专利名称：超生态发电场的制作方法
技术领域：
能源植物，植物生理、沼气发酵，环境保护、基因工程、内、外燃发电机、人造气候、 光电转换、能量存储、零排放技术、透光隔热、微波硫灯、冷热交换、水务紫外线杀菌、光机电一体化技术、工业化的理念、智能控制系统
背景技术：
2008年本人在《生态电池20081016》(已于20100331公开)植物和热力发电机共存一个封闭体，实现碳循环，转光为电的发明原理。随着社会的进步，低碳经济变得越来越重要。另一方面、一些公认再生能的获取实际价值，也引起了人们的怀疑、如光伏产业的关键材料多晶硅行业而言，数据表明，1千瓦多晶硅光点需要10公斤多晶硅，而制造这些多晶硅需要6000度左右的电能，排放超过40公斤四氯化硅等剧毒物质。研究表明，目前多晶硅光伏的净发电量实际为负值，制造一套多晶硅光伏系统所需能量和这套系统使用寿命能发的全部电能差不多。风能和其他的一些再生能源，不但造价不菲，更受到地域的限制，一些核心技术，及其和技术相关的理论体系不完备，将会严重影响其使用寿命和长期运行的安全性。随着科技的进步，人们对植物的光合作用的认识越来越深刻，原先人们认为植物对光的吸收主要是对440nm、和700nm有较强的吸收，因而得出植物的最高吸收率为5%，根据产量的倒推一般作物的光能利用率在0. 4% .而现代科学家测出植物在可见光范围都有吸收，稍微有一些蓝光，即使在很暗的的阴天，作物也能长势良好。由此得出植物的太阳光的吸收的18. 7^ 观1^，而目前最好的光电池的能量转换效率只有10%到18%，挖掘的潜力非常大。美国也对植物的研究的经费投入4. 5亿美元，超过了对核聚变能源的投入，我国科学家也是测出植物的光合的光能利用率在8% 12% ；水浮莲和蓝藻工人是两大水体污染物，但水浮莲与蓝藻配合产生的沼气已发酵达 70%,目前已测到水浮莲每公顷日产干物质1. 8吨，可产沼气666m3，按10h/d/500w计算器光能利用率达5.9%。说明它们在自然环境下就有很高的光能利用率，切特适应沼液肥料； 谁是植物用以发酵，产生的有害其体较少，是很好的再生能源物质。沼气发电通常认为lm3沼气一度电，而现德国德驰公司已做到了 6. 4 6. 7kwh/ m3，我国科技工作者也已达到了 2. 5kwh/m3，综合利用率达80%，潜力巨大。C02是温室气体，明显增多可能造成气候的异常；但诸多研究表明局部的提高大气C02的浓度，能提高植物的产量，如果二氧化碳浓度恢复到恐龙时代的一半，即接近 0.1%，那么植物产量提高一倍。沙漠气候的特征是白天其温高，夜晚温度低，日夜温差大。是一般植物的禁地。但是如果创造条件让某些植物白天最大限度的生长，夜晚的较冷的气候反而以有利于减少呼吸相当于增加产能(特别是高浓度C02氛围高速生长植物，夜晚的高温呼吸，造成的有机物损耗很大)。也就是说沙漠是热能和冷能都非常丰hη富的地区，囫囵一想其能量为零，是一个贫瘠的地方。用得好其能量将加倍。显然，雪域高原也是具有气候特征的区域，其实路径是一通百通。 就目前的这种模式，把生物能源作为一种主要选择，也不现实，首先我们不能冒天下国际之大不韪，把C02高一倍以上，把C02提高现在水平的一倍以上，即使让任意排放，短期内也没有许多碳源。再说，目前的农业用地基本上用于粮食生产了，生物燃料的产量远远满足不了工业燃料需求，07年美国开始立法生产生物乙醇，结果立刻导致粮价大涨，受到全球谴责。美国人口密度比我们低得多，人均有效耕地比我们高得多，尚且如此。而我国若是拿出实际耕地10%，也会引起局部的饥荒，也许还可容忍。发展生态能源，如果不要有效耕地，并与治荒、治沙、治水结合起来那更好，有这种可能吗？本发明是其中的可能性之
发明内容
本发明是借助碳循环将太阳能通过植物和热力发电机或燃料电池在一个透明封闭体内活动的宏观的光/电转换装置。本发明是生态电池O00810156139.X)升级版，更强调植物生长环境的优化。超生态环境特征是空气富含C02、水体或土壤富营养、日夜温差显著，其仅适应某些植物有阳光时高效光合作用，超常疯长存碳、黑暗时反常降温抑氧保碳； 其C02主要来自净化的发电机尾气，富营养化水体主要由纯化的沼液和转化的沼渣提供， 收获的植物供连续沼气发生装置发酵使用；其产生的沼气连同植物光合作用放出的氧气供给热力发电机或燃料电池发电；其正常运行后，与外界无任何物质交换，接受光能，输出电能；预计其大规模实施，千瓦投资与水力发电持平，其单位面积光/电转换效率接近光伏电池。且可独立建于沙漠等恶劣环境中，提供大量的零碳环保的电力。实现上述目的的技术方案是超生态发电场，参见幅图1，它由四个超生态高透光大棚(1-1、1-2、1-3、1-4)及其速长植物，配氮纯化生态区(3-1、3-2)、虹吸环流风道0-1、2-2)、连续水生植物脱水熟化区(6)，连续沼气产气池(7)、混料与沼液沼渣纯化区(8)、水温调节池(9)，燃气发电装置与配电室工作区(10，11)以相连的管道组成；其中超生态大棚(1-1，1_2、1-3、1-4)、配氮纯化生态区、虹吸环流风道，组成环藕型封闭空间；在环藕封闭空间内，空气和水体沿着(1-1、 2-1、1-2、3-2、1-3、2-2、1-4、3-1、1-1)逆时针循环运动；在超生态发电场内，实现碳循环、 水循环、气体循环、养料循环、热能充分利用、冷能因地利用；超生态发电场接受光能，，输出电能。其场内外没有物质交换。上述超生态发电场，所述的超生态大棚是高透光的玻璃棚顶、棚底富营养水体，及气/水循环与收获机构组成；所属的超生态是具有比正常大气搞得多C02，一般在0. 左右，白天较高的温度，通常在30°C 40°C之间，较高的湿度，相对湿度在80%，微微流动的富营养水体；可见光透过率90%以上，紫外线较少，特别适应一些水草高速生长。上述超生态发电场，所述的水生植物选择水浮莲，水葫芦、水花生，也是其它速生高产的植物。上述超生态发电场，所述的碳循环是由植物光合作吸收空气中的二氧化碳，植被收获后发酵产沼气，也可以是其它可燃物，供给热力发电机，发动机所需的氧气，取自超生态大棚里植物光合作用放出的氧气，还可以是燃料电池发电，发电机的尾气及其的汽凝水， 连同沼液和沼渣再补充大棚循环使用，；需要特别指出的在自然生态环境中，这种碳循环在动物与植物之间进行；在超生态环境中的碳循环，没有动物，代替动物完成碳循环是做功发电装置。上述的超生态发电场，所述的配氮纯化生态区(3-1、3_幻是由透明的棚顶，曲流水到的富营养水体，热管循环散热泵区G-1、4-2)、UV电化区(5-1，5-2)组成；所属的热管循环散热泵，是利用热管原理，夜晚时分当外界较低时，开动水泵迅速通过热管降温，减少植物的呼吸以保存碳能；所述的UV电化区，使水体杀菌，藻类禁长区；沼液在这里初步氧化后，再施向超生态大棚里水生植物；其收获的藻类掺入水生植物，以提高沼气的甲烷含量。上述的超生态发电场，所述的虹吸环流风道0-1、2_2)由工业用强力排风扇，以虹吸和双喇叭形风道组成，风扇安装在喇叭的最细处，经过冷却的发电机尾气，含有浓度 C02较高，通过管道的虹吸口被稀释约1000倍，进入超生态大棚，补充大棚内C02.上述的超生态发电场，所述的环藕型封闭空间是由4个超生态大棚与两个配氮生态棚组成环藕形态，在藕节处设计有堂鼓型风道，在这风道较细处安装工业排风扇，在风道直径最小处，通过管道21接入由沼气发电机排出的尾气，利用虹吸效应，将含有10%左右 C02沼气发电机尾气稀释至含有C02 0. 左右最适合植物生长的超生态微气候，为了避免风流短路，在藕节型风道的两端，除了堂鼓型风道外，没有其它通风处，整个大棚方阵，风向环流呈水平逆时针方向。上述的超生态发电场，所述的热能充分利用为了加速固相料的熟化酸环过程，将植物的汁水自上而下，和由下而上热力发电机也可是燃料电池的尾气，经过曲流板热交换， 曲流装置与熟化井壁相连，利用热传导间接加热湿料，加速熟化和酸化过程，从而，加速整个发酵过程，提高单位时间、单位体积的沼气产量，同时降低了尾气温度以利用管道21进入大棚，浓缩了植物的浆汁减轻了利用管道观进入沼气的液体流量，并提高了池温。本发明的有益效果是预计其大规模实施，千瓦投资与水力发电持平，其单位面积光/电转换效率接近光伏电池。且可独立建于沙漠等恶劣环境中，提供大量的零碳环保的电力。为从根本上解决能源危机、环境危机提供了可以预期的科学途径；也为有价值的开发利用沙漠或荒滩，造福人类，拓展各类低碳产业以及改善动植物生存环境确立了坚实的基础，在全世界范围内必将引发一场环境友好的低碳经济建设的新浪潮。推动人类文明、和谐发展迈向更高的层次。
图中各标记如下1-1、1-2、1-3、1-4 超生态高透光大棚，其中C02浓度超过常规之指标，水分、养料以及温度的调节，都是按最适合某些高速的环境现择最佳配置。2-1,2-2 虹吸环流风道；同时，利用虹吸作用，抽取管道22的尾气，与大量的空气汇流。3-1,3-2 配氮生态区，主要种一些与大棚配合成合理的碳氮比，通常培养一些藻类，氧化刚从连续沼气发酵池的沼液，兼改变空间，类似肺功能，以平衡棚内外的气压差。6，连续水生植物脱水熟化区。它有三个功能，利用管道22流尽的水，与其管道M 发电机的尾气对流、即水自上向下流，经过曲流片与上行发电机尾气，充分接触换热，发电机的高温尾气，因引水而降温，有利于送入超生态大棚，补充大棚中的C02;管道22中的水实际上是植物浆汁，经高温为其气化带走部分水分，提高了浓度，有利于沼气发酵；导热的曲流片在热交换中，受热并将热量传给酸化井，提高物料酸化的温度，加速生料的酸化；酸化井的利用进/出端高程差产生的压力差，将物料层压，脱水、酸化、并由井底反顶推至另一出口，进入产气池。井深与物料的酸化时间成正比，井的截面积与单位时间来料最大量成正比。7 连续沼气产气池，进料来自酸化井的管道观，水份来自管道28原料经初步浓缩且加了温桨汁，产生的沼气经管道26进入朝气发电机组。8:混料与沼液、沼渣纯化区，它是早期有相关技术可能做不到完全封闭循环再利用，而处于半封闭的状态。9 ；水温调节池
10，11 发电机与配电室工作区
12--l、12-2、13-l、13-2、14-l、14-2 环风管
15--1、15-2、16-1、16-2 棚内空气与C02混气
17螺旋推进通道
18大鹏循环水回流管道
19大鹏循环水浸水管道
20初始原料进口
21经水冷后发电机尾气管道
22间接冷却原料姜汁出口管道
23原料姜汁间作冷却剂入口管道
24发电机高温尾气管道
25大鹏中进入发电机的空气管道
26沼气管道
27以催熟酸化原料进口
28以浓缩的原料降至进入发酵池管道
29菌种与配料进入酸化井管道
30沼液管道
31沼渣管道
32植物养料输送管道
33配料输入管道
34半封闭沼液、沼渣出口
具体实施例方式
本发明的雏形构建宽25米，深为1. 2米，棚面中间有脊水道，其槽长度为100米的水池，两端有池内水深一米，放养速生、高产的水生植物，池上覆盖有玻璃大棚，形成一个棚内/外相对封闭超生态微气候环境。4个超生态大棚构成一个矩阵，在其内部设有自动收集水生植物的机构，在棚外设有水生植物厌氧发酵和存储沼气的装置，在腔体的一端安装外燃发电机，外燃发电机的燃气使用沼气，助燃空气取自腔体的一端，发电机的燃烧尾气排放到腔体的另一端。其沼液回归水池，连同尾气中的二氧化碳，构成水生植物的富营养的环境，沼气发酵装置和燃气发电机闭路连接。在阳光照耀下。超生态大棚植物高速繁殖生长， 以生物能形式存储光能，适时收集，经厌氧发酵产生沼气，发电机燃烧沼气发电。
据统计，1公顷水浮莲每天生产1. 8吨干物质，之后经过厌气性细菌发酵作用，能产生660立方米沼气，国内比较好的沼气发电效率是lkwh/0. 4m3(世界领先水平，用于沼气发电的内燃机组发电效率约为6. 0-6. 4kffh/m3)，即产生电能1665kwh，以十小时计算，每公顷166. 5kw.(我国平均日照小时数在2200小时以上，年太阳辐射总量大于每平方米5000 兆焦。)，由于超生态微环境，每公顷每年至少可在2200h维持水浮莲以平均1. 800t/10h = 180kg/h生长，这样一公顷规模的生态电池，年总发电量为166. 5kw*2200h = 414700kwh,. 规模投产后，每公顷造价约在300万元，若按国家对光伏发电的优惠收购价，其收回投资远小于十年。其年光能利用率为(414700kwh/10000m2)*3. 6MJ/5000MJ = 2. 98%。如果集成目前世界上，已有的先进技术，其效率更可加倍，其单位千瓦制造成本远低于光伏电池。根据对叶绿素阳光的有效光谱理论吸收率最高为18. 7 观％，如果通过基因工程等现代科技手段，培育出此类植物，超生态发电场就有可能成为某些地方的主要能源之一，而且这是零污染、零排放。实际上这种植物是有可能培育出的，因为对这种植物只有一个指标，即极高固碳率的光合作用，它不需象食物或饲料植物那样考虑其营养、口感、毒性、诱发基因变异等因素，也可不考虑植物病虫害的影响、遗传基因的退化。同时在生态电池腔体内的微气候可以有适合植物疯长较高二氧化碳的浓度，最适宜的温度、最适宜的养分，以及选择最佳的收获时机。提高单面积的产能，不仅可以节约土地，更可大幅度地减少基体建造投资和运营成本。
权利要求
1.超生态发电场，其特征在于它由四个超生态高透光大棚(1-1、1_2、1-3、1-4)及其速长植物，配氮纯化生态区(3-1、3-2)、虹吸环流风道0-1、2-2)、连续水生植物脱水熟化区(6)，连续沼气产气池(7)、混料与沼液沼渣纯化区(8)、水温调节池(9)，燃气发电装置与配电室工作区(10，11)以相连的管道组成；其中超生态大棚(1-1，1_2、1-3、1-4)、配氮纯化生态区、虹吸环流风道，组成环藕型封闭空间；在环藕封闭空间内，空气和水体沿着(1-1、2-1、1-2、3-2、1-3、2-2、1-4、3-1、1-1)逆时针循环运动；在超生态发电场内，实现碳循环， 水循环、气体循环、养料循环、热能充分利用、冷能因地利用；超生态发电场接受光能，输出电能。其场内外没有物质交换。
2.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的超生态大棚是高透光的玻璃棚顶、棚底富营养水体，及气/水循环与收获机构组成；所属的超生态是具有比正常大气搞得多CO2, —般在0. 1 %左右，白天较高的温度，通常在30 V 40°C之间，较高的湿度， 相对湿度在80%，微微流动的富营养水体；可见光透过率90%以上，紫外线较少，特别适应一些水草高速生长。
3.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的水生植物选择水浮莲，水葫芦、水花生，也可以是其它速生高产的植物。
4.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的碳循环是由植物光合作吸收空气中的二氧化碳，植被收获后发酵产沼气，也可以是其它可燃物，供给热力发电机， 发动机所需的氧气，取自超生态大棚里植物光合作用放出的氧气，还可以是燃料电池发电， 发电机的尾气及其的汽凝水，连同沼液和沼渣再补充大棚循环使用；需要特别指出的在自然生态环境中，这种碳循环在动物与植物之间进行；在超生态环境中的碳循环，没有动物， 代替动物完成碳循环是做功发电装置。
5.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的配氮纯化生态区(3-1、3-2)是由透明的棚顶，曲流水到的富营养水体，热管循环散热泵区G-l、4-2)、UV电化区 (5-1,5-2)组成；所属的热管循环散热泵，是利用热管原理，夜晚时分当外界较低时，开动水泵迅速通过热管降温，减少植物的呼吸以保存碳能；所述的UV电化区，使水体杀菌，藻类禁长区；沼液在这里初步氧化后，再施向超生态大棚里水生植物；其收获的藻类掺入水生植物，以提高沼气的甲烷含量。
6.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的虹吸环流风道(2-1、2-2) 由工业用强力排风扇，以虹吸和双喇叭形风道组成，风扇安装在喇叭的最细处，经过冷却的发电机尾气，含有浓度CO2较高，通过管道的虹吸口被稀释约1000倍，进入超生态大棚，补充大棚内CO2.
7.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的环藕型封闭空间是由4 个超生态大棚与两个配氮生态棚组成环藕形态，在藕节处设计有堂鼓型风道，在这风道较细处安装工业排风扇，在风道直径最小处，通过管道21接入由沼气发电机排出的尾气，利用虹吸效应，将含有10%左右(X)2沼气发电机尾气稀释至含有CO2O. 左右最适合植物生长的超生态微气候，为了避免风流短路，在藕节型风道的两端，除了堂鼓型风道外，没有其它通风处，整个大棚方阵，风向环流呈水平逆时针方向。
8.根据权利要求1所述的超生态发电场，其特征在于所述的热能充分利用为了加速固相料的熟化酸环过程，将植物的汁水自上而下，和由下而上热力发电机也可是燃料电池的尾气，经过曲流板热交换，曲流装置与熟化井壁相连，利用热传导间接加热湿料，加速熟化和酸化过程，从而，加速整个发酵过程，提高单位时间、单位体积的沼气产量，同时降低了尾气温度以利用管道21进入大棚，浓缩了植物的浆汁减轻了利用管道观进入沼气的液体流量，并提高了池温。
全文摘要
超生态发电场是借助碳循环将太阳能通过植物和热力发电机或燃料电池在一个透明封闭体内活动的宏观光/电转换系统。其超生态环境特征是空气富含CO2、水体或土壤富营养、日夜温差显著，其仅适应某些植物有阳光时高效光合作用，超常疯长存碳、黑暗时降温抑氧保碳；其CO2主要来自净化的发电机尾气，富营养化水体主要由纯化的沼液和转化的沼渣提供，收获的植物供连续沼气发生装置发酵使用；其产生的沼气连同植物放出的氧气供给热力发电机发电；其正常运行后，与外界无任何物质交换，接受光能，输出电能；预计其大规模实施，其千瓦投资与水力发电持平，其单位面积光/电转换效率接近光伏电池。且可独立建于沙漠等恶劣环境中，提供充足的零碳环保的电力。
文档编号C12M1/107GK102244480SQ20101017191
公开日2011年11月16日 申请日期2010年5月10日 优先权日2010年5月10日
发明者吴登青 申请人:吴登青