[发明专利]多能源耦合互补和有序转化系统与方法

说明书

本发明涉及一种多能源耦合互补和有序转化系统与方法，系统包括：可逆固体氧化物电池、气化反应室、合成反应器、光热耦合催化反应器，生物质/煤的气化提供第一来源的合成气；原料气电解产生第二来源的合成气；第一和第二来源的合成气在合成反应器内生成碳氢燃料；发电时，合成气进入燃料极反应，燃料极流出的气体经过光热耦合催化反应器生成碳氢燃料；气化、电解、发电及光热耦合催化所需要的热源、光源由太阳能提供，电解所需的电能由弃风弃光的不稳定可再生能源电力提供。通过耦合互补将来源无序的生物质能，时间无序的太阳能以及不稳定无序的可再生电能转化为稳定的碳氢燃料和电能，实现可再生能源和化石能源互补的“零碳排放”有序转化。

技术领域

本发明涉及清洁能源技术领域，具体为一种多能源耦合互补和有序转化系统与方法。

背景技术

化石能源是一种碳氢化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉积而来，是一次能源。化石燃料不完全燃烧后，都会散发出有毒的气体；随着传统化石能源的大量消耗，环境问题日益突出，可再生能源的发展受到了广泛关注，可再生能源能够减少对化石能源的依赖，满足对可持续能源的需求。与此同时，大气中二氧化碳含量过高而导致的全球变暖需要有效的二氧化碳控制策略。

太阳能作为储量最丰富的清洁能源，是未来可再生能源的发展重点，但同时也存在不稳定性等缺点，通过聚光集热储热，输出稳定热源，能更加有效的利用太阳能。生物质是一种理想的可再生能源，它分布广泛，数量巨大，低污染性，但也存在能量密度低的缺点，通过生物质气化技术可将其转化为高品位能源形式。可再生能源利用对改善大气酸雨环境，减少大气中二氧化碳含量从而减少“温室效应”都有极大的好处。

可逆固体氧化物电池(reversible Solid oxide cell，简称rSOC)是一种很有前途的能量转化装置，当用作电解池时，它通过CO2/H2O共电解将过剩的可再生能源转化为CO/H2合成气。它提供了一种使用捕获的二氧化碳进行合成气生产的方法，将合成气的生产与合成燃料生产系统相结合，合成各种碳氢化合物等高能量密度燃料；当用作电池时，能够通入CO/H2合成气，输出稳定电能；这项技术可以实现CO2的循环利用，降低温室效应，还能参与调峰，对构建低碳社会具有重要意义。

目前，生物质气化存在生物质来源复杂，气化能耗高，产物品质不稳定等问题，导致生物质转化产物附加值较低，不利于生物质的广泛利用；rSOC存在热管理困难、反应组分利用率低、经济性差等问题，且大部分rSOC在电解时的电能和热能输入都是来自化石能源，并没有从源头上实现绿色燃料的生产；可再生电能存在的波动性大、调峰调频困难、储能成本高等问题，严重制约了清洁能源的发展；目前太阳能聚光集热仍是以热工转化的发电方式为核心，缺少与热化学/电化学/光化学耦合的有序转化方法，难以实现能量效率和能源经济型的进一步提高。

发明内容

针对以上问题，本发明提供了一种多能源耦合互补和有序转化系统与方法，以太阳能高温集热储热为依托，耦合生物质/煤无空分气化、高温固体氧化物电解制氢/燃料电池发电、碳氢燃料光/热催化合成等技术手段，通过热化学/电化学/光化学耦合互补，实现将不稳定无序的可再生电能、来源无序的生物质能以及时间无序的太阳能转化为稳定的碳氢燃料和电能，实现可再生能源和化石能源互补的“零碳排放”有序转化。

一种多能源耦合互补和有序转化系统，包括：气化反应室，气化反应室通过生物质/煤的气化反应提供第一来源的合成气；可逆固体氧化物电池，可逆固体氧化物电池的燃料极的入口连通有原料气供应装置，电解时，原料气在燃料极电解产生第二来源的合成气；合成反应器，第一来源的合成气和第二来源的合成气在合成反应器内反应生成碳氢燃料；光热耦合催化反应器，发电时，光热耦合催化反应器与可逆固体氧化物电池的燃料极的出口连通，气化反应室的出口与燃料极的入口连通，燃料极流出的气体经过光热耦合催化反应器反应生成碳氢燃料；气化反应室和可逆固体氧化物电池所需的热源，光热耦合催化反应器所需的热源、光源由太阳能提供，可逆固体氧化物电池电解所需的电能由弃风弃光的不稳定可再生能源电力提供。