专利名称：一种发电的方法“太阳草电”的制作方法
技术领域：
本发明涉及把太阳能和生物质能加合起来进行制氢发电的技术。
二背景技术：
通常太阳能发电，主要是用半导体硅太阳电池进行。生物质能发电，则是通过生物质燃烧或沼气燃烧进行发电。两种发电方
法， 一是各.自独立，分道扬标r既不相互利用y，更无协同效应；二是两种发电过程中能量利用率都较低(《18%)，所以对可再生
资源总利用效果很不理想。
三
发明内容
为了克服已有技术之不足，1984年我们在《四川科技发展战略文选》书中提出把太阳能与生物持能结起来发电即使太阳能发电效率提高，又使生物质能资源得到充分利用。.生物质能资源包括草、桔杆、人畜类、村枝叶、农村垃圾等。针对四川现有可利用草场达2.5亿亩，人工管理，种植良种草，年产草可达3-5亿吨。太阳能也非常丰富，综合利用这两种资源制氢发电，简称"太阳草电"。本发明进一步公开"太阳草电"的一些实质内容。
首先认识以上多样化生物质能资源的共性(1)它们的主成份都是纤维素、木质素、半纤维素三种。正因为如此，而有它
们的"炭化"产物也基本一致(略有差别)木炭，木醋液(醋酸、
甲醇、丙酮、焦油、水)，不凝气(C02、 C仏、少暈C0、 H2); (2)
3是生物,质的"炭化"过程，是放热过程具有较大热效应，它们在炭化窑、釜中密闭"炭化"，除启动而外，基本上不消耗外加能量，
自动升温获得炭化产物(如用汤辛工业窑)；(3)生物质为可燃有
机化合物，它们的燃烧热在任何情况也不等于其分解的个别组分燃烧热的总和。有些化合物的燃烧热，低于其个别组分燃烧热的总和，而另一些化合物的燃烧热则高于其个别组分燃烧热的总和。在"太阳草电"中充分利用前者作为获得大量发热物质的基础。
本发明中选用CH4，如果把C&与不燃物C02混合在〈800'C温度下，提供61. 76千卡/niol (由太阳能提供)的反应热进行复分解反应，得到组分为2C0和组分2H2，这些组分的燃烧热的总和远大于CH4本身的燃烧热。
(4)'生物质能资源另一特征(与石油、煤、天燃气、铀235等大于相同)是可以形成封闭循环，即从某化合物开始，经由一.系列化学反应后还是回到某化合物自身。例如"太阳草电"工艺流程图附图
一从大气C02+H20幵始，依次经由l、 a二光合作用——在太阳光作用下，植物叶缘素把大气C02和水转化为多醣体，草木质生物质。再经2、 b-生物发酵——在沼气池中，草木残渣在沼气菌作用下，把草木残渣变为沼气甲垸和沿渣。接着进行3、c-炭^^作用；通过隔氧加热把干沿渣转变为木炭和挥发物(含小部分木炭甲烷)。再进行4、 d-水分解在未超过90(TC时加热，水蒸汽与木炭作用产生C02和氢气(木炭氢)。5、 e-太阳复分解，首先把沼气甲烷、木炭甲烷混合与C02—道在聚黑太阳能作用下，复分解为一氧化炭CO和氢气(太阳氢)
C02+CH4^ 2C0+2H2 。最后6、 f-电化学燃烧，在氢燃料电池中，
4木炭氢、太阳氢与空气氧作用，产生电力和水、水再与大气C02
在l、 a-光合作用中返回以上循环。
"太阳草电"使用的循环群是等值群中的[bcdefa]，为了简化说明，结合一些实施例(施大1000倍计算)按太一阳草电工艺流程图一进行实量阐述。
设备釜A—一个改进了汤辛窑，釜壁四周高保温，内壁耐高温，釜顶有密封加料斗和出气管，底部插进超导热管组进入釜内，也带一个进气管。cde化学反应都在此釜中进行。
附图一中2、 b—生物发酵1000kg干粪、干草混合物，在沼气池中发酵，产生沼气300m3 (CH460%)，比重0.56计沼气giUOO. 8kg，牛沼渣899. 2kg,。
附图一中3、 c一炭化作用干沼渣899.2kg装入釜A，底部加热，由超导热瞀把热量引入装料中，升温到45(TC启动炭化作用后，停止加热，靠反应放热维持反应继续进行，产生木炭360kg。木炭留釜中形成木炭层，不凝气体中"木炭甲垸"30kg暂储于木炭甲垸罐，木醋液送化工车间。
附图一中4、 d—水分解由釜A底通入水蒸气经过800。C赤热木炭层，该温度是由下述供热方法来维持；由于只维持80(TC，未超过90(TC以上，水煤气反应C+ H20—C0+H2不发生，而进行如下4、 d-水分解为主的反应
C (木炭)+2H20 C02+2H2Q=-42. 18千卡/mol
mol: 12 44 2X2
实量360kg 1320kg y二120kg氢(木炭氢)
反应吸热1320kgX1000X (-42. 18) /44=-1265400千卡
5供热此热量由上次循环留储的下述反应e产生457. 8kgC0的燃烧热1405124千卡来供应，由超导热管把热传入木炭层使木炭赤热来实现(C0燃烧热3034千卡/m3，比重0.9885， 457. 8kgX3034 + 0. 9885=1405124千卡)。多出的燃烧热用于变压吸附分离混合气体产物，其中C02暂储于C02罐。120kg木炭氢H2用作最后f-电化学燃烧发电的一部分。
附图一中5、 e-太阳复分解用"木炭甲烷"30kg (来自木炭甲烷罐)加上沼气甲垸100. 8kg (来自沼气池)与来自C02罐的359. 7kgC02混合，由釜底通入釜内，由超导热管把聚焦太阳能热量传入釜内，温度维持70CTC-80(TC发生复分解反应，因为釜中含部分残留木炭(或有意由气体带微02)作为活化剂，在此温度下C02几乎完全生成C0 (如果使用煤焦炭则需1000°C-IIO(TC)，同时发生5、 e-复分解如下
C02 + CH 4 .、 2C0 +2H2 Q=-61. 76千卡/
MOL; 44 16 —2X28 2X2
实量；359. 7kg 100. 8kg+30kg x=457. 8kC0 y=32. 7kgH]太阳氢)
反应吸热；32. 7kgX1000X (-61.76)/2X2二504888千卡，由下述太阳镜提供。供热；1263m2太阳镜(多个平面镜组合的凹面聚焦镜)工作6小时(66. 6千卡/012时)，则太阳镜提供能量1263X66. 6X6=504888千卡，满足反应e使用需要。
分离；变压吸附分离混合气体产物，CO暂储于CO罐用作下次循环d步骤加热使用，分离所得"太阳H2"用作图一中6、 f-电;f七学燃烧发电的另一部份H2燃料。
计算"太阳草电"的太阳能利用率单纯用本步骤e反应所
6得"太阳氢"H2，进行燃料电池发电来计算。
由以上可知，太阳提供的总能量为504888/861=586. 3千瓦小 时所得"太阳氢"32. 7kg。它的氢燃料电池发电量32. 7kgX29150 XO. 5/861=533千瓦小时。(氢燃料电池效率0.5， 1千卡二1/861 千专小时，29150千卡/kg氢的燃烧热)，由于5、 g-复分解为可 逆反应，实际回收氢量80%，则发电量为553X0.8=443千瓦小时。
于是太阳能发电利用率443/586.3=75.5%，大于其它方法的 太阳能发电利用率(《18%)。
附图一中6、 f-电化学燃烧用d步产生的120kg "木炭氢" 和e步产生的32. 7X0. 8=26. 16kg太阳H2，共146. 2kg氢用于在 我国已基本成熟的氢燃料电池中电化学燃烧发电，则得"太阳草 电"总发电量146. 2kgX29150千卡/kgX0. 5/861=2475千瓦小 时。约相当于1吨汽油发电量(1000kgX 11000千卡/kgX 0. 18/861=2299. 7千专小时)。 —
发电产生的H20和以前步聚CO燃烧产生的C02都返回a步光 合作用，完成封闭循环[bcdefa]，无多余C02去增加温室效应层 厚度，环境友好。
4、对照现有技术本发明的有益效果是
设一村100家农户'，平均每户每日提供人畜粪、秸杆、草竹 木枝叶10kg，在沼气池上安装1263m2太阳聚焦镜，由太阳草电 [bcdefa]循环，把这些生物质能和太阳能充分利用起来，可得 H2146. 2kg，按上海"超越三号"汽车走200公里耗氢1. 4kg，则 146.2kg氢，可供该类车100部(每户一部)各行200公里/日， 废气为水，该车无C02排放。由于[bcdefa]循环主要为气体流动，
7"太阳草电"的循环系统中除用太阳能和生物质的化学放热 而外，不用其它任何能源发电，这种发电，效率高于许多发电方 法。
实施例4上除已用到某些实施而外，1卜充实施用小型釜A， 装入lkg干料(草畜粪=1: 1)，升温到45(TC，停止加热，由
生物质自发热，维持2小时反应得木炭490克，溜出木醋液309
克，不凝气201克，化学分析如下
不凝气体C0270. 8克，C040. 1克，CH450. 0克，损耗40. 1
克
/木醋液焦油86.2克，醋酸60.2，甲醇9克，丙酮1克， 水152. 6克。
8
权利要求
1、一种简称为“太阳草电”的发电方法，其特征是把太阳能和生物质能加合起来进行制氢发电。生物质由CO2和H2O在a-光合作用下形成，它经由下一步的b-生物发酵，C-炭化作用，d-水分解，e-太阳能复分解，f-电化学燃烧又变为CO2和H2O，于是形成一个由这些化学反应组成的封闭循环[abcdef]，该循环体系中由a-光合作用和e-复分解两个化学反应吸收太阳能制得H2，H2经过f-电化学燃烧(氢燃料电池中)输出电能，循环中产生的CO2、H2O返回封闭循环，无大气污染。生物质通过b-生物发酵得沼气甲烷，沼渣通过c-炭化作用得木炭+木炭甲烷，木炭通过d-水分解得CO2和木炭氢，沼气甲烷+木炭甲烷+CO2在聚焦太阳能作用下进行e-太阳能复分解得CO和太阳氢，太阳氢+木炭氢+空气氧进行f氢燃料电池电化学燃烧发电。c-炭化作用、d-水分解、e-复分解都是在一个釜A中不同时间、不同温度下进行。
2、根据权利要求l，釜A的特征是釜壁四周高保温，内壁耐 高温900°C，釜顶有密封加料斗和出气管，釜底部插进超导热管 组进入釜内，还具有一个进气管，排料口。
全文摘要
一种简称为“太阳草电”的发电方法，是把太阳能和生物质能资源(草、粪、竹木枝等)结合起来制“木炭氢”和“太阳能氢”。它们都用于电化学燃烧发电，结合后的太阳能发电效率理论上可达75.5％。1吨生物质能资源与太阳能586.3千瓦小时结合可发电2475千瓦小时。(约等于1吨普通汽油的发电量)。
文档编号H01M14/00GK101459268SQ20071005073
公开日2009年6月17日 申请日期2007年12月11日 优先权日2007年12月11日
发明者正 古, 琦 古, 健 罗 申请人:古 琴