一種發(fā)電方法及其系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)電方法，用于包括太陽能收集單元、甲醇儲存單元、水供應單元、制氫單元和燃料電池的發(fā)電系統(tǒng)，包括以下步驟：收集太陽能以獲得初始熱量；用獲得的所述初始熱量為制氫單元中需要進行溫度控制的各部件提供制氫所需的最初溫度條件；將甲醇與水輸送至制氫單元中通過催化重整制得氫氣；將所制得的部分或全部氫氣輸入至燃料電池中獲得電能。該方法采用甲醇和水蒸氣重整制備氫氣，制備氫氣所需的最初溫度條件由太陽能提供，獲得的氫氣直接通過燃料電池發(fā)電，不需要進行氫氣儲存及遠距離運輸，對外部環(huán)境接近零污染、綜合運行成本低、安全性高且具有實用性。本發(fā)明還公開了實現(xiàn)上述發(fā)電方法的發(fā)電系統(tǒng)。
【專利說明】一種發(fā)電方法及其系統(tǒng)

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及新能源發(fā)電【技術領域】，特別涉及一種利用太陽能提供熱量通過甲醇與水催化重整制得氫氣進行發(fā)電的發(fā)電方法以及實現(xiàn)該發(fā)電方法的發(fā)電系統(tǒng)。

【背景技術】
[0002]目前，基于經(jīng)濟與社會的可持續(xù)發(fā)展，人們正在探索新能源發(fā)電技術，現(xiàn)有的新能源發(fā)電技術主要包括太陽能發(fā)電、風力發(fā)電、生物質發(fā)電、地熱發(fā)電、潮汐發(fā)電和燃料電池發(fā)電技術。
[0003]其中，利用太陽能發(fā)電主要有兩大類型，一類是太陽能光發(fā)電，另一類是太陽能熱發(fā)電。太陽能光發(fā)電是將太陽能直接轉變成電能的一種發(fā)電方式，這種發(fā)電形式通常采用光伏電池進行光電轉換，由于光伏電池成本高、光轉化率低以及占地面積大等原因這種發(fā)電形式一直未能得到普及。太陽能熱發(fā)電是先將太陽能轉化為熱能，再將熱能轉化成電能，較為常見的是將太陽能通過汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電，這種發(fā)電形式同樣存在能量轉化率低的問題。
[0004]在新能源中，氫能將會成為21世紀最理想的能源。這是因為，氫的重量輕，在燃料相同重量的煤、汽油和氫氣的情況下，氫氣產(chǎn)生的能量最多，而且它燃燒的產(chǎn)物是水，沒有灰渣和廢氣，不會污染環(huán)境；而煤和石油燃燒生成的是二氧化碳和二氧化硫，可分別產(chǎn)生溫室效應和酸雨。另外，使用氫-氫燃料電池還可以把氫能直接轉化成電能，使氫能的利用更為方便。目前，這種燃料電池已在宇宙飛船和潛水艇上得到使用，但是由于成本較高，一時還難以普遍使用。
[0005]鑒于氫能的上述特性，人們已經(jīng)開始探索如何使氫氣發(fā)電得到普及利用。由于氫易氣化、著火和爆炸，如何解決氫能的貯存和運輸問題成為開發(fā)氫能的關鍵。
[0006]上述新能源發(fā)電技術基于經(jīng)濟成本、安全性或實用性等方面原因無法得到普及利用。
[0007]因此，如何提供一種綜合運行成本低、安全性高且具有實用性的新能源發(fā)電方法及其系統(tǒng)是本領域技術人員目前需要解決的技術問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的第一目的旨在提供一種發(fā)電方法，該發(fā)電方法綜合利用包括太陽能、氫能和燃料電池的新能源，對外部環(huán)境接近零污染、綜合運行成本低、安全性高且具有實用性。本發(fā)明的第二目的旨在提供一種實現(xiàn)上述發(fā)電方法的發(fā)電系統(tǒng)，同樣地，該發(fā)電系統(tǒng)與上述發(fā)電方法具有相同的技術效果。
[0009]為解決上述技術問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)電方法，用于包括太陽能收集單元、甲醇儲存單元、水供應單元、制氫單元、燃料電池和綜合控制單元的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電方法包括以下步驟:
[0010]步驟S1:收集太陽能以獲得初始熱量；
[0011]步驟S2:用獲得的所述初始熱量為制氫單元提供制氫所需的溫度條件；
[0012]步驟S3:將甲醇儲存單元中的甲醇與水供應單元中的水輸送至制氫單元中通過催化重整制得氫氣；
[0013]步驟S4:將所制得的部分或全部氫氣輸入至燃料電池中獲得電能。
[0014]優(yōu)選地，所述制氫單元連接有換熱器，所述步驟S2具體為:用獲得的所述初始熱量為制氫單元提供制氫所需的最初溫度條件；所述步驟3完成后同步進行所述步驟S4和如下步驟S3A:通過所述換熱器從所述制氫單元獲得再生熱量，將所述再生熱量輸送至所述制氫單元由所述再生熱量或者由所述再生熱量與太陽能收集單元提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
[0015]優(yōu)選地，所述步驟3A與如下步驟S3B同步進行:通過所述換熱器從所述制氫單元獲得冷凝水，將所述冷凝水輸送至所述水供應單元。
[0016]優(yōu)選地，所述步驟S4之后增加步驟S5:將所述燃料電池輸出端產(chǎn)生的水輸送回所述水供應單元。
[0017]優(yōu)選地，所述制氫單元包括彼此順次連接的氣化室、重整室和分離室，則所述步驟S3分為如下子步驟:
[0018]步驟S31:將甲醇儲存單元中的甲醇和水供應單元中的水輸入所述氣化室進行氣化，形成甲醇蒸氣和水蒸氣；
[0019]步驟S32:將所述甲醇蒸氣和水蒸氣輸入所述重整室，在設定溫度下通過催化劑進行催過重整，獲得包含氫氣的混合氣體；
[0020]步驟S33:將從所述重整室輸出的所述混合氣體輸入所述分離室，所述分離室的溫度高于所述重整室內(nèi)的溫度，所述分離室內(nèi)設有鈀膜分離器，從所述鈀膜分離器的產(chǎn)生端獲得氫氣。
[0021]優(yōu)選地，所述制氫單元還包括預熱控溫裝置，所述預熱控溫裝置設置于所述重整室和所述分離室之間，則所述步驟S32與所述步驟S33之間增加如下步驟S32A:
[0022]將從所述重整室輸出的所述混合氣體輸入所述預熱控溫裝置，所述預熱控溫裝置作為所述重整室和所述分離室之間的緩沖，縮短所述重整室輸出氣體的溫度與所述分離室內(nèi)之間的溫度差，使得從所述重整室輸出氣體的溫度與所述分離室內(nèi)的溫度相同或接近。
[0023]優(yōu)選地，所述方法應用于移動式機動設備或分布式小型用電設施。
[0024]本發(fā)明還提供了一種發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能收集單元、甲醇儲存單元、水供應單元、制氫單元、燃料電池和綜合控制單元；所述太陽能收集單元利用獲得的初始熱量為所述制氫單元提供制氫所需的溫度條件；所述甲醇儲存單元為所述制氫單元提供制備氫氣所需的甲醇；所述水供應單元為所述制氫單元提供制備氫氣所需的水；所述制氫單元利用所述甲醇儲存單元提供的甲醇和所述水供應單元提供的水通過催化重整制備氫氣；所述燃料電池用所述制氫單元制備的氫氣發(fā)電；所述綜合控制單元用于控制所述太陽能收集單元、所述甲醇儲存單元、所述水供應單元、所述制氫單元和所述燃料電池。
[0025]優(yōu)選地，還包括換熱器和再生熱量回輸管路；所述換熱器通過所述制氫單元獲得再生熱量，所述再生熱量回輸管路的一端與所述換熱器連接、另一端與所述制氫單元連接；則所述太陽能收集單元為所述制氫單元提供制氫所需的最初溫度條件；所述再生熱量回輸管路將所述再生熱量輸送至所述制氫單元由所述再生熱量或者由所述再生熱量與太陽能收集單元提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
[0026]優(yōu)選地，還包括換熱器和冷凝水回輸管路，所述換熱器用于通過所述制氫單元獲得冷凝水，所述冷凝水回輸管路的一端與所述換熱器連接、另一端與所述水供應單元連接，用于將所述冷凝水輸送至所述水供應單元進行再利用。
[0027]優(yōu)選地，所述燃料電池輸出端設置有生成水回輸管路，所述生成水回輸管路與所述水供應單元連接，用于將所述生成水輸送至所述水供應單元進行再利用。
[0028]優(yōu)選地，所述制氫單元包括依次連接的氣化室、重整室、預熱控溫裝置和分離室，則所述太陽能收集單元分別為所述氣化室、所述重整室、所述預熱控溫裝置和所述分離室提供制氫所需的最初溫度條件；所述再生熱量回輸管路將所述再生熱量輸送至所述氣化室、所述重整室、所述預熱控溫裝置和所述分離室由所述再生熱量或者由所述再生熱量與太陽能收集單元提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
[0029]優(yōu)選地，所述發(fā)電系統(tǒng)應用于移動式機動設備或分布式小型用電設施。
[0030]本發(fā)明提供的發(fā)電方法，綜合利用包括太陽能、氫能和燃料電池的新能源，采用甲醇和水蒸氣重整制備氫氣，制備氫氣所需的溫度條件由收集的太陽能提供，獲得的氫氣直接通過燃料電池發(fā)電，不需要進行氫氣儲存及遠距離運輸，避免了氫氣儲存及遠距離運輸存在的困難和安全隱患，由太陽能為制氫提供初始熱量保障制氫所需的溫度條件，不需要耗費制備的氫氣來保障制氫所需的溫度條件，減少了制氫過程的能量消耗，采用該發(fā)電方法只需要儲存甲醇，而甲醇易于儲存，沒有安全隱患，制氫所需的水獲得及儲存都十分便利。綜上，本發(fā)明提供的發(fā)電方法對外部環(huán)境接近零污染、綜合運行成本低、安全性高且具有實用性。本發(fā)明提供的發(fā)電方法特別適用于對電能需求規(guī)模較小的情形，例如移動式機動設備和分布式小型用電設施。
[0031]本發(fā)明還提供了一種實現(xiàn)上述發(fā)電方法的發(fā)電系統(tǒng)，相應地該發(fā)電系統(tǒng)與上述發(fā)電方法具有同樣的技術效果，在此不再贅述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0032]圖1為本發(fā)明提供的發(fā)電方法一種【具體實施方式】的流程示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明提供的發(fā)電方法另一種【具體實施方式】的流程示意圖；
[0034]圖3為本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)一種【具體實施方式】的原理示意圖；
[0035]圖4為本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)另一種【具體實施方式】的原理示意圖；
[0036]圖5為本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)一種優(yōu)選的實施方式的原理示意圖；
[0037]圖6為本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)另一種優(yōu)選的實施方式的原理示意圖；
[0038]圖7為本發(fā)明提供的發(fā)電方法一種【具體實施方式】中步驟3的流程示意圖；
[0039]圖8為本發(fā)明提供的發(fā)電方法另一種【具體實施方式】中步驟3的流程示意圖；
[0040]上述附圖中，附圖標記的指代關系如下:
[0041]1-太陽能收集單元，2-甲醇儲存單元，3-水供應單元，4-制氫單元，41-氣化室，42-重整室，43-分離室，44-預熱控溫裝置，5-燃料電池，6-綜合控制單元，7-換熱器。

【具體實施方式】
[0042]本發(fā)明的第一核心為提供一種發(fā)電方法，該發(fā)電方法綜合利用包括太陽能、氫能和燃料電池的新能源，對外部環(huán)境接近零污染、綜合運行成本低、安全性高且具有實用性。本發(fā)明的第二核心為提供一種實現(xiàn)上述發(fā)電方法的發(fā)電系統(tǒng)，同樣地，該發(fā)電系統(tǒng)與上述發(fā)電方法具有相同的技術效果。
[0043]為了使本領域的技術人員更好地理解本發(fā)明的技術方案，下面結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0044]請參考圖1、圖3和圖4，圖1為本發(fā)明提供的發(fā)電方法一種【具體實施方式】的流程圖；圖3和圖4為本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)的兩種不同【具體實施方式】的原理示意圖，圖3和圖4所示系統(tǒng)用于實現(xiàn)本發(fā)明提供的發(fā)電方法。
[0045]如圖1、圖3和圖4所示，在一種【具體實施方式】中，實現(xiàn)本發(fā)明發(fā)電方法的發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能收集單元1、甲醇儲存單元2、水供應單元3、制氫單元4、燃料電池5和綜合控制單元6 ;太陽能收集單元I利用獲得的初始熱量為制氫單元4中需要進行溫度控制的各部件提供制氫所需的溫度條件；甲醇儲存單元2為制氫單元4提供制備氫氣所需的甲醇；水供應單元3為制氫單元4提供制備氫氣所需的水；制氫單元4利用甲醇儲存單元2提供的甲醇和水供應單元3提供的水在一定溫度下通過催化劑進行催化重整制備氫氣；燃料電池5用制備的氫氣發(fā)電；綜合控制單元6用于控制太陽能收集單元1、甲醇儲存單元2、水供應單元3、制氫單元4和燃料電池5實現(xiàn)預定的操作。綜合控制單元6與太陽能收集單元1、甲醇儲存單元2、水供應單元3、制氫單元4、燃料電池5均聯(lián)接，綜合控制單元6通過發(fā)送指令等方式控制上述部件實現(xiàn)如下發(fā)電方法:
[0046]步驟S1:收集太陽能以獲得初始熱量；
[0047]步驟S2:用獲得的初始熱量為制氫單元4提供制氫所需的溫度條件；
[0048]步驟S3:將甲醇儲存單元2中的甲醇與水供應單元3中的水輸送至制氫單元4中通過催化重整制得氫氣；
[0049]步驟S4:將所制得的部分或全部氫氣輸入至燃料電池5中獲得電能。
[0050]本發(fā)明提供的發(fā)電方法及發(fā)電系統(tǒng)，綜合利用包括太陽能、氫能和燃料電池5的新能源，采用甲醇和水蒸氣重整制備氫氣，制備氫氣所需的溫度條件由收集的太陽能提供，獲得的氫氣直接通過燃料電池5發(fā)電，不需要進行氫氣儲存及遠距離運輸，避免了氫氣儲存及遠距離運輸存在的困難和安全隱患，由太陽能為制氫提供熱量保障制氫所需的溫度條件，不需要耗費制備的氫氣來保障制氫所需的溫度條件，減少了制氫過程的能量消耗，采用該發(fā)電方法只需要儲存甲醇，而甲醇易于儲存，沒有安全隱患，制氫所需的水獲得及儲存都十分便利。綜上，本發(fā)明提供的發(fā)電方法對外部環(huán)境接近零污染、綜合運行成本低、安全性高且具有實用性。
[0051]進一步參考圖2、圖5和圖6，在一種優(yōu)選的【具體實施方式】中本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)，還包括換熱器7和再生熱量回輸管路，換熱器7和再生熱量回輸管路均與綜合控制單元6聯(lián)接；換熱器7通過制氫單元4獲得再生熱量，再生熱量回輸管路的一端與換熱器7連接、另一端與制氫單元4連接，這樣制氫過程中產(chǎn)生的熱量就可以通過換熱器7進行收集，通過現(xiàn)生熱量回輸管路重新輸回制氫單元4進行再利用。在此情形下，太陽能收集單元I只需為制氫單元4中的各部件提供制氫所需的最初溫度條件；再生熱量回輸管路將由換熱器7獲得的再生熱量輸送回各部件，由再生熱量或者由再生熱量與太陽能收集單元I提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
[0052]在設置有換熱器和再生熱量回輸管路的實施方式中，上述發(fā)電方法中，步驟S2具體為:用獲得的初始熱量為制氫單元4中需要進行溫度控制的各部件提供制氫所需的最初溫度條件；步驟3完成后同步進行步驟S4和如下步驟S3A:通過換熱器7從制氫單元4獲得再生熱量，將再生熱量輸送至制氫單元4由所述再生熱量或者由所述再生熱量與太陽能收集單元I提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
[0053]本文中，在同一【具體實施方式】中，在同一氫氣制備過程中制氫所需的溫度條件是相同的，因此最初溫度條件與持續(xù)溫度條件為相同的溫度條件，在此區(qū)別僅在于區(qū)分:最初溫度條件由太陽能收集單元提供，而持續(xù)溫度條件由通過換熱器7獲得再生熱量提供或者由換熱器7獲得再生熱量和太陽能收集單元I共同提供。
[0054]在一種優(yōu)選的【具體實施方式】中，換熱器7還連接有冷凝水回輸管路，冷凝水回輸管路的一端與換熱器7連接、另一端與水供應單元3連接，換熱器7通過換熱從制氫單元4獲得冷凝水，冷凝水可以輸送至水供應單元3進行再利用。
[0055]在設置冷凝水回輸管路的情況下，上述發(fā)電方法中，所述步驟3A可以進一步與如下步驟S3B同步進行:通過換熱器7從制氫單元4獲得冷凝水，將冷凝水輸送至水供應單元3進行再利用。
[0056]換熱器7可以同時連接有再生熱量回輸管路和冷凝水回輸管路以對通過換熱器7獲得的再生熱量和冷凝水同時進行再利用，也可以根據(jù)需要只利用兩者中的一者。根據(jù)不同的需要可以通過綜合控制單元6來設定需要的程序流程。綜合控制單元6是本發(fā)明發(fā)電系統(tǒng)中各部件進行綜合控制的部件，本發(fā)明系統(tǒng)中的各部件均直接或間接地在綜合控制單元6的控制下進行工作，本領域技術人員通過在綜合控制單元6中設定程序和參數(shù)，來選擇適合于具體工作需要的程序和參數(shù)。綜合控制單元6設定的程序和參數(shù)，在本說明書中進行的說明為示例性的列舉，但該程序和參數(shù)并不限于此，在本發(fā)明原理范圍內(nèi)，本領域技術人員可以根據(jù)需要設定不同的程序和參數(shù)。
[0057]在一種【具體實施方式】中，本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)中燃料電池5輸出端設置有生成水回輸管路，生成水回輸管路與水供應單元3連接。燃料電池輸出端形成的水通過生成水回輸管路輸送至水供應單元3可以進行再利用。
[0058]相應地，本發(fā)明提供的發(fā)電方法，步驟S4之后可以增加步驟S5:將燃料電池5輸出端產(chǎn)生的水輸送回所述水供應單元3。
[0059]燃料電池5利用氫氣發(fā)電的基本原理是電解水的逆反應，把氫和氧分別供給陰極和陽極，氫通過陰極向外擴散和電解質發(fā)生反應后，放出電子通過外部的負載到達陽極。其本質是氫氣和氧氣發(fā)生氧化還原反應。發(fā)生氧化還原反應則必定有電子的轉移，將電子導出到外部即可獲得電能。工作時向負極供給燃料(氫)，向正極供給氧氣化劑(空氣)。氫在負極分解成正離子H+和電子e-。氫離子進入電解液中，而電子則沿外部電路移向正極。用電的負載連接在外部電路中。在正極上，空氣中的氧同電解液中的氫離子吸收抵達正極上的電子形成水，燃料電池5便可在工作時源源不斷地向外部輸出電能。
[0060]對于制氫單元4，如圖3和圖5所示，在一種【具體實施方式】中，本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)中，制氫單元4需要進行溫度控制的各部件包括氣化室41、重整室42和分離室43 ;氣化室41、重整室42和分離室43三者順次連接；氣化室41將從甲醇儲存單元2和水供應單元3輸入的甲醇和水氣化成甲醇蒸氣和水蒸氣；重整室42內(nèi)設有催化劑，用于對甲醇蒸氣和水蒸氣進行催化重整；分離室43的溫度高于重整室42內(nèi)的溫度，分離室43內(nèi)設有鈀膜分離器，從IE膜分離器的產(chǎn)生端輸出氫氣。
[0061]本文所稱催化重整指的是:甲醇與水蒸氣在一定的溫度、壓力條件下通過催化劑的作用，發(fā)生甲醇裂解反應和一氧化碳的變換反應，生成氫和二氧化碳，這是一個多組份、多反應的氣固催化反應系統(tǒng)。的反應方程式如下:
[0062]CH3OH — C0+2H2 (I)
[0063]H2CHCO — C02+H2 (2)
[0064]CH30H+H20 — C02+3H2 (3)
[0065]催化重整中的催化劑通?？梢詾?Cu-ZnO-Al2O3和/或Cu-ZnO-ZrO。
[0066]氣化室41、重整室42和分離室43中的溫度條件可以通過綜合控制單元6進行設定。在一種具體實施例中，重整室42內(nèi)的溫度可以在280°C _409°C溫度范圍內(nèi)設定(中高溫法)；在另一種【具體實施方式】中，重整室42內(nèi)的溫度可以在80°C -280°C溫度范圍內(nèi)設定(低溫法)。在一種具體實施例中，分離室43內(nèi)的溫度可以在385°C _589°C溫度范圍內(nèi)設定；分離室43中的鈀模分離器為復合鈀模，例如金屬鈀和復合鈀(鈀銀或金等)。
[0067]對于制氫過程，在一種【具體實施方式】中，制氫單元4包括彼此順次連接的氣化室41、重整室42和分離室43，則制氫步驟S3分為如下子步驟:
[0068]步驟S31:將甲醇儲存單元2中的甲醇和水供應單元3中的水輸入所述氣化室41進行氣化，形成甲醇蒸氣和水蒸氣；
[0069]步驟S32:將甲醇蒸氣和水蒸氣輸入重整室42，在設定溫度下通過催化劑進行催過重整，獲得包含氫氣的混合氣體；
[0070]步驟S33:將從重整室42輸出的混合氣體輸入分離室43，分離室43的溫度高于重整室42內(nèi)的溫度，分離室43內(nèi)設有鈀膜分離器，從鈀膜分離器的產(chǎn)生端獲得氫氣。
[0071]在具有上述設置的一種具體實施例中，本發(fā)明提供的發(fā)電方法中，步驟S2具體為:用獲得的初始熱量分別為氣化室41、重整室42和分離室43提供制氫所需的溫度條件。
[0072]相應地，請進一步參考圖7，在一種【具體實施方式】中，步驟S3可以分為如下子步驟:
[0073]步驟S31:將甲醇和水輸入氣化室41進行氣化，形成甲醇蒸氣和水蒸氣；
[0074]步驟S32:將甲醇蒸氣和水蒸氣輸入重整室42，重整室42內(nèi)設有催化劑，重整室42內(nèi)的溫度為280°C -409°C ；
[0075]步驟S33:將從重整室42輸出的氣體輸入分離室43，分離室43的溫度高于重整室42內(nèi)的溫度，分離室43內(nèi)的溫度設定為400°C _460°C，分離室43內(nèi)設有鈀膜分離器，從鈀膜分離器的產(chǎn)生端獲得氫氣。
[0076]如圖4和圖6所示，在一種優(yōu)選的實施方式中，本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)的制氫單元4中，重整室42和分離室43之間設置有預熱控溫裝置44，則制氫程序中步驟S32與步驟S33之間增加如下步驟S32A:
[0077]將從重整室42輸出的混合氣體輸入預熱控溫裝置44，預熱控溫裝置作為重整室42和分離室43之間的緩沖，縮短重整室42輸出氣體的溫度與分離室43內(nèi)之間的溫度差，使得從重整室42輸出氣體的溫度與分離室43內(nèi)的溫度相同或接近。
[0078]在發(fā)電系統(tǒng)中設置預熱控溫裝置有情況下，請進一步參考圖8，在一種具體實施例中，本發(fā)明提供的發(fā)電方法中，相應地步驟S3可以分為如下子步驟:
[0079]步驟S31’:將甲醇和水輸入氣化室41進行氣化，形成甲醇蒸氣和水蒸氣；
[0080]步驟S32’:將甲醇蒸氣和水蒸氣輸入重整室42，重整室42內(nèi)設有催化劑，重整室42內(nèi)的溫度為280°C -409°C ；
[0081]步驟S33’:將從重整室42輸出的氣體輸入預熱控溫裝置，預熱控溫裝置作為重整室42和分離室43之間的緩沖，縮短重整室42輸出氣體的溫度與分離室43內(nèi)之間的溫度差，使得從重整室42輸出氣體的溫度與分離室43內(nèi)的溫度相同或接近；
[0082]步驟S34’:將從預熱控溫裝置44輸出的氣體輸入分離室43，分離室43的溫度高于重整室42內(nèi)的溫度，分離室43內(nèi)的溫度設定為400°C _460°C，分離室43內(nèi)設有鈀膜分離器，從鈀膜分離器的產(chǎn)生端獲得氫氣。
[0083]對于太陽能收集單元1，在一種【具體實施方式】中，太陽能收集單元I設置有太陽能采集裝置和熱能分配裝置，熱能分配裝置用于向制氫單元4中需要進行溫度控制的各部件提供設定的溫度條件。太陽能收集單元I可以采用盤狀拋物面聚光集熱器，也可以采用平板式太陽能集熱方式或者其他方式。
[0084]在一種【具體實施方式】中，制氫單元4包括依次連接的氣化室41、重整室42和分離室43，相應地熱能分配裝置包括氣化供熱模塊、重整供熱模塊和分離供熱模塊，氣化供熱模塊、重整供熱模塊和分離供熱模塊分別為氣化室41、重整室42和分離室43提供設定的溫度條件。
[0085]在一種具體實施例中，重整供熱模塊為重整室42提供80°C-280°C的溫度條件；在另一種具體實施例中，重整供熱模塊為重整室42提供280°C _589°C的溫度條件；在又一種具體實施例中，重整供熱模塊為重整室42提供370°C _409°C的溫度條件；在一種優(yōu)選擇的實施例中，重整室內(nèi)的溫度為370°C。
[0086]在一種【具體實施方式】中，分離供熱模塊為分離室提供280°C _589°C的溫度條件；在一種【具體實施方式】中，分離供熱模塊為分離室提供410°C _430°C的溫度條件；在一種優(yōu)選擇的實施例中，分離室中的溫度為410°C。
[0087]在另一種具體實施例中，制氫單元4包括依次連接的氣化室41、重整室42、預熱控溫裝置44和分離室43，相應地熱能分配裝置包括氣化供熱模塊、重整供熱模塊、預熱控溫模塊和分離供熱模塊，氣化供熱模塊、重整供熱模塊、預熱控溫模塊和分離供熱模塊分別為氣化室41、重整室42、預熱控溫裝置44和分離室43提供設定的溫度條件。
[0088]綜合控制單元6對于本發(fā)明提供的發(fā)電系統(tǒng)進行綜合控制，通過設定程序，發(fā)布指令(例如設定溫度條件)等方式，控制整個發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)預定的功能。在一種【具體實施方式】中，綜合控制單元6為計算機。
[0089]本發(fā)明提供的發(fā)電方法和發(fā)電系統(tǒng)尤其適用于對電能需求規(guī)模比較少的情況，例如移動式機動設備(比如汽車、機械設備等)，或者分布式(非集中)小型用電設施。
[0090]在應用于汽車【具體實施方式】中，本發(fā)明提供的上述發(fā)電方法和發(fā)電系統(tǒng)能夠全部或部分取代汽油或柴油為汽車提供所需電能，相較于利用汽油或柴油的汽車排放一氧化碳、碳氫化物等污染物而言，采用甲醇和水制氫發(fā)電產(chǎn)生的排放物為水和氧氣，不會對環(huán)境造成污染，且綜合運行成本低。
[0091 ] 本發(fā)明提供的上述發(fā)電方法和發(fā)電系統(tǒng)應用于家庭也十分便利。對于農(nóng)村家庭而言，可以通過制備沼氣轉化成甲醇作為原料來實施本發(fā)明發(fā)電方法和發(fā)電系統(tǒng)。對于尚未納入供電網(wǎng)絡的偏遠地區(qū)用電而言，本發(fā)明的發(fā)電方法和發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)勢明顯。
[0092]本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內(nèi)。
【權利要求】
1.一種發(fā)電方法，其特征在于，用于包括太陽能收集單元、甲醇儲存單元、水供應單元、制氫單元、燃料電池和綜合控制單元的發(fā)電系統(tǒng)，所述發(fā)電方法包括以下步驟: 步驟S1:收集太陽能以獲得初始熱量； 步驟S2:用獲得的所述初始熱量為制氫單元提供制氫所需的溫度條件； 步驟S3:將甲醇儲存單元中的甲醇與水供應單元中的水輸送至制氫單元中通過催化重整制得氫氣； 步驟S4:將所制得的部分或全部氫氣輸入至燃料電池中獲得電能。
2.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電方法，其特征在于，所述制氫單元連接有換熱器，所述步驟S2具體為:用獲得的所述初始熱量為制氫單元提供制氫所需的最初溫度條件；所述步驟3完成后同步進行所述步驟S4和如下步驟S3A:通過所述換熱器從所述制氫單元獲得再生熱量，將所述再生熱量輸送至所述制氫單元由所述再生熱量或者由所述再生熱量與太陽能收集單元提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
3.根據(jù)權利要求2所述的發(fā)電方法，其特征在于，所述步驟3A與如下步驟S3B同步進行:通過所述換熱器從所述制氫單元獲得冷凝水，將所述冷凝水輸送至所述水供應單元。
4.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電方法，其特征在于，所述步驟S4之后增加步驟S5:將所述燃料電池輸出端產(chǎn)生的水輸送回所述水供應單元。
5.根據(jù)權利要求1所述的發(fā)電方法，其特征在于，所述制氫單元包括彼此順次連接的氣化室、重整室和分離室，則所述步驟S3分為如下子步驟: 步驟S31:將甲醇儲存單元中的甲醇和水供應單元中的水輸入所述氣化室進行氣化，形成甲醇蒸氣和水蒸氣； 步驟S32:將所述甲醇蒸氣和水蒸氣輸入所述重整室，在設定溫度下通過催化劑進行催過重整，獲得包含氫氣的混合氣體； 步驟S33:將從所述重整室輸出的所述混合氣體輸入所述分離室，所述分離室的溫度高于所述重整室內(nèi)的溫度，所述分離室內(nèi)設有鈀膜分離器，從所述鈀膜分離器的產(chǎn)生端獲得氫氣。
6.一種發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述發(fā)電系統(tǒng)包括太陽能收集單元、甲醇儲存單元、水供應單元、制氫單元、燃料電池和綜合控制單元；所述太陽能收集單元利用獲得的初始熱量為所述制氫單元提供制氫所需的溫度條件；所述甲醇儲存單元為所述制氫單元提供制備氫氣所需的甲醇；所述水供應單元為所述制氫單元提供制備氫氣所需的水；所述制氫單元利用所述甲醇儲存單元提供的甲醇和所述水供應單元提供的水通過催化重整制備氫氣；所述燃料電池用所述制氫單元制備的氫氣發(fā)電；所述綜合控制單元用于控制所述太陽能收集單元、所述甲醇儲存單元、所述水供應單元、所述制氫單元和所述燃料電池。
7.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括換熱器和再生熱量回輸管路；所述換熱器通過所述制氫單元獲得再生熱量，所述再生熱量回輸管路的一端與所述換熱器連接、另一端與所述制氫單元連接；則所述太陽能收集單元為所述制氫單元提供制氫所需的最初溫度條件；所述再生熱量回輸管路將所述再生熱量輸送至所述制氫單元由所述再生熱量或者由所述再生熱量與太陽能收集單元提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，還包括換熱器和冷凝水回輸管路，所述換熱器用于通過所述制氫單元獲得冷凝水，所述冷凝水回輸管路的一端與所述換熱器連接、另一端與所述水供應單元連接，用于將所述冷凝水輸送至所述水供應單元進行再利用。
9.根據(jù)權利要求6所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述燃料電池輸出端設置有生成水回輸管路，所述生成水回輸管路與所述水供應單元連接，用于將所述生成水輸送至所述水供應單元進行再利用。
10.根據(jù)權利要求7所述的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于，所述制氫單元包括依次連接的氣化室、重整室、預熱控溫裝置和分離室，則所述太陽能收集單元分別為所述氣化室、所述重整室、所述預熱控溫裝置和所述分離室提供制氫所需的最初溫度條件；所述再生熱量回輸管路將所述再生熱量輸送至所述氣化室、所述重整室、所述預熱控溫裝置和所述分離室由所述再生熱量或者由所述再生熱量與所述太陽能收集單元提供的初始熱量共同提供制氫所需的持續(xù)溫度條件。
【文檔編號】H01M8/22GK104425831SQ201310360662
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月19日 優(yōu)先權日:2013年8月19日
【發(fā)明者】向華, 李文霞, 向得夫 申請人:上海合既得動氫機器有限公司