能有效利用自然能的自供電生態系統的製作方法
2023-05-06 07:29:26 1
本發明屬於自然能發電技術領域，涉及一種發電系統，尤其涉及一種能有效利用自然能的自供電生態系統。
背景技術：
能源危機和生態危機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。
應用能態科學與工程的思維和視角，通過對現存農業食品生產經濟模式的分析，結合自然能源的特徵，發現自然能源和食品生產具有非常相似的特徵。可以得出結論：自然能源的生產基地在農村，完全可以在農村建立食品和自然能源聯產的新農村經濟模式，稱之為能態農業經濟或農村能態經濟。
從技術層面看，幾項主流自然能源發電技術已經成熟：10kw太陽能聚熱斯特林發電機已實現商業化；風力發電機也已實現商業化；生物質制沼氣已普及多年。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。
為了有效利用農村中大量存在的秸稈和畜禽排洩物，一些地區的農村開始利用秸稈和畜禽排洩物製造沼氣。沼氣是有機物質在厭氧條件下，經過微生物的發酵作用而生成的一種可燃氣體。由於這種氣體最先是在沼澤中發現的，所以稱為沼氣。人畜糞便、秸稈、汙水等各種有機物在密閉的沼氣池內，在厭氧(沒有氧氣)條件下發酵，即被種類繁多的沼氣發酵微生物分解轉化，從而產生沼氣。沼氣是一種混合氣體，可以燃燒。沼氣是有機物經微生物厭氧消化而產生的可燃性氣體。
沼氣是多種氣體的混合物，一般含甲烷50～70％，其餘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。空氣中如含有8.6～20.8％(按體積計)的沼氣時,就會形成爆炸性的混合氣體。沼氣除直接燃燒用於炊事、烘乾農副產品、供暖、照明和氣焊等外，還可作內燃機的燃料以及生產甲醇、福馬林、四氯化碳等化工原料。經沼氣裝置發酵後排出的料液和沉渣，含有較豐富的營養 物質，可用作肥料和飼料。
沼氣是一些有機物質，在一定的溫度、溼度、酸度條件下，隔絕空氣(如用沼氣池)，經微生物作用(發酵)而產生的可燃性氣體。它含有少量硫化氫，所以略帶臭味。發酵是複雜的生物化學變化，有許多微生物參與。
反應大致分兩個階段：(1)微生物把複雜的有機物質中的糖類、脂肪、蛋白質降解成簡單的物質，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，使一些簡單的物質變成甲烷。要正常地產生沼氣，必須為微生物創造良好的條件，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。有機物質發酵成沼氣，是多種厭氧菌活動的結果，因此要造成一個厭氧菌活動的缺氧環境。在建造沼氣池時要注意隔絕空氣，不透氣、不滲水。其次，沼氣池裡要維持20～40℃，因為通常在這種溫度下產氣率最高。第三，沼氣池要有充足的養分。微生物要生存、繁殖，必須從發酵物質中吸取養分。在沼氣池的發酵原料中，人畜糞便能提供氮元素，農作物的秸稈等纖維素能提供碳元素。第四，發酵原料要含適量水，一般要求沼氣池的發酵原料中含水80％左右，過多或過少都對產氣不利。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，利用沼氣發電的技術也確有存在，但現有的發電系統是通過沼氣燃燒的方式進行熱能發電，能量轉化效率較低，因此未能廣泛應用。
此外，如今人們對風能、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，若還有剩餘電能則無法存儲，這在無形中也是對資源的一種浪費。
有鑑於此，如今迫切需要設計一種新的供電方式，以便克服現有供電方式的上述缺陷。
技術實現要素：
本發明所要解決的技術問題是：提供一種能有效利用自然能的自供電生態系統，可利用自然能源發電，並以甲醇的方式存儲。
為解決上述技術問題，本發明採用如下技術方案：
一種能有效利用自然能的自供電生態系統，所述自供電生態系統包括：風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發電單元、充電電池、充電單元、沼氣發電單元、電制氫單元、甲醇製備設備、主控單元；
所述主控單元分別連接風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發電單元、充電電池、充電單元、沼氣發電單元、電制氫單元、甲醇製備設備，控制各個單元的工作；
所述風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發電單元分別連接用電設備，直接為用電設備供電；
所述風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發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備的開啟狀態，從而獲取實時用電需求數據；同時，主控單元獲取風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發電單元的實時發電量數據；
所述主控單元根據實時用電需求數據、實時發電量數據做相應控制；當發電量數據大於用電需求數據時，控制充電單元將多餘電能為充電電池充電；當發電量數據小於用電需求數據時，通過啟動充電電池為用電設備供電；
所述風能發電單元、太陽能發電單元分別利用風能、太陽能發電，所述沼氣發電單元用以將生物質通過發酵製得沼氣，通過沼氣發電；
所述甲醇發電單元利用甲醇發電，同時生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇製備設備；
所述電制氫單元用以將水電解，得到氫氣及氧氣，將氫氣輸送至甲醇製備設備；電制氫單元在發電量剩餘數據達到設定值時啟動，利用餘量電能制氫；
所述甲醇製備設備用以利用氫氣、二氧化碳製得甲醇；所述甲醇製備設備在發電量剩餘數據達到設定高值時啟動，製得甲醇；
所述甲醇發電單元包括甲醇制氫系統、氫氣發電系統，甲醇制氫系統與氫氣發電系統連接；
所述甲醇制氫系統包括制氫子系統、氣壓調節子系統、收集利用子系統，制 氫子系統、氣壓調節子系統、氫氣發電系統、收集利用子系統依次連接；
所述制氫子系統利用甲醇水製備氫氣，所述制氫子系統包括固態氫氣儲存容器、儲存容器、原料輸送裝置、快速啟動裝置、制氫設備、膜分離裝置；
所述儲存容器包括：容器、設置於容器內的間隔機構、與間隔機構連接的驅動機構、控制模塊、感應模塊；所述間隔機構將容器至少分為兩個空間；兩個空間中，一個放置反應液體，另一側設置氫氣發電系統釋放、而後被壓縮的液態或固態的二氧化碳；控制模塊分別連接驅動機構、感應模塊；所述驅動機構包括電機，感應模塊包括壓力傳感器或/和液位傳感器；所述感應模塊用以感應容器內反應液體的量，同時感應氫氣發電系統釋放、而後被壓縮的液態或固態的二氧化碳的量；並將感應數據發送至控制模塊；所述控制模塊根據感應模塊感應的數據控制驅動機構對間隔機構的動作；在儲存容器內的液體減少或二氧化碳增加達到設定條件時，驅動機構驅動間隔機構動作，減少反應液體的容積，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；
所述制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設置於分離室內，分離室設置於重整室的裡面；所述固態氫氣儲存容器、儲存容器分別與制氫設備連接；儲存容器中儲存有液態的甲醇和水；
所述快速啟動裝置為制氫設備提供啟動能源；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構、第一氣化管路，第一氣化管路的內徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞於第一加熱機構上；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，而後通過點火機構點火燃燒；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到自燃點，甲醇從第一氣化管路輸出後直接自燃；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置於所述重整室內，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加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇氣化；所述重整室內壁設有加熱管路，加熱管路內放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統啟動後，制氫系統通過制氫設備 製得的氫氣提供運行所需的能源；
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、太陽能電能轉換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機構提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發電機，手動發電機將發出的電能存儲於電池中；
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含量佔催化劑總質量的0.6％～1.8％，Pd含量佔催化劑總質量的1.1％～4％，Cu的氧化物佔催化劑總質量的6％～12％，Fe的氧化物佔催化劑總質量的3％～8％，Zn的氧化物佔催化劑總質量的8％～20％，稀土金屬氧化物佔催化劑總質量的6％～40％，其餘為過渡金屬氧化物；
或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質及其質量份數為：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；
所述固態氫氣儲存容器中儲存固態氫氣，當制氫系統啟動時，通過氣化模塊將固態氫氣轉換為氣態氫氣，氣態氫氣通過燃燒放熱，為制氫設備提供啟動熱能，作為制氫設備的啟動能源；
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，換熱後進入氣化室氣化；氣化後的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑，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置於重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續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衝，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；所述分離室內的溫度設定為350℃～570℃；分離室內設有膜分離器，從膜分離器的產氣端得到氫氣；
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備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15～5MPa的壓強，使得制氫設備製得的氫氣具有足夠的壓強；
所述制氫設備啟動制氫後，制氫設備製得的部分氫氣或/和餘氣通過燃燒維 持制氫設備運行；
所述制氫設備製得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用於分離氫氣的膜分離裝置的內外壓強之差大於等於0.7M Pa；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，鈀銀合金的質量百分比鈀佔75％～78％，銀佔22％～25％；
所述制氫子系統將製得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至氫氣發電系統；所述傳輸管路設有氣壓調節子系統，用於調整傳輸管路中的氣壓；所述氫氣發電系統利用制氫子系統製得的氫氣發電；
所述氣壓調節子系統包括微處理器、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置於傳輸管路中，用以感應傳輸管路中的氣壓數據，並將感應的氣壓數據發送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數據與設定閾值區間進行比對；當接收到的壓力數據高於設定閾值區間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設定時間，使得傳輸管路中氣壓處於設定範圍，同時出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統，通過燃燒為制氫子系統的需加熱設備進行加熱；當接收到的壓力數據低於設定閾值區間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統加快原料的輸送速度；
所述收集利用子系統連接氫氣發電系統的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統或/和氫氣發電系統使用，收集到的水作為制氫子系統的原料，從而循環使用；
所述收集利用子系統包括氫氧分離器、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，而後分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離；
所述氫氣發電系統包括燃料電池，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；
所述制氫設備還包括電能估算模塊、氫氣製備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發電裝置實時發出的電能是否能滿足重整、分離時需要消耗的電能；如果滿足，則關閉快速啟動裝置；
氫氣製備檢測模塊用來檢測制氫設備實時製備的氫氣是否穩定；若制氫設備製備的氫氣不穩定，則控制快速啟動裝置再次啟動，並將得到的電能部分存儲於 電能存儲模塊，當電能不足以提供制氫設備的消耗時使用；
所述氫氣發電裝置為燃料電池系統，燃料電池系統包括：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；
所述燃料電池系統還包括空氣進氣管路、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後進入電堆；
所述燃料電池系統還包括氣體調節系統；所述氣體調節系統包括閥門調節控制裝置，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混合容器中混合的空氣與氧氣中氧氣的含量，並將感應到的數據發送至閥門調節控制裝置；
所述壓縮氣體壓縮比傳感器用以感應壓縮氧氣的壓縮比，並將感應到的數據發送至閥門調節控制裝置；
所述閥門調節控制裝置根據氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器的感應結果調節氧氣輸送閥門、空氣輸送閥門，控制壓縮氧氣、空氣的輸送比例；壓縮氧氣進入混合容器後產生的動力將混合氣體推送至電堆反應；
所述燃料電池系統還包括溼化系統，溼化系統包括溼度交換容器、溼度交換管路，溼度交換管路為空氣進氣管路的一部分；經過燃料電池反應的氣體通過出氣管路輸送至溼度交換容器；
所述溼度交換管路的材料只透水不透氣，使得反應後氣體與自然空氣進行溼度交換，而氣體之間無法流通；
所述甲醇製備設備包括：氮氣輸送裝置、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；製備得到的甲醇輸送至儲存容器的甲醇水混合液一側；
所述氮氣輸送裝置包括氮氣存儲容器、第一輸送管路，第一輸送管路設有第一截止閥、第一質量流量計；
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，第二輸送管路設有第二截止閥、第二質量流量計；
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，第三輸送管路設有第三截止閥、第三質量流量計，第四輸送管路設有第四截止閥、第四質量流量計；
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於一第一三通閥；
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於一第一四通閥；
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器，第五輸送管路設有第五質量流量計、壓強計；
所述微型固定床反應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，先控制高純氮氣和高純氫氣以設定的比例經過第一混合器混合後通過催化劑床層排空，待催化劑還原完成後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背壓閥升壓到一定壓力再經醇水分離器分離出產物甲醇和水，未反應的氣體經過原料氣補充後繼續通過反應器循環反應。
一種能有效利用自然能的自供電生態系統，所述自供電生態系統包括：甲醇發電單元、第二發電單元、儲電單元、充電單元、甲醇製備設備、主控單元；第二發電單元為自然能發電單元；
所述主控單元分別連接甲醇發電單元、第二發電單元、儲電單元、充電單元、甲醇製備設備，控制各個單元的工作；
所述甲醇發電單元、第二發電單元分別連接用電設備，直接為用電設備供電；
所述甲醇發電單元、第二發電單元分別連接充電單元，通過充電單元為儲電單元充電；
所述甲醇發電單元利用甲醇發電，同時生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇製備設備；
所述甲醇製備設備包括氫氣輸送裝置、第二輸送裝置、合成反應器；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器連接；所述合成反應器內氫氣與二氧化碳或一氧化碳反應，生成甲醇及水。
作為本發明的一種優選方案，所述甲醇製備設備包括：氮氣輸送裝置、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；
所述氮氣輸送裝置包括氮氣存儲容器、第一輸送管路，第一輸送管路設有第一截止閥、第一質量流量計；
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，第二輸送管路設有第二截止閥、第二質量流量計；
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，第三輸送管路設有第三截止閥、第三質量流量計，第四輸送管路設有第四截止閥、第四質量流量計；
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於一第一三通閥；
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於一第一四通閥；
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器，第五輸送管路設有第五質量流量計、壓強計；
所述微型固定床反應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，先控制高純氮氣和高純氫氣以設定的比例經過第一混合器混合後通過催化劑床層排空，待催化劑還原完成後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背壓閥升壓到一定壓力再經醇水分離器分離出產物甲醇和水，未反應的氣體經過原料氣補充後繼續通過反應器循環反應。
作為本發明的一種優選方案，所述主控單元還用以獲取用電設備的開啟狀態，從而獲取實時用電需求數據；同時，主控單元獲取第二發電單元、甲醇發電單元的實時發電量數據；當發電量數據大於用電需求數據時，控制充電單元將多餘電能為儲電單元充電；當發電量數據小於用電需求數據時，通過啟動儲電單元為用電設備供電。
作為本發明的一種優選方案，所述儲存容器的中部設有隔板，隔板的一側設置反應液體，另一側設置氫氣發電系統釋放、而後被壓縮的液態或固態的二氧化碳；隔板連接有推動機構，在儲存容器內的液體減少或二氧化碳增加達到設定條件時，推動機構驅動隔板動作，減少反應液體的容積，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；製備得到的甲醇輸送至儲存容器的甲醇水混合液一側。
作為本發明的一種優選方案，所述自供電生態系統還包括電制氫單元，第二發電單元包括風能發電單元、太陽能發電單元、沼氣發電單元中的至少一種；
所述風能發電單元、太陽能發電單元分別連接用電設備，直接為用電設備供電；
所述風能發電單元、太陽能發電單元分別連接充電單元，通過充電單元為儲電單元充電；
所述甲醇發電單元利用甲醇發電，同時生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇製備設備；
所述沼氣發電單元用以將生物質通過發酵製得沼氣，通過沼氣發電；
所述電制氫單元用以將水電解，得到氫氣及氧氣，將氫氣輸送至甲醇製備設備；電制氫單元在發電量剩餘數據達到設定高值時啟動，利用餘量電能制氫；
所述甲醇製備設備用以利用氫氣、二氧化碳製得甲醇；所述甲醇製備設備在 發電量剩餘數據達到設定高值時啟動，製得甲醇。
作為本發明的一種優選方案，所述甲醇制氫系統包括制氫子系統；所述制氫子系統利用甲醇水製備氫氣，所述制氫子系統包括儲存容器、原料輸送裝置、制氫設備、膜分離裝置；儲存容器與制氫設備連接，儲存容器中儲存有液態的甲醇和水；
所述制氫設備包括換熱器、氣化室、重整室；膜分離裝置設置於分離室內，分離室設置於重整室的裡面；
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，換熱後進入氣化室氣化；氣化後的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑，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置於重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續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衝，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；所述分離室內的溫度設定為350℃～570℃；分離室內設有膜分離器，從膜分離器的產氣端得到氫氣；
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備；所述原料輸送裝置向原料提供0.15～5MPa的壓強，使得制氫設備製得的氫氣具有足夠的壓強；
所述制氫設備啟動制氫後，制氫設備製得的部分氫氣或/和餘氣通過燃燒維持制氫設備運行；
所述制氫設備製得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用於分離氫氣的膜分離裝置的內外壓強之差大於等於0.7M Pa；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，鈀銀合金的質量百分比鈀佔75％～78％，銀佔22％～25％。
作為本發明的一種優選方案，所述甲醇制氫系統還包括氣壓調節子系統、收集利用子系統，制氫子系統、氣壓調節子系統、氫氣發電系統、收集利用子系統依次連接；
所述制氫子系統將製得的氫氣通過傳輸管路實時傳輸至氫氣發電系統；所述 傳輸管路設有氣壓調節子系統，用於調整傳輸管路中的氣壓；所述氫氣發電系統利用制氫子系統製得的氫氣發電；
所述氣壓調節子系統包括微處理器、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置於傳輸管路中，用以感應傳輸管路中的氣壓數據，並將感應的氣壓數據發送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數據與設定閾值區間進行比對；當接收到的壓力數據高於設定閾值區間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設定時間，使得傳輸管路中氣壓處於設定範圍，同時出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統，通過燃燒為制氫子系統的需加熱設備進行加熱；當接收到的壓力數據低於設定閾值區間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統加快原料的輸送速度；
所述收集利用子系統連接氫氣發電系統的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統或/和氫氣發電系統使用，收集到的水作為制氫子系統的原料，從而循環使用；
所述收集利用子系統包括氫氧分離器、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，而後分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離。
作為本發明的一種優選方案，所述制氫子系統還包括固態氫氣儲存容器、快速啟動裝置；
所述固態氫氣儲存容器與制氫設備連接；所述固態氫氣儲存容器中儲存固態氫氣，當制氫系統啟動時，通過氣化模塊將固態氫氣轉換為氣態氫氣，氣態氫氣通過燃燒放熱，為制氫設備提供啟動熱能，作為制氫設備的啟動能源；
所述快速啟動裝置為制氫設備提供啟動能源；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構、第一氣化管路，第一氣化管路的內徑為1～2mm，第一氣化管路緊密地纏繞於第一加熱機構上；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，而後通過點火機構點火燃燒；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到自燃點，甲醇從第一氣化管路輸出後直接自燃；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置於所述重整室內，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加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇氣化；所述重整室內壁設有加熱管路，加熱管路內放有催化劑；所述快速啟動裝置通過加熱所述加熱管路為重整室加熱；所述制氫系統啟動後，制氫系統通過制氫設備製得的氫氣提供運行所需的能源。
作為本發明的一種優選方案，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、太陽能電能轉換電路、太陽能電池；太陽能啟動模塊為第一加熱機構提供電能；或者，所述快速啟動裝置的初始啟動能源為手動發電機，手動發電機將發出的電能存儲於電池中。
本發明的有益效果在於：本發明提出的能有效利用自然能的自供電生態系統，可利用自然能源發電，並能將多餘電能以甲醇的方式存儲，在供電高峰可以通過甲醇發電。本發明更有利於充分地利用能源，節能環保。
附圖說明
圖1為本發明自供電生態系統的組成示意圖。
圖2為本發明系統中甲醇制氫系統的組成示意圖。
圖3為制氫設備中快速啟動裝置的結構示意圖
圖4為制氫設備及其加熱管路的結構示意圖。
圖5為設有安全閥的制氫設備的組成示意圖。
圖6為設有安全閥的制氫設備的另一種狀態下的示意圖。
圖7為本發明系統中燃料電池系統的組成示意圖。
圖8為液體儲存容器的結構示意圖。
圖9為本發明系統中甲醇製備設備的組成示意圖。
具體實施方式
下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
實施例一
請參閱圖1，本發明揭示了一種能有效利用自然能的自供電生態系統，包括： 風能發電單元、太陽能發電單元、沼氣發電單元、甲醇發電單元、充電電池、充電單元、電制氫單元、甲醇製備設備、主控單元(還可以包括其他發電單元)。所述主控單元分別連接風能發電單元、太陽能發電單元、沼氣發電單元、甲醇發電單元、充電電池、充電單元、電制氫單元、甲醇製備設備，控制各個單元的工作。
所述風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發電單元分別連接用電設備，直接為用電設備供電。所述風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發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備的開啟狀態，從而獲取實時用電需求數據；同時，主控單元獲取風能發電單元、太陽能發電單元、甲醇發電單元的實時發電量數據。
所述主控單元根據實時用電需求數據、實時發電量數據做相應控制；當發電量數據大於用電需求數據時，控制充電單元將多餘電能為充電電池充電；當發電量數據小於用電需求數據時，通過啟動充電電池為用電設備供電。
所述沼氣發電單元用以將生物質通過發酵製得沼氣，通過沼氣發電。
所述甲醇發電單元利用甲醇發電，同時生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇製備設備。
所述電制氫單元用以將水電解，得到氫氣及氧氣，將氫氣輸送至甲醇製備設備；電制氫單元在發電量剩餘數據達到設定值時啟動，利用餘量電能制氫。
所述甲醇製備設備用以利用氫氣、二氧化碳製得甲醇；所述甲醇製備設備在發電量剩餘數據達到設定高值時啟動，製得甲醇。
所述甲醇發電單元包括甲醇制氫系統、氫氣發電系統，甲醇制氫系統與氫氣發電系統連接。
本實施例中，請參閱圖2，甲醇制氫系統為小型可攜式制氫設備，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有隔板101，隔板101的一側設置反應液體，另一側設置氫氣發電系統釋放、而後被壓縮的液態或固態的二氧化碳。隔 板101連接有驅動機構，在儲存容器內的液體減少或二氧化碳增加達到設定條件時，驅動機構驅動隔板動作，減少存儲反應液體區域的容積，增加存儲二氧化碳區域的容積。這樣可以在製備氫氣的同時，收集釋放的二氧化碳，減少二氧化碳氣體的排放，收集的二氧化碳還可以作為後續工序的原料。隔板101的兩端設置於滑槽102內，能沿滑槽102滑動。
所述液體儲存容器還可以包括控制模塊、感應模塊；所述驅動機構包括電機，感應模塊包括壓力傳感器或/和液位傳感器；所述感應模塊用以感應容器內反應液體的量，同時感應氫氣發電系統釋放、而後被壓縮的液態或固態的二氧化碳的量；並將感應數據發送至控制模塊；所述控制模塊根據感應模塊感應的數據控制驅動機構對間隔機構的動作；在液體存儲容器內的液體減少或二氧化碳增加達到設定條件時，驅動機構驅動間隔機構動作，減少反應液體的容積，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、加熱機構42、氣化管路43，氣化管路43的內徑為1～2mm，氣化管路43纏繞於加熱機構42上；所述加熱機構可以為電加熱棒，利用交流電或蓄電池、乾電池即可。
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，而後通過點火機構點火燃燒；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到自燃點，甲醇從氣化管路43輸出後直接自燃；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的重整室內壁設有加熱管路21，加熱管路21內放有催化劑(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置於重整室內，第二氣化管路為重整室加熱(還可以為制氫設備其他單元加熱)。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加熱第二氣化管路，將第二氣化管路中的甲醇氣化。當第二啟動裝置可以持續製得氣化的甲醇後設定時間，可以關閉上述快速啟動裝置，從而進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；膜分離裝置設置於分離室內，分離室設置於重整室內的上部。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，換熱後進入氣化室氣化；氣化後的甲醇蒸氣及水蒸氣進入重整室，重整室內設有催化劑，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置於重整室的上部，能通過重整室上部的高溫繼續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衝，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。所述分離室內的溫度設定為350℃～570℃；分離室內設有膜分離器，從膜分離器的產氣端得到氫氣。通過上述改進，可以分別保證重整室內催化劑的低溫要求，以及分離室的高溫要求，進而提高氫氣製備效率；同時，本發明的預熱方式(將分離室設置於重整室內的上部)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含量佔催化劑總質量的0.6％～1.8％，Pd含量佔催化劑總質量的1.1％～4％，Cu的氧化物佔催化劑總質量的6％～12％，Fe的氧化物佔催化劑總質量的3％～8％，Zn的氧化物佔催化劑總質量的8％～20％，稀土金屬氧化物佔催化劑總質量的6％～40％，其餘為過渡金屬氧化物；
或者，所述催化劑為銅基催化劑，包括物質及其質量份數為：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，使得制氫裝置製得的氫氣具有足夠的壓強。所述制氫裝置製得的氫氣輸送至膜分離裝置進行分離，用於分離氫氣的膜分離裝置的內外壓強之差大於等於0.7M Pa。通過該改進，使得制氫 裝置製得的氫氣具有足夠的壓強，可提高制氫效率及製得氫氣的純度。
所述制氫設備啟動後，制氫設備通過制氫裝置製得的氫氣提供運行所需的能源；此時，可以關閉快速啟動裝置。由於制氫裝置製得的部分氫氣或/和餘氣通過燃燒維持制氫設備運行，從而可以減少對外部能源的依靠，自適應能力強。
所述制氫設備排出的高溫氣體作為汽車空調暖氣的熱源，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，換熱管路內為車輛空調的流通氣體，換熱管路外為制氫設備排出的高溫氣體或者被高溫氣體加熱後的高溫液體。
所述熱量交換裝置設有微處理器、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、車輛空調控制器，根據高溫氣體溫度傳感器、流量傳感器感應的高溫氣體的溫度、流量及車輛空調的控制參數控制閥門控制器，通過閥門控制器調整閥門的大小，從而調整通向熱量交換裝置內的高溫氣體的流量。
此外，請參閱圖5、圖6，所述氫氣輸送管路60設有彈簧安全閥61，彈簧安全閥61包括閥主體、彈簧機構、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設置(當然原料輸送裝置50也可以為其他動力裝置)，在彈起端彈起時能斷開原料輸送裝置的開關。通過在氫氣輸送管路設置機械安全閥，在氣壓達到設定值時機械安全閥打開，並能控制原料輸送裝置停止輸送原料。從而可以提高設備運行的安全性，防止氫氣洩露及爆炸。
具體地，本實施例中，所述輸送泵的開關包括接觸段62及三個埠，三個埠分別為第一埠63、第二埠64、第三埠65。所述接觸段62的一端可旋轉地設置於第一埠63，第一埠63連接輸送泵；接觸段62的另一端能接觸第二埠64或第三埠65。
所述第二埠64連接電源，第一埠63連接第二埠64時，能控制輸送泵工作。所述第三埠65連接報警發送裝置，當第一埠連接第三埠65時，能控制輸送泵不工作，同時報警發送裝置發送報警信息(如通過簡訊的方式)至對應的伺服器或客戶端，可以通知相應人員。
所述氫氣發電裝置連接制氫設備，將發出的部分直流電輸送至制氫設備；制氫設備通過自己製得的直流電帶動電磁加熱裝置為重整室、分離室加熱；同時， 還將發出的直流電輸送至系統的深層海水抽取設備、海水提純裝置、氧氣輸送設備、水生成設備，供這些設備運行，同時還供氫氣發電裝置自身運行。
所述制氫設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，設置於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；電磁控制器根據溫度傳感器、壓力傳感器感應到的數據控制第一加熱線圈、第二加熱線圈的電流，能使重整室、分離室瞬間達到設定溫度。
所述制氫設備還包括電能估算模塊、氫氣製備檢測模塊、電能存儲模塊；所述電能估算模塊用以估算氫氣發電裝置實時發出的電能是否能滿足重整、分離時需要消耗的電能；如果滿足，則關閉快速啟動裝置。
氫氣製備檢測模塊用來檢測制氫設備實時製備的氫氣是否穩定；若制氫設備製備的氫氣不穩定，則控制快速啟動裝置再次啟動，並將得到的電能部分存儲於電能存儲模塊，當電能不足以提供制氫設備的消耗時使用。
請參閱圖7，本實施例中，所述氫氣發電裝置200為燃料電池系統，燃料電池系統包括：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後進入電堆201，混合容器203的一端連接空氣；壓縮氣體進入混合容器203後產生的動力將自然空氣按設定比例吸進電堆反應，調節氧氣含量。
所述燃料電池系統還包括空氣進氣管路、出氣管路，空氣進氣管路、出氣管路均經過溼化系統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後進入電堆201。
所述燃料電池系統還包括氣體調節系統，氣體調節系統設置於混合容器203內；所述氣體調節系統包括閥門調節控制裝置，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混合容器中混合的空氣與氧氣中氧氣的含量，並將感應到的數據發送至閥門調節控制裝置。
所述壓縮氣體壓縮比傳感器用以感應壓縮氧氣的壓縮比，並將感應到的數據發送至閥門調節控制裝置。
所述閥門調節控制裝置根據氧氣含量傳感器或/和壓縮氣體壓縮比傳感器的感應結果調節氧氣輸送閥門、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％)；壓縮氧氣進入混合容器後產生的動力將混合氣體推送至電堆反應，利用自然空氣做稀釋減壓。
所述溼化系統204包括溼度交換容器、溼度交換管路，溼度交換管路為空氣進氣管路的一部分；經過燃料電池反應的氣體通過出氣管路輸送至溼度交換容器。
所述溼度交換管路的材料只透水不透氣，使得反應後氣體與自然空氣進行溼度交換，而氣體之間無法流通。溼度交換管路在溼度交換容器中螺旋設置，可以充分進行溼度交換。
請參閱圖9，所述甲醇製備設備包括：氮氣輸送裝置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。
所述氮氣輸送裝置A1包括氮氣存儲容器、第一輸送管路，第一輸送管路設有第一截止閥A11、第一質量流量計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，第二輸送管路設有第二截止閥、第二質量流量計。
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，第三輸送管路設有第三截止閥、第三質量流量計，第四輸送管路設有第四截止閥、第四質量流量計。
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於一第一三通閥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於一第一四通閥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器A7，第五輸送管路設有第五質量流量計、壓強計。
所述微型固定床反應器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，先控制高純氮氣和高純氫氣以設定的比例經過第一混合器混合後通過催化劑床層排空，待催化劑還原完成後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背壓閥升壓到一定壓力再經醇水分離器分離出產物甲醇和水，未反應的氣體經過原料氣補充後繼續通過反應器循環反應。
實施例二
本實施例與實施例一的區別在於，本實施例中，所述甲醇制氫系統還包括氣壓調節子系統、收集利用子系統。
所述氣壓調節子系統包括微處理器、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置於傳輸管路中，用以感應傳輸管路中的氣壓數據，並將感應的氣壓數據發送至微處理器；所述微處理器將從氣體壓力傳感器接收的該氣壓數據與設定閾值區間進行比對；當接收到的壓力數據高於設定閾值區間的最大值，微處理器控制閥門控制器打開出氣閥設定時間，使得傳輸管路中氣壓處於設定範圍，同時出氣管路的一端連接出氣閥，另一端連接所述制氫子系統，通過燃燒為制氫子系統的需加熱設備進行加熱；當接收到的壓力數據低於設定閾值區間的最小值，微處理器控制所述制氫子系統加快原料的輸送速度。
所述收集利用子系統連接氫氣發電系統的排氣通道出口，從排出的氣體中分別收集氫氣、氧氣、水，利用收集到的氫氣、氧氣供制氫子系統或/和氫氣發電系統使用，收集到的水作為制氫子系統的原料，從而循環使用。所述收集利用子 系統包括氫氧分離器、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，而後分別將氫氣與水分離、氧氣與水分離。
實施例三
一種能有效利用自然能的自供電生態系統，所述自供電生態系統包括：甲醇發電單元、第二發電單元、儲電單元、充電單元、甲醇製備設備、主控單元。
所述主控單元分別連接甲醇發電單元、第二發電單元、儲電單元、充電單元、甲醇製備設備，控制各個單元的工作。
所述甲醇發電單元、第二發電單元分別連接用電設備，直接為用電設備供電；所述甲醇發電單元、第二發電單元分別連接充電單元，通過充電單元為儲電單元充電。
所述甲醇發電單元利用甲醇發電，同時生成二氧化碳，將生成的二氧化碳輸送至甲醇製備設備。
所述甲醇製備設備包括氫氣輸送裝置、第二輸送裝置、合成反應器；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器連接；所述合成反應器內氫氣與二氧化碳或一氧化碳反應，生成甲醇及水。
綜上所述，本發明提出的能有效利用自然能的自供電生態系統，可利用自然能源發電，並能將多餘電能以甲醇的方式存儲，在供電高峰可以通過甲醇發電。本發明更有利於充分地利用能源，節能環保。
這裡本發明的描述和應用是說明性的，並非想將本發明的範圍限制在上述實施例中。這裡所披露的實施例的變形和改變是可能的，對於那些本領域的普通技術人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領域技術人員應該清楚的是，在不脫離本發明的精神或本質特徵的情況下，本發明可以以其它形式、結構、布置、比例，以及用其它組件、材料和部件來實現。在不脫離本發明範圍和精神的情況下，可以對這裡所披露的實施例進行其它變形和改變。