具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种多能源耦合互补和有序转化系统，包括：可逆固体氧化物电池1、原料气供应装置2、合成气供给装置3、合成反应器4、光热耦合催化反应器5、太阳能及弃风弃光的不稳定可再生能源电力，其中，

合成气供给装置3包括气化反应室31，气化反应室31通过生物质/煤的气化反应提供第一来源的合成气；

电解时，可逆固体氧化物电池1的燃料极12的入口连通有原料气供应装置2，原料气供应装置2用于提供原料气，原料气在燃料极12电解时产生第二来源的合成气；第一来源的合成气和第二来源的合成气在合成反应器4内反应生成碳氢燃料；

发电时，合成气供给装置3的出口与可逆固体氧化物电池1的燃料极12的入口连通；光热耦合催化反应器5与燃料极12的出口连通，燃料极12流出的气体经过光热耦合催化反应器5反应生成碳氢燃料；

气化反应室31和可逆固体氧化物电池1所需的热源，光热耦合催化反应器5所需的热源、光源由太阳能提供，可逆固体氧化物电池1电解所需的电能由弃风弃光的不稳定可再生能源电力提供。

通过上述方式，生物质/煤气化通过太阳能提供稳定热源，转化为合成气，再转化为高附加值的碳氢燃料，如甲醇；可逆固体氧化物电池1利用弃光弃风的波动可再生能源电力提供的电能与太阳能提供的稳定热源电解原料气(CO2/H2O)，将原料气转化为合成气再转化为高附加值的碳氢燃料，实现CO2的循环利用，降低温室效应；可逆固体氧化物电池也可利用生物质/煤气化产生的合成气与太阳能提供的稳定热源产生稳定的电能，并且产生的气体通过光热耦合催化反应器5光/热协同催化转化为碳氢燃料，整个系统零碳排放，将生物质能、太阳能与波动性电能有序转化为高密度能源储存，提升能量利用转化效率，促进清洁能源发展。

采用太阳能提供热能，相比较采用化石燃料提供热能，太阳能作为一种清洁能源，取之不尽用之不竭，不会产生废气、废水和废渣，绿色无污染，能够降低合成气的生产成本，提高生产效益。采用弃光弃风的不稳定可再生能源电力，有利于缓解弃风弃光问题，并且还能将弃风弃光的不稳定可再生电力以高密度碳氢燃料的形式储存起来，降低储能成本。

本发明太阳能提供生物质/煤气化反应所需的热量，生物质/煤在气化反应室31内催化共气化能够生成一定比例的CO和H2等气态燃料，在光热条件下气化反应室31内无燃烧段供热，因此无需充分提供氧气，产品气中CO2含量低至4vol％，有效产气H/C比约为2.5:1，有效提高了合成气的H/C比，利于甲醇等碳氢燃料合成，解决生物质气化转化成合成气存在能耗高，合成气氢碳比低的技术问题，并实现清洁合成气的生产。太阳能和弃风弃光的不稳定可再生能源电力提供可逆固体氧化物电池1电解所需的热能和电能，解决了可逆固体氧化物电池1电解时能耗高的问题；本发明通过将生物质能、太阳能以及弃风弃光的不稳定可再生能源电力协调在一起，实现了将不稳定无序的可再生电能、来源无序的生物质能以及时间无序的太阳能转化为稳定的碳氢燃料和电能，实现了生物质能、太阳能与波动性电能的低成本高能量密度储存。

具体来说，还包括富氧空气储罐81和贫氧空气储罐82，在电解时，空气由贫氧空气储罐82的出口经氧气极11流入富氧空气储罐81；发电时，空气由富氧空气储罐81的出口经氧气极11流入贫氧空气储罐82。

电解时，通过贫氧空气储罐82在氧气极11通入空气，能够吹扫氧气极11表面生成的氧气，降低氧析出反应过电位，减少电能消耗，并根据可逆固体氧化物电池1的吸放热状态调节电池温度；发电时，通过富氧空气储罐81在氧气极11通入空气，空气中的氧气能够发生电化学反应。

通过上述方式，在氧气极11设置富氧空气储罐81和贫氧空气储罐82，能够方便快捷地控制空气进入可逆固体氧化物电池1，提供贫氧和富氧的条件，提高系统运转和模式切换的便捷性。

具体来说，原料气包括水蒸气和二氧化碳；原料气供应装置2包括蒸汽发生器21、CO2储罐22及原料气混合室23，蒸汽发生器21和CO2储罐22分别与原料气混合室23连通，蒸汽发生器21、CO2储罐22及原料气混合室23的出口管路上分别连接有水蒸气流量计211、CO2流量计221和原料气流量计231。

本发明采用CO2作为原料气，有利于实现CO2的循环利用，降低温室效应，对实现碳中和目标具有积极促进作用。蒸汽发生器用于提供水蒸气，CO2储罐用于提供CO2，原料气混合室用于混合水蒸气和CO2，水蒸气流量计、CO2流量计和原料气流量计的设置能够方便控制进入可逆固体氧化物电池1内的水蒸气/CO2比值及原料气的流量。

优选地，原料气供应装置2包括原料气流通管道(图中未示出)，原料气流通管道的外部套设有保温隔热管(图中未示出)。

本发明保温隔热管的设置，有利于提高原料气流通管道的保温及隔热性能，有利于提高原料气流通管道的使用寿命，降低成本；具体来说，保温隔热管为陶瓷管；原料气流通管道为不锈钢管道。

本发明的可选实施方式中，生物质/煤中的煤包括低品质煤等固态化石燃料，生物质/煤中的生物质包括秸秆、木屑、稻壳或树枝以及其它的易于取得且成本低廉的生物质材料。

通过以上方式，加入煤作为辅助材料，一方面可以弥补季节性差异导致的生物质原料短缺问题，满足系统的长期稳定运行，另一方面可以提高气化产物品质的稳定性，满足多反应系统耦合过程的可控与优化要求；秸秆、木屑、稻壳或树枝均为可再生能源，可再生能源的利用有利于保护环境、应对气候变化，实现绿色生产，符合可持续发展的理念。

进一步地，本发明的可选实施方式中，合成气供给装置3还包括气体净化装置32与合成气储罐33；气体净化装置用于吸收CO2和H2O，气体净化装置32的入口与气化反应室31的出口连通，气体净化装置32的出口与合成气储罐33的第一入口连通；电解时，合成气储罐33的第二入口与燃料极12的出口连通，发电时，合成气储罐33的至少一个出口连通燃料极12的入口，具体地，合成气储罐33的第二出口连通燃料极12的入口；如图1、图3所示，电解时，燃料极12的右边为入口，燃料极12的左边为出口；如图1、图4所示，发电时，燃料极12的左边为入口，燃料极12的右边为出口。在电解或发电时，合成气储罐33的第一出口始终与合成反应器4的入口连通，使得合成气能够持续进入合成反应器4发生反应。

通过以上方式，设置气体净化装置32能够去除合成气中掺入的CO2和H2O，有利于提高合成气的纯度，具体地，气体净化装置32为内部装填有生石灰的罐体。合成气储罐33的设置能够方便地将生产的第一来源的合成气和第二来源的合成气进行储存备用，提高便捷性。

具体来说，可逆固体氧化物电池1的数量可以为1到多个，当可逆固体氧化物电池1的数量大于1时，可逆固体氧化物电池1以串联方式或并联方式与合成气储罐33连通。

通过以上方式，设置多个可逆固体氧化物电池1，能够同时进行合成气的生产，多个可逆固体氧化物电池1产生的合成气通入到一个合成气储罐33内，有利于提高合成气的产量及生产效率；也能够同时进行发电，本发明可逆固体氧化物电池1与光热耦合催化反应器5可以以多对一地方式设置，多个可逆固体氧化物电池1产生的混合气通入到一个光热耦合催化反应器5内，降低本发明系统的复杂性。

具体来说，燃料极12和氧气极11均为多孔金属陶瓷构件；多孔金属陶瓷构件的材料包括氧化锆负载的镍、多孔镧锶锰复合物、镍掺杂的钇稳定氧化锆、高电化学活性钴基钙钛矿等；进一步地，如图2所示，本发明可逆固体氧化物电池1还包括电解质13，电解质13设于氧气极极11和燃料极12之间；电解质13为致密陶瓷构件，致密陶瓷构件的材料包括钇稳定氧化锆、钐掺杂氧化铈等。

本发明的实施方式中，燃料极12的右侧出口设有控制混合气体通断的混合气开关51，发电时，燃料极12右侧出口流出的混合气体(CO2、H2O、CO、H2)进入光热耦合催化反应器5，经过太阳能提供光和热，经光化学/热化学耦合过程生成碳氢燃料，基本实现整个系统零碳排放，对于温室效应的控制具有显著意义。

本发明的实施方式中，太阳能由太阳能聚光集热储热装置6提供，太阳能聚光集热储热装置6为塔式、槽式或者碟式。

进一步地，太阳能聚光集热储热装置6可以实现波动性太阳能的高品位存储，进一步通过热化学过程，可以实现热能的可控释放与复合系统内部的能流优化，为各反应提供适合的温度。

本发明太阳能聚光集热储热装置能够提供气化反应室31和可逆固体氧化物电池1所需的热源，光热耦合催化反应器5反应所需的热源、光源，能量来源具有普遍性、无害、储量大、使用长久等优点，太阳能聚光集热储热装置6能够对多余的热能进行储存，并在太阳能不充足的情况下使用，提高能源的利用率，有利于降低生产成本，具有显著的经济效益。

进一步地，本发明的优选实施方式中，弃风弃光的不稳定可再生能源电力由电网7提供，电网7包括输入管路和输出管路，输出管路上设有第一电气开关71，输入管路上设有第二电气开关72，第一电气开关控制弃风弃光的不稳定可再生能源电力向可逆固体氧化物电池1输送电能的导通与中断；第二开关控制可逆固体氧化物电池向电网输送电能的导通与中断，向电网输送的电能可用于调峰调频，提升可再生能源电网的稳定性。

通过以上方式，能够方便地向可逆固体氧化物电池1输送电能以及进行电能的输出利用，提高能源的利用率。

本发明的较佳实施例中，弃风弃光的不稳定可再生能源电力提供的电压设置为可调的工作电压，电流随之变化，便于控制可逆固体氧化物电池1内的电化学反应效率，从而调节可逆固体氧化物电池1内电化学反应的效率，从而在燃料极12的出口得到任意H2/CO比例的合成气。

进一步地，本发明实施方式中还包括燃料储罐9，合成反应器4的出口与光热耦合催化反应器5的出口分别与燃料储罐9连通，合成反应器4的出口和光热耦合催化反应器55的出口流出的碳氢燃料进入燃料储罐9进行存储。

以上具体说明了本发明多能源耦合互补和有序转化系统的结构，以下说明其工作原理。

如图3所示，可逆固体氧化物电池1电解时，混合气开关51，第二电气开关72关闭，原料气流量计开关231，第一电气开关71打开。

原料气供应装置2提供的原料气(CO2和H2O)在可逆固体氧化物电池1的燃料极12发生电化学反应生成合成气(CO和H2)，合成气从燃料极12的出口进入合成气储罐33；贫氧空气储罐82提供的空气进入氧气极11，能够吹扫氧气极11表面生成的氧气，然后进入富氧空气储罐81。

生物质/煤在气化反应室31内气化生成一定比例的CO和H2等气态燃料；生成的气态燃料经过气体净化装置32去除CO2和H2O后得到纯净的合成气，纯净的合成气进入合成气储罐33。

合成气储罐33内的合成气进一步进入合成反应器4反应生成碳氢燃料，生成的碳氢燃料进入燃料储罐9储存。

如图4所示，可逆固体氧化物电池1发电时，第二电气开关72，混合气开关51打开，原料气流量计开关231，第一电气开关71关闭。

生物质/煤在气化反应室内气化生成一定比例的CO和H2等气态燃料；生成的气态燃料经过气体净化装置32去除CO2和H2O后得到纯净的合成气，纯净的合成气进入合成气储罐33；合成气储罐33内的合成气一部分通过第一出口进入合成反应器4反应生成碳氢燃料；合成反应器4生成的碳氢燃料和光热耦合催化反应器5生成的碳氢燃料进入燃料储罐9进行存储；合成气储罐33内的合成气一部分通过第二出口进入燃料极12氧化生成CO2和H2O并输出稳定的电能，燃料极12产生的CO2和H2O和可逆固体氧化物电池1内部分未完全反应的CO和H2通过混合气开关51进入光热耦合催化反应器5反应生成碳氢燃料。富氧空气储罐81提供的空气中的氧气进入氧气极11发生电化学反应，反应后气体进入贫氧空气储罐82。

本发明另提供一种的多能源耦合互补和有序转化系统的转化方法，包括以下步骤：

合成气生产步骤，气化反应室31通过生物质/煤的气化提供第一来源的合成气，生物质/煤的气化所需的热量由太阳能提供；可逆固体氧化物电池1用作电解池，弃风弃光的不稳定可再生能源电力和太阳能分别提供可逆固体氧化物电池1电解所需的电能和热能，原料气在燃料极发生电化学反应生成第二来源的合成气；

碳氢燃料生产步骤，第一来源的合成气和第二来源的合成气在合成反应器4中反应生成碳氢燃料；可逆固体氧化物电池1用作电池，第一来源和/或第二来源的合成气在燃料极12发生电化学反应，生成的产物与未反应完的合成气通过进入光热耦合催化反应器5内反应生成碳氢燃料；光热耦合催化反应器5所需的热源和光源由太阳能提供。

本发明通过太阳能聚光集热储热装置6为生物质/煤气化反应提供稳定热源，无燃烧段供热，无需充分提供氧气，有效提高了合成气的H/C比，利于甲醇等碳氢燃料的合成；通过利用弃风弃光的不稳定可再生能源电力与太阳能聚光集热储热装置6提供的稳定热源，电解CO2/H2O，产生合成气，实现CO2的循环利用与消纳弃风弃光的不稳定可再生能源电力；通过光化学/热化学耦合，高效催化还原可逆固体氧化物电池1发电后排出的CO/CO2/H2O/H2合成高附加值的甲醇等碳氢燃料，基本实现系统无碳排放和更高的能量利用转化效率。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。