[发明专利]一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统及方法

权利要求书

1.一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统，其特征在于，该多能互补系统包括风力发电机、逆变器一、逆变器二、逆变器三、加热电阻、真空泵、生物乙醇和水供给装置、太阳能热化学反应装置、光伏电池组、储氢罐、燃料电池系统和直流微网，其中太阳能热化学反应装置包含槽式太阳能集热器、选择性钯透氢膜、管道和真空玻璃管；选择性钯透氢膜设置在管道内并将管道分为反应侧和分离侧两个区域，加热电阻缠绕在管道的外壁面，真空玻璃管布置于管道和加热电阻的外侧，所述反应侧填充疏松多孔的镍/氧化铝催化剂；所述风力发电机的电能输出端通过逆变器一与直流微网相连，与真空泵通过逆变器二连接，与加热电阻直接连接；生物乙醇和水供给装置的出口与太阳能热化学反应装置中管道反应侧的入口相连，太阳能热化学反应装置中，由选择性钯透氢膜和管道组成的反应器置于真空玻璃管内，被安装在槽式太阳能集热器的焦线位置上，分离侧设有开口与真空泵的气体入口直接连接；真空泵的气体出口与储氢罐的入口相连，储氢罐的出口与燃料电池系统的燃料进气口相连，燃料电池系统的电能输出端与直流微网、真空泵直接相连，通过逆变器三与加热电阻相连；光伏电池组的电能输出端直接与真空泵和直流微网相连。

2.根据权利要求1所述的基于乙醇重整的清洁多能互补系统，其特征在于，所述的选择性钯透氢膜成中空管状，中空管状内部区域为分离侧，仅通过开口与真空泵的气体入口相连；选择性钯透氢膜设置在管道的内部，其与管道之间的区域为反应侧，布置有镍/氧化铝催化剂；所述选择性钯透氢膜和管道整体置于真空玻璃管内部。

3.根据权利要求1所述的基于乙醇重整的清洁多能互补系统，其特征在于，所述的选择性钯透氢膜围成的中空管的轴线与管道的轴线重合。

4.根据权利要求1所述的基于乙醇重整的清洁多能互补系统，其特征在于，所述的管道及缠绕在其表面的加热电阻表面镀有高吸收率的吸收涂层。

5.一种权利要求1所述基于乙醇重整的清洁多能互补系统的工作方法，其特征在于，光伏电池组和风力发电机分别获取太阳能和风能；太阳能热化学反应装置中，生物乙醇与水蒸气按照设定比例流入反应侧，在镍/氧化铝催化剂的催化作用下，乙醇分解成甲烷、一氧化碳和氢气，随后发生甲烷蒸气重整反应和水气变换反应，得到最终产物二氧化碳和氢气；所述分离侧内，通过真空泵维持负压力，在选择性钯透氢膜内外存在压差的情况下，乙醇蒸汽重整得到的氢气被特异性地分离、收集,收集到的高纯度氢气由储氢罐储存；

当风能和太阳能都充足时，增大生物乙醇流量，利用加热电阻和真空泵将多余的风能和太阳能用在乙醇重整反应和氢气分离上，将能量转换为纯净氢气的化学能储存在储氢罐中；

当风能充足但是缺乏太阳能时，光伏电池组所发的电能全部输送给直流微网，多余的风能一方面被加热电阻用来发热，和槽式太阳能集热器协同工作，为乙醇重整反应供热，另一方面驱动真空泵帮助系统提高转化率和分离氢气；

当太阳能充足但是缺乏风能的时候，风力发电机所产生的电能全部通过逆变器一输送给直流微网，加热电阻不工作，光伏电池组多余的电能提供给真空泵，帮助完成乙醇重整转化率提高和氢气提纯的过程。

6.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，当风能和太阳能都缺乏的时，首先，通过燃料电池系统消耗储氢罐中的氢气为负载供能；

当储氢罐中的氢气含量低于设定值，且仍缺乏风能和太阳能时，则消耗储氢罐中的氢气来驱动真空泵和加热电阻，使来自生物乙醇和水供给装置的生物乙醇在太阳能热化学反应装置中完成重整过程得到氢气，得到的氢气与维持重整反应所消耗的氢气的差值所含有的能量用于提供给负载，保持系统供能的长期稳定性。

7.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，所述真空泵维持的负压力为10^-5-10^-1bar。

8.根据权利要求5所述的工作方法，其特征在于，生物乙醇与水蒸气按照摩尔比1:3进入反应侧，反应侧的反应温度为300-500℃。