[發明專利]多能源耦合互補和有序轉化系統與方法

有效

• 申請號: 202110786233.9
• 申請日: 2021-07-12
• 公開（公告）號: CN113583712B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 肖剛;孫安葦;徐浩然
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: C10J3/00
• 分類號: C10J3/00;C10G2/00;H01M8/1246;H01M8/0656
• 代理公司: 上海立群專利代理事務所(普通合伙) 31291
• 代理人: 楊楷;毛立群

本發明涉及一種多能源耦合互補和有序轉化系統與方法，系統包括：可逆固體氧化物電池、氣化反應室、合成反應器、光熱耦合催化反應器，生物質/煤的氣化提供第一來源的合成氣；原料氣電解產生第二來源的合成氣；第一和第二來源的合成氣在合成反應器內生成碳氫燃料；發電時，合成氣進入燃料極反應，燃料極流出的氣體經過光熱耦合催化反應器生成碳氫燃料；氣化、電解、發電及光熱耦合催化所需要的熱源、光源由太陽能提供，電解所需的電能由棄風棄光的不穩定可再生能源電力提供。通過耦合互補將來源無序的生物質能，時間無序的太陽能以及不穩定無序的可再生電能轉化為穩定的碳氫燃料和電能，實現可再生能源和化石能源互補的“零碳排放”有序轉化。

技術領域

本發明涉及清潔能源技術領域，具體為一種多能源耦合互補和有序轉化系統與方法。

背景技術

化石能源是一種碳氫化合物或其衍生物。它由古代生物的化石沉積而來，是一次能源。化石燃料不完全燃燒后，都會散發出有毒的氣體；隨著傳統化石能源的大量消耗，環境問題日益突出，可再生能源的發展受到了廣泛關注，可再生能源能夠減少對化石能源的依賴，滿足對可持續能源的需求。與此同時，大氣中二氧化碳含量過高而導致的全球變暖需要有效的二氧化碳控制策略。

太陽能作為儲量最豐富的清潔能源，是未來可再生能源的發展重點，但同時也存在不穩定性等缺點，通過聚光集熱儲熱，輸出穩定熱源，能更加有效的利用太陽能。生物質是一種理想的可再生能源，它分布廣泛，數量巨大，低污染性，但也存在能量密度低的缺點，通過生物質氣化技術可將其轉化為高品位能源形式。可再生能源利用對改善大氣酸雨環境，減少大氣中二氧化碳含量從而減少“溫室效應”都有極大的好處。

可逆固體氧化物電池(reversible Solid oxide cell，簡稱rSOC)是一種很有前途的能量轉化裝置，當用作電解池時，它通過CO2/H2O共電解將過剩的可再生能源轉化為CO/H2合成氣。它提供了一種使用捕獲的二氧化碳進行合成氣生產的方法，將合成氣的生產與合成燃料生產系統相結合，合成各種碳氫化合物等高能量密度燃料；當用作電池時，能夠通入CO/H2合成氣，輸出穩定電能；這項技術可以實現CO2的循環利用，降低溫室效應，還能參與調峰，對構建低碳社會具有重要意義。

目前，生物質氣化存在生物質來源復雜，氣化能耗高，產物品質不穩定等問題，導致生物質轉化產物附加值較低，不利于生物質的廣泛利用；rSOC存在熱管理困難、反應組分利用率低、經濟性差等問題，且大部分rSOC在電解時的電能和熱能輸入都是來自化石能源，并沒有從源頭上實現綠色燃料的生產；可再生電能存在的波動性大、調峰調頻困難、儲能成本高等問題，嚴重制約了清潔能源的發展；目前太陽能聚光集熱仍是以熱工轉化的發電方式為核心，缺少與熱化學/電化學/光化學耦合的有序轉化方法，難以實現能量效率和能源經濟型的進一步提高。

發明內容

針對以上問題，本發明提供了一種多能源耦合互補和有序轉化系統與方法，以太陽能高溫集熱儲熱為依托，耦合生物質/煤無空分氣化、高溫固體氧化物電解制氫/燃料電池發電、碳氫燃料光/熱催化合成等技術手段，通過熱化學/電化學/光化學耦合互補，實現將不穩定無序的可再生電能、來源無序的生物質能以及時間無序的太陽能轉化為穩定的碳氫燃料和電能，實現可再生能源和化石能源互補的“零碳排放”有序轉化。

一種多能源耦合互補和有序轉化系統，包括：氣化反應室，氣化反應室通過生物質/煤的氣化反應提供第一來源的合成氣；可逆固體氧化物電池，可逆固體氧化物電池的燃料極的入口連通有原料氣供應裝置，電解時，原料氣在燃料極電解產生第二來源的合成氣；合成反應器，第一來源的合成氣和第二來源的合成氣在合成反應器內反應生成碳氫燃料；光熱耦合催化反應器，發電時，光熱耦合催化反應器與可逆固體氧化物電池的燃料極的出口連通，氣化反應室的出口與燃料極的入口連通，燃料極流出的氣體經過光熱耦合催化反應器反應生成碳氫燃料；氣化反應室和可逆固體氧化物電池所需的熱源，光熱耦合催化反應器所需的熱源、光源由太陽能提供，可逆固體氧化物電池電解所需的電能由棄風棄光的不穩定可再生能源電力提供。