【正文】 過周密測(cè)試、評(píng)估，并提高了設(shè)計(jì)的性能、降低了成本，這導(dǎo)致了第二座電廠的誕生，它安裝在柏林，250kW輸出功率，也是在歐洲的第一次測(cè)試。下圖是安裝在美國Cinergy的Ballard燃料電池裝置，目前正在測(cè)試： Ballard燃料電池下圖是安裝在柏林的250kW PEMFC燃料電池電站：最近，Plug Power 公司開發(fā)出它的專利產(chǎn)品Plug Power 7000居民家用分散型電源系統(tǒng)。GE/Plug公司宣稱其2001年初售價(jià)為$1500/kW。目前這些大的汽車公司均有燃料電池開發(fā)計(jì)劃，雖然現(xiàn)在燃料電池汽車商業(yè)化的時(shí)機(jī)還未成熟，但幾家公司已確定了開始批量生產(chǎn)的時(shí)間表，DaimlerBenz公司宣布，到2004年將年產(chǎn)40000輛燃料電池汽車。早期的膜電極是直接將鉑黑與起防水、粘結(jié)作用的Tefion微粒混合后熱壓到質(zhì)子交換膜上制得的。此法大大提高了Pt的利用率。膜電極上鉑載量的減少，直接可以使燃料電池的成本降低，這就為其商品化的實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)備了條件。 ．熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 在這之后，MCFC發(fā)展的非?？欤陔姵夭牧?、工藝、結(jié)構(gòu)等方面都得到了很大的改進(jìn)，但電池的工作壽命并不理想。 美國的MCFC技術(shù)開發(fā)一直主要由兩大公司承擔(dān)，ERC（Energy Research Corporation）（現(xiàn)為Fuel Cell Energy Inc.）和MC Power公司。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，ERC對(duì)電池進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)，將電池改成250kW單電池堆，而非原來的125kW堆，從而降低投資費(fèi)用。與此同時(shí)，美國MC Power 公司已在加州圣迭戈的海軍航空站進(jìn)行了250kW裝置的試驗(yàn)，現(xiàn)在計(jì)劃在同一地點(diǎn)試驗(yàn)改進(jìn)75kW裝置。1992年50100kW級(jí)試運(yùn)轉(zhuǎn)。三洋公司也研制了30kW內(nèi)重整MCFC。荷蘭對(duì)MCFC的研究從1986年已經(jīng)開始，1989年已研制了1kW級(jí)電池堆，1992年對(duì)10kW級(jí)外部轉(zhuǎn)化型與1kW級(jí)內(nèi)部轉(zhuǎn)化型電池堆進(jìn)行試驗(yàn)，1995年對(duì)煤制氣與天然氣為燃料的2個(gè)250kW系統(tǒng)進(jìn)行試運(yùn)轉(zhuǎn)。資料表明，MCFC與其他燃料電池比有著獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：a． 發(fā)電效率高 比PAFC的發(fā)電效率還高；b． 不需要昂貴的白金作催化劑，制造成本低；c． 可以用CO作燃料； d． 由于MCFC工作溫度6001000℃，排出的氣體可用來取暖，也可與汽輪機(jī)聯(lián)合發(fā)電。電子通過外部回路，再次返回空氣極，此時(shí)產(chǎn)生電能。 SOFC的特點(diǎn)如下： l 動(dòng)作溫度高，可以進(jìn)行甲烷等內(nèi)部改質(zhì)。 與其他燃料電池比，發(fā)電系統(tǒng)簡單，可以期望從容量比較小的設(shè)備發(fā)展到大規(guī)模設(shè)備，具有廣泛用途。 在固定電站領(lǐng)域，SOFC明顯比PEMFC有優(yōu)勢(shì)。SOFC被稱為第三代燃料電池的SOFC正在積極的研制和開發(fā)中，它是正在興起的新型發(fā)電方式之一。80年代后，為了開辟新能源，緩解石油資源緊缺而帶來的能源危機(jī)，SOFC研究得到蓬勃發(fā)展。1987年，又在日本東京、大阪煤氣公司各安裝了3kW級(jí)列管式SOFC發(fā)電機(jī)組，成功地進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)長達(dá) 5000h，標(biāo)志著SOFC研究從實(shí)驗(yàn)研究向商業(yè)發(fā)展。該公司為荷蘭Utilies公司建造100kW管式SOFC系統(tǒng)，能量總利用率達(dá)到 75%，已經(jīng)正式投入使用。位于匹茲堡的PPMF是SOFC技術(shù)商業(yè)化的重要生產(chǎn)基地，這里擁有完整的SOFC電池構(gòu)件加工、電池裝配和電池質(zhì)量檢測(cè)等設(shè)備，是目前世界上規(guī)模最大的SOFC技術(shù)研究開發(fā)中心。使電池能量密度得到顯著提高，是比較有前途的SOFC結(jié)構(gòu)。 在日本，SOFC研究是月光計(jì)劃的一部分。關(guān)西電力公司、取得了滿意的結(jié)果。80年代后期，在美國和日本的影響下，歐共體積極推動(dòng)歐洲的SOFC的商業(yè)化發(fā)展。現(xiàn)正考慮將其制成25～100kW級(jí)SOFC發(fā)電系統(tǒng)，供家庭或商業(yè)應(yīng)用。我國還將利用豐富的鄰國天然氣資源，可向我國年供氣200~300億m3 ； ，可向我國年供氣100~200億m3；俄遠(yuǎn)東地區(qū)、薩哈林島探明天然氣儲(chǔ)量1萬億m3，可向我國東北年供氣100億m3 以上。目前我國的生產(chǎn)能力約為300億m3/a， 2010年為700億m3，2020年為1000～1100億m3。 另外作為后續(xù)資源，我國已發(fā)現(xiàn)在南海、東海深處有大量的天然氣水合物，其資源量為700億噸石油當(dāng)量。能源界預(yù)測(cè)目前的消費(fèi)量，石油只能再用20年，而天然氣則可用100年，為此稱21世紀(jì)是天然氣世紀(jì)。 我國有大量的生物資源（薪材3000萬噸、秸桿45000萬噸、稻殼1500萬噸、），這種密度低分散度高資源可以轉(zhuǎn)換成沼氣或人工煤氣或甲醇供分散的、小型高效的燃料電池使用。上述各類工業(yè)副產(chǎn)氫的可回收總量，估計(jì)可達(dá)到15億m3以上。國內(nèi)富原公司公布其PEMFC接受訂貨的價(jià)格為10000元/kW。發(fā)電消耗的燃料為燃料電池的兩倍以上，按目前國內(nèi)天然氣最低市價(jià)（產(chǎn)地市價(jià)人民幣1元/m3）計(jì)算，當(dāng)發(fā)電時(shí)間超過70000h以后，用燃料電池發(fā)電將比用傳統(tǒng)的熱機(jī)發(fā)電更經(jīng)濟(jì)。目前的情況正在發(fā)生變化，較分散的發(fā)電站的出現(xiàn)，再加上對(duì)改善能源投資的選擇，傳統(tǒng)的觀念變得過時(shí)了。一個(gè)目前擁有50個(gè)發(fā)電廠的電力公司在未來若干年內(nèi)會(huì)有幾千個(gè)甚至幾萬個(gè)微型電站與之相連。因?yàn)榇箅娋W(wǎng)有其優(yōu)越性的同時(shí)，也存在著缺陷，如高電壓長距離輸電將有68%的損失。在美國這樣的電力工業(yè)已很發(fā)達(dá)的國家，將來對(duì)燃料電池的市場(chǎng)需要約為17000兆瓦以上，即中小型分散配置，有其獨(dú)特的優(yōu)越性。在近年它首先受到了交通界的重視，作為交通動(dòng)力裝置已被搬上汽車、艦船，幾乎同時(shí)它受到了國外電力系統(tǒng)的重視。熱電聯(lián)供時(shí),燃料利用率高達(dá)80%以上。隨著其生產(chǎn)成本的降低，燃料電池也將在我國獲得快速的發(fā)展，它將對(duì)傳統(tǒng)的熱機(jī)發(fā)電構(gòu)成有利的挑戰(zhàn)。據(jù)專家介紹，碳納米管儲(chǔ)氫技術(shù)已獲得突破，隨著其商業(yè)化的發(fā)展，實(shí)行家庭發(fā)電將像用煤氣灶與煤氣罐配合使用一樣方便，購一罐氫氣可以發(fā)電數(shù)月（3kg氫氣能量可以使一般轎車行駛500km）。在缺乏調(diào)峰手段和缺乏調(diào)峰電量的東北電網(wǎng)加大燃料電池的入網(wǎng)量，必將大大地提高未來電網(wǎng)的調(diào)峰能力。這樣可以使投資更加合理，又提高電網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)效益。在某個(gè)遠(yuǎn)距離的基本負(fù)荷電源跳閘時(shí)，燃料電池可以對(duì)電網(wǎng)起到一定的支承作用，保證重要用戶的電能需求。 人類自從19世紀(jì)以來，經(jīng)歷了三次能源結(jié)構(gòu)革命。為了解決現(xiàn)代化巨大的電能需求與環(huán)境的尖銳矛盾，我國一方面加快了潔凈化用煤的技術(shù)(煤的整體氣化)發(fā)展，一方面在迅速地增大天然氣應(yīng)用在能源中的比例。應(yīng)從現(xiàn)在起加強(qiáng)燃料電池發(fā)電的研究工作，立足于用高技術(shù)改造東北電網(wǎng)。這樣可以使我們更快地掌握高技術(shù)，有利于燃料電池發(fā)電在我省更快的發(fā)展。應(yīng)很好地利用這一資源，在開發(fā)燃料電池應(yīng)用市場(chǎng)的同時(shí)，參與燃料電池的生產(chǎn)，如同內(nèi)蒙古和新疆風(fēng)電產(chǎn)業(yè)一樣，既是產(chǎn)品的使用者也是生產(chǎn)者，搶占燃料電池這一高技術(shù)的制高點(diǎn)。但是傳統(tǒng)電能轉(zhuǎn)換方式與本地的環(huán)境矛盾日益尖銳，發(fā)展使用氣體能源燃料電池發(fā)電可以很好地解決本地電能需求且不污染環(huán)境，也有利于解決本地十分棘手的電網(wǎng)調(diào)峰問題。建議如下：專家認(rèn)為能源革命時(shí)間正在縮短，新的能源結(jié)構(gòu)革命正在悄悄地來臨，其動(dòng)力來自于目前的能源利用方式與環(huán)境的矛盾日益尖銳、傳統(tǒng)的能源利用方式與能源資源量的矛盾日益尖銳。 電網(wǎng)管理 燃料電池發(fā)電將增加管理的復(fù)雜性。中外近年多次電網(wǎng)事故證明，在地震、水災(zāi)、暴風(fēng)、冰雪、雷電等自然災(zāi)害面前，這種系統(tǒng)往往是十分脆弱的。從商業(yè)角度考慮，架設(shè)高電壓等級(jí)的線路是不合算的，但不架設(shè)又難以實(shí)現(xiàn)村村通電的目標(biāo)。 可以使用天然氣、煤氣為燃料的MCFC、SOFC發(fā)電能力為數(shù)千kW發(fā)電裝置將座落于較大的公用場(chǎng)所，用管道向燃料電池提供燃?xì)鉃楦浇挠脩籼峁╇娏蜔崮埽钩鞘械陌l(fā)電不再污染環(huán)境。這些電力裝置同小型光伏發(fā)電裝置一樣可以獨(dú)立發(fā)電，也可與電力網(wǎng)相連。二十一世紀(jì)，這種區(qū)域性、環(huán)境友好的、高效的發(fā)電技術(shù)有可能發(fā)展成為一種主要的供電方式。 我國稀土資源豐富，發(fā)展MCFC和SOFC技術(shù)具有十分有利的條件。 8．對(duì)電力系統(tǒng)的影響展望 被稱為第四代發(fā)電方式的燃料電池，由于具有燃料利用效率可達(dá)80%、不排放有害氣體（PAFC不排放任何氣體）、容量可根據(jù)需要而定，所以受到了各方面的極大關(guān)注。中小型分散式電力系統(tǒng)將靈活地適應(yīng)季節(jié)性和地域性的電力需求變化。這種電網(wǎng)會(huì)使得各種能源得到更好利用和配置，這種變化將要求未來的電力系統(tǒng)運(yùn)行方式有一個(gè)重大的變革。隨著小型分散的熱電廠、燃料電池發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、太陽能發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等的出現(xiàn)和增加，當(dāng)今的電力系統(tǒng)將發(fā)生很大的轉(zhuǎn)變。隨著燃料電池發(fā)電技術(shù)的不斷完善，造價(jià)將不斷的降低，特別是在規(guī)模化生產(chǎn)后，其造價(jià)將大幅度的下降，有理由相信，不久的將來這種發(fā)電方式會(huì)對(duì)傳統(tǒng)熱機(jī)發(fā)電構(gòu)成挑戰(zhàn)。 燃料電池發(fā)電與常規(guī)的火電投資比較不能單考慮電源投資，還應(yīng)將長距離輸電、配電投資與廠用電、輸電能耗和兩種能源轉(zhuǎn)換裝置的效率考慮在內(nèi)。7．燃料電池發(fā)電的經(jīng)濟(jì)性 燃料電池是一種正在逐步完善的能源利用方式。 我國在合成氨工業(yè)中，氫的年回收量可達(dá)到14億m3；。 另外由于環(huán)保的需要和IGCC技術(shù)的推動(dòng)，煤的大型氣化裝置技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。 半個(gè)世紀(jì)以來，世界大多數(shù)國家時(shí)早以完成了由煤炭時(shí)代向石油時(shí)代的轉(zhuǎn)換，正在向石油、天然氣時(shí)代過度。 我國還可利用的液化天然氣（LNG）資源也是十分可觀的，可向中國立即提供LNG的國家有印度尼西亞、馬來西亞、卡塔爾等國。我國規(guī)劃在2010年以前鋪設(shè)天然氣管線9000km，屆時(shí)有望在全國形成兩縱、兩橫、四樞紐、五氣庫的格局，形成可靠的供氣系統(tǒng)。低溫燃料電池要用氫氣，高溫燃料電池可以直接使用天然氣、煤氣。Siemens公司還與荷蘭能源中心 (ECN)合作開發(fā)開板式SOFC單電池，有效電極面積為67cm2。現(xiàn)Fuji與Sanyo公司開發(fā)的平板式SOFC功率已達(dá)到千瓦級(jí)。東京電力公司與三菱重工從1986年12月開始研制圓管式SOFC裝置，獲得了輸出功率為35W的單電池，當(dāng)電流密度為200mA/cm2時(shí)，燃料利用率達(dá)到58%。與此同時(shí)，該中心還為日本東京和大阪煤氣公司、關(guān)西電力公司提供了兩套25kW級(jí)SOFC試驗(yàn)裝置，其中一套為熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。下圖為西屋公司在荷蘭安裝的SOFC示范電廠，它可以提供110kW的電力和64kW的熱，發(fā)電效率達(dá)到46%，運(yùn)行14000h。1992年兩臺(tái)25kW管型SOFC分別在日本大阪、美國南加州進(jìn)行了幾千小時(shí)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行。80年代中后期，它開始向研究大功率SOFC電池堆發(fā)展。早在1962年，西屋電氣公司就以甲烷為燃料，在SOFC試驗(yàn)裝置上獲得電流，并指出烴類燃料在SOFC內(nèi)必須完成燃料的催化轉(zhuǎn)化與電化學(xué)反應(yīng)兩個(gè)基礎(chǔ)過程，為SOFC的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。下圖為西門子西屋公司開發(fā)出的世界第一臺(tái)SOFC和燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電站，它于2000年5月安裝在美國加州大學(xué)，功率220kW，發(fā)電效率58%。 由于電池本體的構(gòu)成材料全部是固體，所以沒有電解質(zhì)的蒸發(fā)、流淌。 由于氧離子是在電解質(zhì)中移動(dòng)，所以也可以用CO、煤氣化的氣體作為燃料。 SOFC由用氧化釔穩(wěn)定氧化鋯（YSZ）那樣的陶瓷給氧離子通電的電解質(zhì)和由多孔質(zhì)給電子通電的燃料和空氣極構(gòu)成。與PAFC相比，雖然MCFC起始投資高，但PAFC的燃料費(fèi)遠(yuǎn)比MCFC高。德國MBB公司于1992年完成10kW級(jí)外部轉(zhuǎn)化技術(shù)的研究開發(fā)，在ERC協(xié)助下，于1992年1994年進(jìn)行了100kW級(jí)與250kW級(jí)電池堆的制造與運(yùn)轉(zhuǎn)試驗(yàn)。 歐洲早在1989年就制定了1個(gè)Joule計(jì)劃，目標(biāo)是建立環(huán)境污染小、可分散安裝、功率為200MW的第二代電廠，包括MCFC、SOFC和PEMFC三種類型，它將任務(wù)分配到各國。日本為了促進(jìn)MCFC的開發(fā)研究，于1987年成立了MCFC研究協(xié)會(huì)，負(fù)責(zé)燃料電池堆運(yùn)轉(zhuǎn)、電廠外圍設(shè)備和系統(tǒng)技術(shù)等方面的研究，現(xiàn)在它已聯(lián)合了14個(gè)單位成為日本研究開發(fā)主力。另外由中部電力公司制造的1MW外重整MCFC正在川越火力發(fā)電廠安裝，預(yù)計(jì)以天然氣為燃料時(shí)，熱電效率大于45%，運(yùn)行壽命大于5000h。電池堆的功率1984年為1kW，1986年為10kW。這與小型燃?xì)鉁u輪發(fā)電裝