本发明提供了由甲烷、二氧化碳和水制备高品质合成气的方法，水在水电解池中同时产生氧气和氢气；全部或部分氧气，与甲烷、二氧化碳混合，流入等离子体催化重整反应器，生成重整产物气；重整产物气与水电解池阴极产生的氢气混合，即得高品质合成气；由甲烷、二氧化碳和水作为原料，资源丰富且可再生，有利于CO2的减排。所产生的合成气浓度高，并且符合甲醇合成和费托合成(H2－CO2)/(CO+CO2)摩尔比等于2要求，无需任何后处理，即直接应用于甲醇合成和费托合成。通过等离子体催化重整和电解水反应耦合，将电能经合成气路线转化为化学能，反应系统具有能量效率高、快速响应和灵活调控的优点，尤其适合于可再生电能的大规模存储。