[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

说明书

本发明公开了一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统及其方法，属于能源互补利用领域。该系统主要包括风力发电机、太阳能光伏、太阳能热反应装置、生物乙醇和水供给装置、加热电阻、真空泵、储氢罐、燃料电池系统、逆变器和直流微网。本发明综合利用太阳能、风能和生物质能进行供能，并将多余的能量通过热化学反应储存为氢气的化学能，最终氢气的能量通过燃料电池系统供给负载，此系统清洁无污染，多种能量耦合供能，可靠性高，供能稳定，运行灵活，总体能量效率高，可全天候运行。

技术领域

本发明涉及一种多能互补系统，具体涉及一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统及方法。

背景技术

随着社会的快速发展，能源消耗与日俱增。环境友好的可再生能源的利用可在一定程度上解决能源短缺和环境问题。常见的可再生能源如风、光都具有间歇性。为了将能量稳定地提供给终端用户，带有储能装置的多能互补系统在可再生能源的使用过程中尤为重要。

传统的多能互补系统储能方式有电化学储能和热储能等，电化学储存如锂电池具有储能密度高、效果好的特点，但其成本较高且长期使用会受到充放电周期的限制，热储存有显热储存和潜热储存，此类储能系统成本相对较低，但是所占空间较大且需对系统进行保温以降低热损，不利于长期储能。

因此，本发明提出了一种基于生物乙醇重整过程的清洁多能互补系统，采用热化学储能的方式，无需保温、热损极小、可用于季节性储能且储能密度高于其他热储存方式。本发明以生物乙醇重整反应为基础，在利用生物质能的同时储存多能互补系统中多余的风能和太阳能，通过膜反应器和真空泵得到纯净的氢气，并将氢气供给燃料电池系统，进行发电，在风能或太阳能缺乏的时候可以保证多能互补系统的稳定运行。

发明内容

本发明针对传统多能互补系统在储能方面存在的上述问题，提出了一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统及其方法。此系统利用热化学反应完成储能过程，无需保温，热损小，可用于季节性存储，生命周期长，能长期为多能互补系统工作，且此多能系统整体供能稳定、清洁无污染。

本发明首先公开了一种基于生物乙醇重整的清洁多能互补系统，其包括风力发电机、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。

本发明还公开了一种权利要求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；