个或多个存储容器并且被配置为使用从所述一个或多个存储容器获得的气体产生动力；和

气体缓冲区(404)，所述气体缓冲区被配置为在气体穿过所述动力发生器之后存储至少一部分气体。

27.根据权利要求26所述的能量存储系统，其中，所述气态或液态材料包括压缩气体或低温液体材料。

28.根据权利要求26或27所述的能量存储系统，其中，所述材料包括甲烷、CO₂、氢气或其混合物。

29.权利要求26至28中任一项所述的能量存储系统，其中，所述发生器是涡轮机。

30.根据权利要求26至29中任一项所述的系统，其中，所述动力发生器产生电力。

31.根据权利要求26至30中任一项所述的能量存储系统，所述能量存储系统进一步包括：

厌氧消化器，其中所述厌氧消化器包括气体缓冲区。

32.根据权利要求31所述的能量存储系统，其中，所述气体缓冲区位于浆体区域和所述厌氧消化器的罩之间。

33.根据权利要求26至32中任一项所述的能量存储系统，所述能量存储系统进一步包括：

气体处理系统，所述气体处理系统被配置为从所述气体缓冲区中提取气体并且将所述气体存储在所述一个或多个存储容器中。

34.根据权利要求33所述的能量存储系统，其中，所述气体处理系统包括压缩机、干燥器、冷却器、液化台或液体存储容器中的一个或多个。

35.权利要求26至34中任一项所述的能量存储系统，

其中，所述能量存储系统是混合发电系统的一部分，所述混合发电系统包括光伏和风能装置中的一种或多种。

36.根据权利要求33至35中任一项所述的能量存储系统，其中，发动机被配置为使用来自一个或多个存储容器的气体进行操作。

37.一种操作根据权利要求26至36中任一项所述的能量存储系统的方法。

38.一种用于能量存储和回收的方法(450)，所述方法包括以下步骤：

从一个或多个气态或液态材料的存储容器中排出气体(454)，

利用排出气体产生动力(456)；以及

在排出气体用于产生动力之后，将剩余的排出气体传递(458)到气体缓冲区。

39.根据权利要求38所述的方法，其中，产生动力包括产生电力。

40.根据权利要求38或39所述的方法，其中，产生动力包括使用排出气体操作涡轮机。

41.根据权利要求38至40中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：

在所述一个或多个存储容器中存储(460)来自所述气体缓冲区的气体。

42.根据权利要求41所述的方法，

其中，所述存储包括压缩来自所述气体缓冲区的气体，以及

其中，来自所述缓冲区的气体先前被用于在发电步骤中发电。

43.根据权利要求38至42中任一项所述的方法，

其中，排出气体和存储气体中的至少一个是至少部分地基于来自光伏、风能装置或电池的电力供应，以及

其中，用于存储步骤的能量是由光伏、风能装置或电池提供的。

44.根据权利要求38至43中任一项所述的方法，其中，将剩余的排出气体传递给气体缓冲区包括将剩余的排出气体传递给厌氧消化器。

45.根据权利要求38至44中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括将产生的电力传递给主电力系统。

46.根据权利要求38至45中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：

在发电步骤之前使排出气体穿过加热元件。

47.根据权利要求38至46中任一项所述的方法，所述方法进一步包括：

在排出步骤之前，在厌氧消化器中产生气体(452)；以及

将气体存储在所述一个或多个存储容器中，

其中，将剩余的排出气体传递给气体缓冲区的步骤包括将剩余的排出气体传递给用于产生气体的所述厌氧消化器。

48.根据权利要求38至47中的任一项所述的方法，所述方法进一步包括：

使用排出气体为发动机提供动力。

49.根据权利要求48所述的方法，所述方法进一步包括：

在使用排出气体为发动机提供动力之前，利用来自所述发动机、压缩机或厌氧消化器的废热对排出气体进行膨胀。

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