本發(fā)明屬于自然能發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，尤其涉及一種自供電生態(tài)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

能源危機(jī)和生態(tài)危機(jī)一直困擾著世界各國政府，同樣也困擾著中國政府。多年來的探索雖有所成效，但一直沒有重大突破。

應(yīng)用能態(tài)科學(xué)與工程的思維和視角，通過對現(xiàn)存農(nóng)業(yè)食品生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)模式的分析，結(jié)合自然能源的特征，發(fā)現(xiàn)自然能源和食品生產(chǎn)具有非常相似的特征?？梢缘贸鼋Y(jié)論：自然能源的生產(chǎn)基地在農(nóng)村，完全可以在農(nóng)村建立食品和自然能源聯(lián)產(chǎn)的新農(nóng)村經(jīng)濟(jì)模式，稱之為能態(tài)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)或農(nóng)村能態(tài)經(jīng)濟(jì)。

從技術(shù)層面看，幾項(xiàng)主流自然能源發(fā)電技術(shù)已經(jīng)成熟：10kw太陽能聚熱斯特林發(fā)電機(jī)已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；風(fēng)力發(fā)電機(jī)也已實(shí)現(xiàn)商業(yè)化；生物質(zhì)制沼氣已普及多年。所存在的問題是，這些可大量獲取的自然能源的儲存一直困擾著人類。

為了有效利用農(nóng)村中大量存在的秸稈和畜禽排泄物，一些地區(qū)的農(nóng)村開始利用秸稈和畜禽排泄物制造沼氣。沼氣是有機(jī)物質(zhì)在厭氧條件下，經(jīng)過微生物的發(fā)酵作用而生成的一種可燃?xì)怏w。由于這種氣體最先是在沼澤中發(fā)現(xiàn)的，所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、污水等各種有機(jī)物在密閉的沼氣池內(nèi)，在厭氧(沒有氧氣)條件下發(fā)酵，即被種類繁多的沼氣發(fā)酵微生物分解轉(zhuǎn)化，從而產(chǎn)生沼氣。沼氣是一種混合氣體，可以燃燒。沼氣是有機(jī)物經(jīng)微生物厭氧消化而產(chǎn)生的可燃性氣體。

沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50～70％，其余為二氧化碳和少量的氮、氫和硫化氫等。其特性與天然氣相似?？諝庵腥绾?.6～20.8％(按體積計(jì))的沼氣時(shí),就會形成爆炸性的混合氣體。沼氣除直接燃燒用于炊事、烘干農(nóng)副產(chǎn)品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內(nèi)燃機(jī)的燃料以及生產(chǎn)甲醇、福爾馬林、四氯化碳等化工原料。經(jīng)沼氣裝置發(fā)酵后排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養(yǎng) 物質(zhì)，可用作肥料和飼料。

沼氣是一些有機(jī)物質(zhì)，在一定的溫度、濕度、酸度條件下，隔絕空氣(如用沼氣池)，經(jīng)微生物作用(發(fā)酵)而產(chǎn)生的可燃性氣體。它含有少量硫化氫，所以略帶臭味。發(fā)酵是復(fù)雜的生物化學(xué)變化，有許多微生物參與。

反應(yīng)大致分兩個階段：(1)微生物把復(fù)雜的有機(jī)物質(zhì)中的糖類、脂肪、蛋白質(zhì)降解成簡單的物質(zhì)，如低級脂肪酸、醇、醛、二氧化碳、氨、氫氣和硫化氫等。(2)由甲烷菌種的作用，使一些簡單的物質(zhì)變成甲烷。要正常地產(chǎn)生沼氣，必須為微生物創(chuàng)造良好的條件，使它能生存、繁殖。

沼氣池必須符合多種條件。首先，沼氣池要密閉。有機(jī)物質(zhì)發(fā)酵成沼氣，是多種厭氧菌活動的結(jié)果，因此要造成一個厭氧菌活動的缺氧環(huán)境。在建造沼氣池時(shí)要注意隔絕空氣，不透氣、不滲水。其次，沼氣池里要維持20～40℃，因?yàn)橥ǔＴ谶@種溫度下產(chǎn)氣率最高。第三，沼氣池要有充足的養(yǎng)分。微生物要生存、繁殖，必須從發(fā)酵物質(zhì)中吸取養(yǎng)分。在沼氣池的發(fā)酵原料中，人畜糞便能提供氮元素，農(nóng)作物的秸稈等纖維素能提供碳元素。第四，發(fā)酵原料要含適量水，一般要求沼氣池的發(fā)酵原料中含水80％左右，過多或過少都對產(chǎn)氣不利。第五，沼氣池的pH值一般控制在7～8.5。

人們對沼氣的利用主要是通過使其燃燒的方式獲得能量，能源的利用率較低。同時(shí)，利用沼氣發(fā)電的技術(shù)也確有存在，但現(xiàn)有的發(fā)電系統(tǒng)是通過沼氣燃燒的方式進(jìn)行熱能發(fā)電，能量轉(zhuǎn)化效率較低，因此未能廣泛應(yīng)用。

此外，如今人們對風(fēng)能、太陽能等自然能源的利用還有局限，通常是直接供電或者存儲在電池中，若還有剩余電能則無法存儲，這在無形中也是對資源的一種浪費(fèi)。

有鑒于此，如今迫切需要設(shè)計(jì)一種新的供電方式，以便克服現(xiàn)有供電方式的上述缺陷。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種自供電生態(tài)系統(tǒng)，可利用自然能源發(fā)電，并以甲醇的方式存儲。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種自供電生態(tài)系統(tǒng)，所述自供電生態(tài)系統(tǒng)包括：風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元、充電電池、充電單元、沼氣制醇單元、電制氫單元、甲醇制備設(shè)備、主控單元；

所述主控單元分別連接風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元、充電電池、充電單元、沼氣制醇單元、電制氫單元、甲醇制備設(shè)備，控制各個單元的工作；

所述風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元分別連接用電設(shè)備，直接為用電設(shè)備供電；

所述風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元分別連接充電單元，通過充電單元為充電電池充電；

所述主控單元還用以獲取用電設(shè)備的開啟狀態(tài)，從而獲取實(shí)時(shí)用電需求數(shù)據(jù)；同時(shí)，主控單元獲取風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元的實(shí)時(shí)發(fā)電量數(shù)據(jù)；

所述主控單元根據(jù)實(shí)時(shí)用電需求數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)發(fā)電量數(shù)據(jù)做相應(yīng)控制；當(dāng)發(fā)電量數(shù)據(jù)大于用電需求數(shù)據(jù)時(shí)，控制充電單元將多余電能為充電電池充電；當(dāng)發(fā)電量數(shù)據(jù)小于用電需求數(shù)據(jù)時(shí)，通過啟動充電電池為用電設(shè)備供電；

所述沼氣制醇單元用以將生物質(zhì)通過發(fā)酵制得甲醇，將制得的甲醇存儲至甲醇存儲單元；

所述甲醇發(fā)電單元利用甲醇發(fā)電，同時(shí)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇制備設(shè)備；

所述電制氫單元用以將水電解，得到氫氣及氧氣，將氫氣輸送至甲醇制備設(shè)備；電制氫單元在發(fā)電量剩余數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動，利用余量電能制氫；

所述甲醇制備設(shè)備用以利用氫氣、二氧化碳制得甲醇；所述甲醇制備設(shè)備在發(fā)電量剩余數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定高值時(shí)啟動，制得甲醇；

所述甲醇發(fā)電單元包括甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)，甲醇制氫系統(tǒng)與氫氣發(fā)電系統(tǒng)連接；

所述甲醇制氫系統(tǒng)包括制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制 氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接；

所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，所述制氫子系統(tǒng)包括固態(tài)氫氣儲存容器、儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；

所述儲存容器包括：容器、設(shè)置于容器內(nèi)的間隔機(jī)構(gòu)、與間隔機(jī)構(gòu)連接的驅(qū)動機(jī)構(gòu)、控制模塊、感應(yīng)模塊；所述間隔機(jī)構(gòu)將容器至少分為兩個空間；兩個空間中，一個放置反應(yīng)液體，另一側(cè)設(shè)置氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳；控制模塊分別連接驅(qū)動機(jī)構(gòu)、感應(yīng)模塊；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，感應(yīng)模塊包括壓力傳感器或/和液位傳感器；所述感應(yīng)模塊用以感應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)液體的量，同時(shí)感應(yīng)氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳的量；并將感應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至控制模塊；所述控制模塊根據(jù)感應(yīng)模塊感應(yīng)的數(shù)據(jù)控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)對間隔機(jī)構(gòu)的動作；在儲存容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動間隔機(jī)構(gòu)動作，減少反應(yīng)液體的容積，增加二氧化碳的容積；所述儲存容器還包括液化裝置或/和固化裝置，將收集到的二氧化碳液化或/和固化；

所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室的里面；所述固態(tài)氫氣儲存容器、儲存容器分別與制氫設(shè)備連接；儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；

所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動裝置包括第一加熱機(jī)構(gòu)、第一氣化管路，第一氣化管路的內(nèi)徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機(jī)構(gòu)上；所述第一氣化管路的一端連接儲存容器，通過原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中；第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)火燃燒；或者，第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點(diǎn)，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于所述重整室內(nèi)，第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時(shí)加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣凰鲋卣覂?nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備 制得的氫氣提供運(yùn)行所需的能源；

所述快速啟動裝置的初始啟動能源為若干太陽能啟動模塊，太陽能啟動模塊包括依次連接的太陽能電池板、太陽能電能轉(zhuǎn)換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機(jī)構(gòu)提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發(fā)電機(jī)，手動發(fā)電機(jī)將發(fā)出的電能存儲于電池中；

所述催化劑包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物；其中，貴金屬Pt含量占催化劑總質(zhì)量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化劑總質(zhì)量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化劑總質(zhì)量的6％～12％，F(xiàn)e的氧化物占催化劑總質(zhì)量的3％～8％，Zn的氧化物占催化劑總質(zhì)量的8％～20％，稀土金屬氧化物占催化劑總質(zhì)量的6％～40％，其余為過渡金屬氧化物；

或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質(zhì)及其質(zhì)量份數(shù)為：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃；

所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時(shí)，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；

所述儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300℃～420℃；所述重整室上部的溫度為400℃～570℃；重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350℃～570℃；分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；

所述原料輸送裝置提供動力，將儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15～5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；

所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維 持制氫設(shè)備運(yùn)行；

所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa；所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75％～78％，銀占22％～25％；

所述制氫子系統(tǒng)將制得的氫氣通過傳輸管路實(shí)時(shí)傳輸至氫氣發(fā)電系統(tǒng)；所述傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，用于調(diào)整傳輸管路中的氣壓；所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電；

所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括微處理器、氣體壓力傳感器、閥門控制器、出氣閥、出氣管路；所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中，用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進(jìn)行比對；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時(shí)間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍，同時(shí)出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統(tǒng)，通過燃燒為制氫子系統(tǒng)的需加熱設(shè)備進(jìn)行加熱；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度；

所述收集利用子系統(tǒng)連接氫氣發(fā)電系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和氫氣發(fā)電系統(tǒng)使用，收集到的水作為制氫子系統(tǒng)的原料，從而循環(huán)使用；

所述收集利用子系統(tǒng)包括氫氧分離器、氫水分離器、氫氣止回閥、氧水分離器、氧氣止回閥，將氫氣與氧氣分離，而后分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離；

所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)包括燃料電池，燃料電池包括若干子燃料電池模塊，各個子燃料電池模塊包括至少一個超級電容；

所述制氫設(shè)備還包括電能估算模塊、氫氣制備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發(fā)電裝置實(shí)時(shí)發(fā)出的電能是否能滿足重整、分離時(shí)需要消耗的電能；如果滿足，則關(guān)閉快速啟動裝置；

氫氣制備檢測模塊用來檢測制氫設(shè)備實(shí)時(shí)制備的氫氣是否穩(wěn)定；若制氫設(shè)備制備的氫氣不穩(wěn)定，則控制快速啟動裝置再次啟動，并將得到的電能部分存儲于 電能存儲模塊，當(dāng)電能不足以提供制氫設(shè)備的消耗時(shí)使用；

所述氫氣發(fā)電裝置為燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)包括：氣體供給裝置、電堆；所述氣體供給裝置利用壓縮的氣體作為動力，自動輸送至電堆中；

所述燃料電池系統(tǒng)還包括空氣進(jìn)氣管路、出氣管路；所述壓縮的氣體主要為氧氣；空氣與氧氣在混合容器混合后進(jìn)入電堆；

所述燃料電池系統(tǒng)還包括氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)；所述氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括閥門調(diào)節(jié)控制裝置，以及氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器；

所述氧氣含量傳感器用以感應(yīng)混合容器中混合的空氣與氧氣中氧氣的含量，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置；

所述壓縮氣體壓縮比傳感器用以感應(yīng)壓縮氧氣的壓縮比，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置；

所述閥門調(diào)節(jié)控制裝置根據(jù)氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器的感應(yīng)結(jié)果調(diào)節(jié)氧氣輸送閥門、空氣輸送閥門，控制壓縮氧氣、空氣的輸送比例；壓縮氧氣進(jìn)入混合容器后產(chǎn)生的動力將混合氣體推送至電堆反應(yīng)；

所述燃料電池系統(tǒng)還包括濕化系統(tǒng)，濕化系統(tǒng)包括濕度交換容器、濕度交換管路，濕度交換管路為空氣進(jìn)氣管路的一部分；經(jīng)過燃料電池反應(yīng)的氣體通過出氣管路輸送至濕度交換容器；

所述濕度交換管路的材料只透水不透氣，使得反應(yīng)后氣體與自然空氣進(jìn)行濕度交換，而氣體之間無法流通；

所述甲醇制備設(shè)備包括：氮?dú)廨斔脱b置、氫氣輸送裝置、二氧化碳輸送裝置、第一混合器、第二混合器、微型固定床反應(yīng)器、背壓閥、醇水分離器、色譜儀、甲醇液化裝置、甲醇收集容器、主控模塊；所述二氧化碳輸送裝置連接所述儲存容器收集二氧化碳的一側(cè)；制備得到的甲醇輸送至儲存容器的甲醇水混合液一側(cè)；

所述氮?dú)廨斔脱b置包括氮?dú)獯鎯θ萜鳌⒌谝惠斔凸苈?，第一輸送管路設(shè)有第一截止閥、第一質(zhì)量流量計(jì)；

所述二氧化碳輸送裝置包括二氧化碳存儲容器、第二輸送管路，第二輸送管路設(shè)有第二截止閥、第二質(zhì)量流量計(jì)；

所述氫氣輸送裝置包括氫氣存儲容器、第三輸送管路、第四輸送管路，第三輸送管路設(shè)有第三截止閥、第三質(zhì)量流量計(jì)，第四輸送管路設(shè)有第四截止閥、第四質(zhì)量流量計(jì)；

所述氫氣存儲容器通過第三輸送管路與第一輸送管路連接，第三輸送管路與第一輸送管路交匯于一第一三通閥；

所述氫氣存儲容器通過第四輸送管路與第二輸送管路連接，第四輸送管路與第二輸送管路交匯于一第一四通閥；

所述第一三通閥與第一混合器連接，第一混合器的另一端與第二三通閥連接；第二三通閥通過第五輸送管路連接微型固定床反應(yīng)器，第五輸送管路設(shè)有第五質(zhì)量流量計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)；

所述微型固定床反應(yīng)器的另一端連接第四三通閥，第四三通閥還連接背壓閥，背壓閥的另一端連接一第二四通閥；

所述第一四通閥與第二混合器連接，第二混合器的另一端與第三三通閥連接；醇水分離器、第二三通閥連接第三三通閥，醇水分離器、甲醇液化裝置、色譜儀連接第二四通閥；甲醇液化裝置與甲醇收集容器連接；

所述主控模塊控制各個部件動作，先控制高純氮?dú)夂透呒儦錃庖栽O(shè)定的比例經(jīng)過第一混合器混合后通過催化劑床層排空，待催化劑還原完成后切換氣體為氫氣和二氧化碳的混合氣，氣體通過催化劑床層經(jīng)背壓閥升壓到一定壓力再經(jīng)醇水分離器分離出產(chǎn)物甲醇和水，未反應(yīng)的氣體經(jīng)過原料氣補(bǔ)充后繼續(xù)通過反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)。

一種自供電生態(tài)系統(tǒng)，所述自供電生態(tài)系統(tǒng)包括：甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元、儲電單元、充電單元、甲醇制備設(shè)備、主控單元；

所述主控單元分別連接甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元、儲電單元、充電單元、甲醇制備設(shè)備，控制各個單元的工作；

所述甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元分別連接用電設(shè)備，直接為用電設(shè)備供電；

所述甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元分別連接充電單元，通過充電單元為儲電單元充電；

所述甲醇發(fā)電單元利用甲醇發(fā)電，同時(shí)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸 送至甲醇制備設(shè)備；

所述甲醇制備設(shè)備包括氫氣輸送裝置、第二輸送裝置、合成反應(yīng)器；所述第二輸送裝置為二氧化碳輸送裝置或/和一氧化碳輸送裝置；所述氫氣輸送裝置、第二輸送裝置分別與合成反應(yīng)器連接；所述合成反應(yīng)器內(nèi)氫氣與二氧化碳或一氧化碳反應(yīng)，生成甲醇及水。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述甲醇制備設(shè)備包括：氮?dú)廨斔脱b置、氫氣輸送裝置、二氧化碳輸送裝置、第一混合器、第二混合器、微型固定床反應(yīng)器、背壓閥、醇水分離器、色譜儀、甲醇液化裝置、甲醇收集容器、主控模塊；

所述氮?dú)廨斔脱b置包括氮?dú)獯鎯θ萜鳌⒌谝惠斔凸苈?，第一輸送管路設(shè)有第一截止閥、第一質(zhì)量流量計(jì)；

所述二氧化碳輸送裝置包括二氧化碳存儲容器、第二輸送管路，第二輸送管路設(shè)有第二截止閥、第二質(zhì)量流量計(jì)；

所述氫氣輸送裝置包括氫氣存儲容器、第三輸送管路、第四輸送管路，第三輸送管路設(shè)有第三截止閥、第三質(zhì)量流量計(jì)，第四輸送管路設(shè)有第四截止閥、第四質(zhì)量流量計(jì)；

所述氫氣存儲容器通過第三輸送管路與第一輸送管路連接，第三輸送管路與第一輸送管路交匯于一第一三通閥；

所述氫氣存儲容器通過第四輸送管路與第二輸送管路連接，第四輸送管路與第二輸送管路交匯于一第一四通閥；

所述第一三通閥與第一混合器連接，第一混合器的另一端與第二三通閥連接；第二三通閥通過第五輸送管路連接微型固定床反應(yīng)器，第五輸送管路設(shè)有第五質(zhì)量流量計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)；

所述微型固定床反應(yīng)器的另一端連接第四三通閥，第四三通閥還連接背壓閥，背壓閥的另一端連接一第二四通閥；

所述第一四通閥與第二混合器連接，第二混合器的另一端與第三三通閥連接；醇水分離器、第二三通閥連接第三三通閥，醇水分離器、甲醇液化裝置、色譜儀連接第二四通閥；甲醇液化裝置與甲醇收集容器連接；

所述主控模塊控制各個部件動作，先控制高純氮?dú)夂透呒儦錃庖栽O(shè)定的比例 經(jīng)過第一混合器混合后通過催化劑床層排空，待催化劑還原完成后切換氣體為氫氣和二氧化碳的混合氣，氣體通過催化劑床層經(jīng)背壓閥升壓到一定壓力再經(jīng)醇水分離器分離出產(chǎn)物甲醇和水，未反應(yīng)的氣體經(jīng)過原料氣補(bǔ)充后繼續(xù)通過反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述主控單元還用以獲取用電設(shè)備的開啟狀態(tài)，從而獲取實(shí)時(shí)用電需求數(shù)據(jù)；同時(shí)，主控單元獲取第二發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元的實(shí)時(shí)發(fā)電量數(shù)據(jù)；當(dāng)發(fā)電量數(shù)據(jù)大于用電需求數(shù)據(jù)時(shí)，控制充電單元將多余電能為儲電單元充電；當(dāng)發(fā)電量數(shù)據(jù)小于用電需求數(shù)據(jù)時(shí)，通過啟動儲電單元為用電設(shè)備供電。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述儲存容器的中部設(shè)有隔板，隔板的一側(cè)設(shè)置反應(yīng)液體，另一側(cè)設(shè)置氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳；隔板連接有推動機(jī)構(gòu)，在儲存容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，推動機(jī)構(gòu)驅(qū)動隔板動作，減少反應(yīng)液體的容積，增加二氧化碳的容積；

所述二氧化碳輸送裝置連接所述儲存容器收集二氧化碳的一側(cè)；制備得到的甲醇輸送至儲存容器的甲醇水混合液一側(cè)。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述自供電生態(tài)系統(tǒng)還包括風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、沼氣制醇單元、電制氫單元；

所述風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元分別連接用電設(shè)備，直接為用電設(shè)備供電；

所述風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元分別連接充電單元，通過充電單元為儲電單元充電；

所述甲醇發(fā)電單元利用甲醇發(fā)電，同時(shí)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇制備設(shè)備；

所述沼氣制醇單元用以將生物質(zhì)通過發(fā)酵制得甲醇，將制得的甲醇存儲至甲醇存儲單元；

所述電制氫單元用以將水電解，得到氫氣及氧氣，將氫氣輸送至甲醇制備設(shè)備；電制氫單元在發(fā)電量剩余數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定高值時(shí)啟動，利用余量電能制氫；

所述甲醇制備設(shè)備用以利用氫氣、二氧化碳制得甲醇；所述甲醇制備設(shè)備在 發(fā)電量剩余數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定高值時(shí)啟動，制得甲醇。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述甲醇制氫系統(tǒng)包括制氫子系統(tǒng)；所述制氫子系統(tǒng)利用甲醇水制備氫氣，所述制氫子系統(tǒng)包括儲存容器、原料輸送裝置、制氫設(shè)備、膜分離裝置；儲存容器與制氫設(shè)備連接，儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水；

所述制氫設(shè)備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室的里面；

所述儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300℃～420℃；所述重整室上部的溫度為400℃～570℃；重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近；所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350℃～570℃；分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣；

所述原料輸送裝置提供動力，將儲存容器中的原料輸送至制氫設(shè)備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15～5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫設(shè)備制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)；

所述制氫設(shè)備啟動制氫后，制氫設(shè)備制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運(yùn)行；

所述制氫設(shè)備制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa；所述膜分離裝置為在多孔陶瓷表面真空鍍鈀銀合金的膜分離裝置，鍍膜層為鈀銀合金，鈀銀合金的質(zhì)量百分比鈀占75％～78％，銀占22％～25％。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述甲醇制氫系統(tǒng)還包括氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)，制氫子系統(tǒng)、氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)依次連接；

所述制氫子系統(tǒng)將制得的氫氣通過傳輸管路實(shí)時(shí)傳輸至氫氣發(fā)電系統(tǒng)；所述 傳輸管路設(shè)有氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)，用于調(diào)整傳輸管路中的氣壓；所述氫氣發(fā)電系統(tǒng)利用制氫子系統(tǒng)制得的氫氣發(fā)電；

所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括微處理器、氣體壓力傳感器、閥門控制器、出氣閥、出氣管路；所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中，用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進(jìn)行比對；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時(shí)間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍，同時(shí)出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統(tǒng)，通過燃燒為制氫子系統(tǒng)的需加熱設(shè)備進(jìn)行加熱；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度；

所述收集利用子系統(tǒng)連接氫氣發(fā)電系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和氫氣發(fā)電系統(tǒng)使用，收集到的水作為制氫子系統(tǒng)的原料，從而循環(huán)使用；

所述收集利用子系統(tǒng)包括氫氧分離器、氫水分離器、氫氣止回閥、氧水分離器、氧氣止回閥，將氫氣與氧氣分離，而后分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述制氫子系統(tǒng)還包括固態(tài)氫氣儲存容器、快速啟動裝置；

所述固態(tài)氫氣儲存容器與制氫設(shè)備連接；所述固態(tài)氫氣儲存容器中儲存固態(tài)氫氣，當(dāng)制氫系統(tǒng)啟動時(shí)，通過氣化模塊將固態(tài)氫氣轉(zhuǎn)換為氣態(tài)氫氣，氣態(tài)氫氣通過燃燒放熱，為制氫設(shè)備提供啟動熱能，作為制氫設(shè)備的啟動能源；

所述快速啟動裝置為制氫設(shè)備提供啟動能源；所述快速啟動裝置包括第一啟動裝置、第二啟動裝置；所述第一啟動裝置包括第一加熱機(jī)構(gòu)、第一氣化管路，第一氣化管路的內(nèi)徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞于第一加熱機(jī)構(gòu)上；所述第一氣化管路的一端連接儲存容器，通過原料輸送裝置將甲醇送入第一氣化管路中；第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)火燃燒；或者，第一氣化管路的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點(diǎn)，甲醇從第一氣化管路輸出后直接自燃；所述第二啟動裝置包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于所述重整室內(nèi)，第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出 的甲醇為重整室加熱的同時(shí)加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?；所述重整室?nèi)壁設(shè)有加熱管路，加熱管路內(nèi)放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統(tǒng)啟動后，制氫系統(tǒng)通過制氫設(shè)備制得的氫氣提供運(yùn)行所需的能源。

作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為若干太陽能啟動模塊，太陽能啟動模塊包括依次連接的太陽能電池板、太陽能電能轉(zhuǎn)換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機(jī)構(gòu)提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發(fā)電機(jī)，手動發(fā)電機(jī)將發(fā)出的電能存儲于電池中。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明提出的自供電生態(tài)系統(tǒng)，可利用自然能源發(fā)電，并能將多余電能以甲醇的方式存儲，在供電高峰可以通過甲醇發(fā)電。本發(fā)明更有利于充分地利用能源，節(jié)能環(huán)保。

附圖說明

圖1為本發(fā)明電動汽車充電系統(tǒng)的組成示意圖。

圖2為本發(fā)明系統(tǒng)中甲醇制氫系統(tǒng)的組成示意圖。

圖3為制氫設(shè)備中快速啟動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖

圖4為制氫設(shè)備及其加熱管路的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5為設(shè)有安全閥的制氫設(shè)備的組成示意圖。

圖6為設(shè)有安全閥的制氫設(shè)備的另一種狀態(tài)下的示意圖。

圖7為本發(fā)明系統(tǒng)中燃料電池系統(tǒng)的組成示意圖。

圖8為液體儲存容器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖9為本發(fā)明系統(tǒng)中甲醇制備設(shè)備的組成示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。

實(shí)施例一

請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種自供電生態(tài)系統(tǒng)，包括：風(fēng)能發(fā)電單元、太 陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元、充電電池、充電單元、沼氣制醇單元、電制氫單元、甲醇制備設(shè)備、主控單元。

所述主控單元分別連接風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元、充電電池、充電單元、沼氣制醇單元、電制氫單元、甲醇制備設(shè)備，控制各個單元的工作。

所述風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元分別連接用電設(shè)備，直接為用電設(shè)備供電。所述風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元分別連接充電單元，通過充電單元為充電電池充電。

所述主控單元還用以獲取用電設(shè)備的開啟狀態(tài)，從而獲取實(shí)時(shí)用電需求數(shù)據(jù)；同時(shí)，主控單元獲取風(fēng)能發(fā)電單元、太陽能發(fā)電單元、甲醇發(fā)電單元的實(shí)時(shí)發(fā)電量數(shù)據(jù)。

所述主控單元根據(jù)實(shí)時(shí)用電需求數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)發(fā)電量數(shù)據(jù)做相應(yīng)控制；當(dāng)發(fā)電量數(shù)據(jù)大于用電需求數(shù)據(jù)時(shí)，控制充電單元將多余電能為充電電池充電；當(dāng)發(fā)電量數(shù)據(jù)小于用電需求數(shù)據(jù)時(shí)，通過啟動充電電池為用電設(shè)備供電。

所述沼氣制醇單元用以將生物質(zhì)通過發(fā)酵制得甲醇，將制得的甲醇存儲至甲醇存儲單元。

所述甲醇發(fā)電單元利用甲醇發(fā)電，同時(shí)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇制備設(shè)備。

所述電制氫單元用以將水電解，得到氫氣及氧氣，將氫氣輸送至甲醇制備設(shè)備；電制氫單元在發(fā)電量剩余數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定值時(shí)啟動，利用余量電能制氫。

所述甲醇制備設(shè)備用以利用氫氣、二氧化碳制得甲醇；所述甲醇制備設(shè)備在發(fā)電量剩余數(shù)據(jù)達(dá)到設(shè)定高值時(shí)啟動，制得甲醇。

所述甲醇發(fā)電單元包括甲醇制氫系統(tǒng)、氫氣發(fā)電系統(tǒng)，甲醇制氫系統(tǒng)與氫氣發(fā)電系統(tǒng)連接。

本實(shí)施例中，請參閱圖2，甲醇制氫系統(tǒng)為小型便攜式制氫設(shè)備，包括：液體儲存容器10、原料輸送裝置50、快速啟動裝置40、制氫裝置20、膜分離裝置30、氫氣輸送管路60。

請參閱圖8，液體儲存容器的中部設(shè)有隔板101，隔板101的一側(cè)設(shè)置反應(yīng) 液體，另一側(cè)設(shè)置氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳。隔板101連接有驅(qū)動機(jī)構(gòu)，在儲存容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動隔板動作，減少存儲反應(yīng)液體區(qū)域的容積，增加存儲二氧化碳區(qū)域的容積。這樣可以在制備氫氣的同時(shí)，收集釋放的二氧化碳，減少二氧化碳?xì)怏w的排放，收集的二氧化碳還可以作為后續(xù)工序的原料。隔板101的兩端設(shè)置于滑槽102內(nèi)，能沿滑槽102滑動。

所述液體儲存容器還可以包括控制模塊、感應(yīng)模塊；所述驅(qū)動機(jī)構(gòu)包括電機(jī)，感應(yīng)模塊包括壓力傳感器或/和液位傳感器；所述感應(yīng)模塊用以感應(yīng)容器內(nèi)反應(yīng)液體的量，同時(shí)感應(yīng)氫氣發(fā)電系統(tǒng)釋放、而后被壓縮的液態(tài)或固態(tài)的二氧化碳的量；并將感應(yīng)數(shù)據(jù)發(fā)送至控制模塊；所述控制模塊根據(jù)感應(yīng)模塊感應(yīng)的數(shù)據(jù)控制驅(qū)動機(jī)構(gòu)對間隔機(jī)構(gòu)的動作；在液體存儲容器內(nèi)的液體減少或二氧化碳增加達(dá)到設(shè)定條件時(shí)，驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動間隔機(jī)構(gòu)動作，減少反應(yīng)液體的容積，增加二氧化碳的容積。所述液體儲存容器可以還包括液化裝置或/和固化裝置，將收集到的二氧化碳液化或/和固化；

如圖3所示，所述快速啟動裝置40包括殼體41、加熱機(jī)構(gòu)42、氣化管路43，氣化管路43的內(nèi)徑為1～2mm，氣化管路43纏繞于加熱機(jī)構(gòu)42上；所述加熱機(jī)構(gòu)可以為電加熱棒，利用交流電或蓄電池、干電池即可。

所述氣化管路43的一端連接液體儲存容器10，將甲醇送入氣化管路43中；氣化管路43的另一端輸出被氣化的甲醇，而后通過點(diǎn)火機(jī)構(gòu)點(diǎn)火燃燒；或者，氣化管路43的另一端輸出被氣化的甲醇，且輸出的甲醇溫度達(dá)到自燃點(diǎn)，甲醇從氣化管路43輸出后直接自燃；所述快速啟動裝置40為制氫裝置(或者說整個制氫設(shè)備)提供啟動能源。

請參閱圖4，為了提高制氫裝置的加熱速度，在所述制氫裝置20的重整室內(nèi)壁設(shè)有加熱管路21，加熱管路21內(nèi)放有催化劑(如可以將加熱溫度控制在380℃～480℃)；所述快速啟動裝置40通過加熱所述加熱管路21為重整室加熱，可以提高加熱效率。

如圖2所示，制氫裝置20還可以設(shè)置第二啟動裝置70，所述第二啟動裝置70包括第二氣化管路，第二氣化管路的主體設(shè)置于重整室內(nèi)，第二氣化管路為 重整室加熱(還可以為制氫設(shè)備其他單元加熱)。第一氣化管路或/和第二氣化管路輸出的甲醇為重整室加熱的同時(shí)加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇?xì)饣?。?dāng)?shù)诙友b置可以持續(xù)制得氣化的甲醇后設(shè)定時(shí)間，可以關(guān)閉上述快速啟動裝置，從而進(jìn)一步減少對電能等外部能源的依靠。

除此之外，所述制氫裝置20包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設(shè)置于分離室內(nèi)，分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部。所述液體儲存容器與制氫裝置連接；液體儲存容器中儲存有液態(tài)的甲醇和水。

所述液體儲存容器中的甲醇和水通過原料輸送裝置輸送至換熱器換熱，換熱后進(jìn)入氣化室氣化；氣化后的甲醇蒸氣及水蒸氣進(jìn)入重整室，重整室內(nèi)設(shè)有催化劑，重整室下部及中部溫度為300℃～420℃。所述重整室上部的溫度為400℃～570℃；重整室與分離室通過連接管路連接，連接管路的全部或部分設(shè)置于重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續(xù)加熱從重整室輸出的氣體；所述連接管路作為重整室與分離室之間的緩沖，使得從重整室輸出的氣體的溫度與分離室的溫度相同或接近。所述分離室內(nèi)的溫度設(shè)定為350℃～570℃；分離室內(nèi)設(shè)有膜分離器，從膜分離器的產(chǎn)氣端得到氫氣。通過上述改進(jìn)，可以分別保證重整室內(nèi)催化劑的低溫要求，以及分離室的高溫要求，進(jìn)而提高氫氣制備效率；同時(shí)，本發(fā)明的預(yù)熱方式(將分離室設(shè)置于重整室內(nèi)的上部)非常便捷。

所述催化劑包括Pt的氧化物、Pd的氧化物、Cu的氧化物、Fe的氧化物、Zn的氧化物、稀土金屬氧化物、過渡金屬氧化物；其中，貴金屬Pt含量占催化劑總質(zhì)量的0.6％～1.8％，Pd含量占催化劑總質(zhì)量的1.1％～4％，Cu的氧化物占催化劑總質(zhì)量的6％～12％，F(xiàn)e的氧化物占催化劑總質(zhì)量的3％～8％，Zn的氧化物占催化劑總質(zhì)量的8％～20％，稀土金屬氧化物占催化劑總質(zhì)量的6％～40％，其余為過渡金屬氧化物；

或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質(zhì)及其質(zhì)量份數(shù)為：3-17份的CuO，3-18份的ZnO，0.5-3份的ZrO，55-80份的Al₂O₃，1-3份的CeO₂，1-3份的La₂O₃。

此外，所述原料輸送裝置提供動力，將液體儲存容器中的原料輸送至制氫裝置；所述原料輸送裝置向原料提供0.15～5MPa的壓強(qiáng)，使得制氫裝置制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)。所述制氫裝置制得的氫氣輸送至膜分離裝置進(jìn)行分離，用于分 離氫氣的膜分離裝置的內(nèi)外壓強(qiáng)之差大于等于0.7MPa。通過該改進(jìn)，使得制氫裝置制得的氫氣具有足夠的壓強(qiáng)，可提高制氫效率及制得氫氣的純度。

所述制氫設(shè)備啟動后，制氫設(shè)備通過制氫裝置制得的氫氣提供運(yùn)行所需的能源；此時(shí)，可以關(guān)閉快速啟動裝置。由于制氫裝置制得的部分氫氣或/和余氣通過燃燒維持制氫設(shè)備運(yùn)行，從而可以減少對外部能源的依靠，自適應(yīng)能力強(qiáng)。

所述制氫設(shè)備排出的高溫氣體作為汽車空調(diào)暖氣的熱源，通過熱量交換裝置為車輛供暖；熱量交換裝置包括若干換熱管路，換熱管路內(nèi)為車輛空調(diào)的流通氣體，換熱管路外為制氫設(shè)備排出的高溫氣體或者被高溫氣體加熱后的高溫液體。

所述熱量交換裝置設(shè)有微處理器、閥門控制器、高溫氣體溫度傳感器、流量傳感器，微處理器分別連接閥門控制器、高溫氣體溫度傳感器、流量傳感器、車輛空調(diào)控制器，根據(jù)高溫氣體溫度傳感器、流量傳感器感應(yīng)的高溫氣體的溫度、流量及車輛空調(diào)的控制參數(shù)控制閥門控制器，通過閥門控制器調(diào)整閥門的大小，從而調(diào)整通向熱量交換裝置內(nèi)的高溫氣體的流量。

此外，請參閱圖5、圖6，所述氫氣輸送管路60設(shè)有彈簧安全閥61，彈簧安全閥61包括閥主體、彈簧機(jī)構(gòu)、彈起端；所述原料輸送裝置50包括輸送泵，彈起端靠近輸送泵的開關(guān)設(shè)置(當(dāng)然原料輸送裝置50也可以為其他動力裝置)，在彈起端彈起時(shí)能斷開原料輸送裝置的開關(guān)。通過在氫氣輸送管路設(shè)置機(jī)械安全閥，在氣壓達(dá)到設(shè)定值時(shí)機(jī)械安全閥打開，并能控制原料輸送裝置停止輸送原料。從而可以提高設(shè)備運(yùn)行的安全性，防止氫氣泄露及爆炸。

具體地，本實(shí)施例中，所述輸送泵的開關(guān)包括接觸段62及三個端口，三個端口分別為第一端口63、第二端口64、第三端口65。所述接觸段62的一端可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置于第一端口63，第一端口63連接輸送泵；接觸段62的另一端能接觸第二端口64或第三端口65。

所述第二端口64連接電源，第一端口63連接第二端口64時(shí)，能控制輸送泵工作。所述第三端口65連接報(bào)警發(fā)送裝置，當(dāng)?shù)谝欢丝谶B接第三端口65時(shí)，能控制輸送泵不工作，同時(shí)報(bào)警發(fā)送裝置發(fā)送報(bào)警信息(如通過短信的方式)至對應(yīng)的服務(wù)器或客戶端，可以通知相應(yīng)人員。

所述氫氣發(fā)電裝置連接制氫設(shè)備，將發(fā)出的部分直流電輸送至制氫設(shè)備；制 氫設(shè)備通過自己制得的直流電帶動電磁加熱裝置為重整室、分離室加熱；同時(shí)，還將發(fā)出的直流電輸送至系統(tǒng)的深層海水抽取設(shè)備、海水提純裝置、氧氣輸送設(shè)備、水生成設(shè)備，供這些設(shè)備運(yùn)行，同時(shí)還供氫氣發(fā)電裝置自身運(yùn)行。

所述制氫設(shè)備包括電磁加熱裝置；電磁加熱裝置包括形成重整室的重整缸體、形成分離室的分離缸體，設(shè)置于重整缸體外的第一加熱線圈，分離缸體外的第二加熱線圈，重整缸體、分離缸體內(nèi)的溫度傳感器、壓力傳感器，以及電磁控制器；電磁控制器根據(jù)溫度傳感器、壓力傳感器感應(yīng)到的數(shù)據(jù)控制第一加熱線圈、第二加熱線圈的電流，能使重整室、分離室瞬間達(dá)到設(shè)定溫度。

所述制氫設(shè)備還包括電能估算模塊、氫氣制備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發(fā)電裝置實(shí)時(shí)發(fā)出的電能是否能滿足重整、分離時(shí)需要消耗的電能；如果滿足，則關(guān)閉快速啟動裝置。

氫氣制備檢測模塊用來檢測制氫設(shè)備實(shí)時(shí)制備的氫氣是否穩(wěn)定；若制氫設(shè)備制備的氫氣不穩(wěn)定，則控制快速啟動裝置再次啟動，并將得到的電能部分存儲于電能存儲模塊，當(dāng)電能不足以提供制氫設(shè)備的消耗時(shí)使用。

請參閱圖7，本實(shí)施例中，所述氫氣發(fā)電裝置200為燃料電池系統(tǒng)，燃料電池系統(tǒng)包括：氣體供給裝置、電堆201；所述氣體供給裝置利用壓縮的氣體作為動力，自動輸送至電堆201中。

本實(shí)施例中，氣體供給裝置為壓縮氣體供給裝置202，所述壓縮氣體輸送至一混合容器203后進(jìn)入電堆201，混合容器203的一端連接空氣；壓縮氣體進(jìn)入混合容器203后產(chǎn)生的動力將自然空氣按設(shè)定比例吸進(jìn)電堆反應(yīng)，調(diào)節(jié)氧氣含量。

所述燃料電池系統(tǒng)還包括空氣進(jìn)氣管路、出氣管路，空氣進(jìn)氣管路、出氣管路均經(jīng)過濕化系統(tǒng)204。所述壓縮的氣體主要為氧氣(也可以為空氣)；自然空氣與壓縮氧氣在混合容器混合后進(jìn)入電堆201。

所述燃料電池系統(tǒng)還包括氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)，氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)設(shè)置于混合容器203內(nèi)；所述氣體調(diào)節(jié)系統(tǒng)包括閥門調(diào)節(jié)控制裝置，以及氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器。

所述氧氣含量傳感器用以感應(yīng)混合容器中混合的空氣與氧氣中氧氣的含量， 并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置。

所述壓縮氣體壓縮比傳感器用以感應(yīng)壓縮氧氣的壓縮比，并將感應(yīng)到的數(shù)據(jù)發(fā)送至閥門調(diào)節(jié)控制裝置。

所述閥門調(diào)節(jié)控制裝置根據(jù)氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器的感應(yīng)結(jié)果調(diào)節(jié)氧氣輸送閥門、空氣輸送閥門，控制壓縮氧氣、自然空氣的輸送比例(如自然空氣比例可以為0-70％)；壓縮氧氣進(jìn)入混合容器后產(chǎn)生的動力將混合氣體推送至電堆反應(yīng)，利用自然空氣做稀釋減壓。

所述濕化系統(tǒng)204包括濕度交換容器、濕度交換管路，濕度交換管路為空氣進(jìn)氣管路的一部分；經(jīng)過燃料電池反應(yīng)的氣體通過出氣管路輸送至濕度交換容器。

所述濕度交換管路的材料只透水不透氣，使得反應(yīng)后氣體與自然空氣進(jìn)行濕度交換，而氣體之間無法流通。濕度交換管路在濕度交換容器中螺旋設(shè)置，可以充分進(jìn)行濕度交換。

請參閱圖9，所述甲醇制備設(shè)備包括：氮?dú)廨斔脱b置A1、氫氣輸送裝置A2、二氧化碳輸送裝置A3、第一混合器A4、第二混合氣A5、微型固定床反應(yīng)器A7、背壓閥A8、醇水分離器A6、色譜儀A9、甲醇液化裝置、甲醇收集容器、主控模塊。

所述氮?dú)廨斔脱b置A1包括氮?dú)獯鎯θ萜?、第一輸送管路，第一輸送管路設(shè)有第一截止閥A11、第一質(zhì)量流量計(jì)A12。

所述二氧化碳輸送裝置A3包括二氧化碳存儲容器、第二輸送管路，第二輸送管路設(shè)有第二截止閥、第二質(zhì)量流量計(jì)。

所述氫氣輸送裝置A3包括氫氣存儲容器、第三輸送管路、第四輸送管路，第三輸送管路設(shè)有第三截止閥、第三質(zhì)量流量計(jì)，第四輸送管路設(shè)有第四截止閥、第四質(zhì)量流量計(jì)。

所述氫氣存儲容器A3通過第三輸送管路與第一輸送管路連接，第三輸送管路與第一輸送管路交匯于一第一三通閥A13。

所述氫氣存儲容器通過第四輸送管路與第二輸送管路連接，第四輸送管路與第二輸送管路交匯于一第一四通閥A14。

所述第一三通閥A13與第一混合器A4連接，第一混合器A4的另一端與第二三通閥A15連接；第二三通閥A15通過第五輸送管路連接微型固定床反應(yīng)器A7，第五輸送管路設(shè)有第五質(zhì)量流量計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)。

所述微型固定床反應(yīng)器A7的另一端連接第四三通閥A16，第四三通閥A16還連接背壓閥A8，背壓閥A8的另一端連接一第二四通閥A10。

所述第一四通閥A14與第二混合器A5連接，第二混合器A5的另一端與第三三通閥A17連接；醇水分離器A6、第二三通閥A15連接第三三通閥A17，醇水分離器A6、甲醇液化裝置、色譜儀A9連接第二四通閥A10；甲醇液化裝置與甲醇收集容器連接。

所述主控模塊控制各個部件動作，先控制高純氮?dú)夂透呒儦錃庖栽O(shè)定的比例經(jīng)過第一混合器混合后通過催化劑床層排空，待催化劑還原完成后切換氣體為氫氣和二氧化碳的混合氣，氣體通過催化劑床層經(jīng)背壓閥升壓到一定壓力再經(jīng)醇水分離器分離出產(chǎn)物甲醇和水，未反應(yīng)的氣體經(jīng)過原料氣補(bǔ)充后繼續(xù)通過反應(yīng)器循環(huán)反應(yīng)。

實(shí)施例二

本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于，本實(shí)施例中，所述甲醇制氫系統(tǒng)還包括氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)、收集利用子系統(tǒng)。

所述氣壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括微處理器、氣體壓力傳感器、閥門控制器、出氣閥、出氣管路；所述氣體壓力傳感器設(shè)置于傳輸管路中，用以感應(yīng)傳輸管路中的氣壓數(shù)據(jù)，并將感應(yīng)的氣壓數(shù)據(jù)發(fā)送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數(shù)據(jù)與設(shè)定閾值區(qū)間進(jìn)行比對；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)高于設(shè)定閾值區(qū)間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設(shè)定時(shí)間，使得傳輸管路中氣壓處于設(shè)定范圍，同時(shí)出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統(tǒng)，通過燃燒為制氫子系統(tǒng)的需加熱設(shè)備進(jìn)行加熱；當(dāng)接收到的壓力數(shù)據(jù)低于設(shè)定閾值區(qū)間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統(tǒng)加快原料的輸送速度。

所述收集利用子系統(tǒng)連接氫氣發(fā)電系統(tǒng)的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統(tǒng)或/和氫氣發(fā)電 系統(tǒng)使用，收集到的水作為制氫子系統(tǒng)的原料，從而循環(huán)使用。所述收集利用子系統(tǒng)包括氫氧分離器、氫水分離器、氫氣止回閥、氧水分離器、氧氣止回閥，將氫氣與氧氣分離，而后分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離。

實(shí)施例三

一種自供電生態(tài)系統(tǒng)，所述自供電生態(tài)系統(tǒng)包括：甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元、儲電單元、充電單元、甲醇制備設(shè)備、主控單元。

所述主控單元分別連接甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元、儲電單元、充電單元、甲醇制備設(shè)備，控制各個單元的工作。

所述甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元分別連接用電設(shè)備，直接為用電設(shè)備供電；所述甲醇發(fā)電單元、第二發(fā)電單元分別連接充電單元，通過充電單元為儲電單元充電。

所述甲醇發(fā)電單元利用甲醇發(fā)電，同時(shí)生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇制備設(shè)備。

所述甲醇制備設(shè)備包括氫氣輸送裝置、第二輸送裝置、合成反應(yīng)器；所述第二輸送裝置為二氧化碳輸送裝置或/和一氧化碳輸送裝置；所述氫氣輸送裝置、第二輸送裝置分別與合成反應(yīng)器連接；所述合成反應(yīng)器內(nèi)氫氣與二氧化碳或一氧化碳反應(yīng)，生成甲醇及水。

綜上所述，本發(fā)明提出的自供電生態(tài)系統(tǒng)，可利用自然能源發(fā)電，并能將多余電能以甲醇的方式存儲，在供電高峰可以通過甲醇發(fā)電。本發(fā)明更有利于充分地利用能源，節(jié)能環(huán)保。

這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實(shí)施例中。這里所披露的實(shí)施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實(shí)施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實(shí)現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和 精神的情況下，可以對這里所披露的實(shí)施例進(jìn)行其它變形和改變。