【正文】 合成氣的研究，合成氣中 CO和 H2的比例為 1∶ 2，已有成套裝置出售。值得注意的是這種重要的新型發(fā)電方式可以大大降低空氣污染及解決電力供應(yīng)、電網(wǎng)調(diào)峰問題， 2MW、 、 11MW 成套燃料電池發(fā)電設(shè)備已進(jìn)入商業(yè)化生產(chǎn)，各等級的燃料電池發(fā)電廠相繼在一些發(fā)達(dá)國家建成。燃料電池技術(shù)在國外的迅猛發(fā)展必須引起我們的足夠重視，現(xiàn)在它已是能源、電力行業(yè)不得不正視的課題。 富士電機(jī)公司是目前日本最大的 PAFC電池堆供應(yīng)商。 表 現(xiàn)場用 PAFC燃料電池的運(yùn)行情況 容量 臺數(shù) 累計運(yùn)行時間 最長累計 最長連續(xù) 1萬 h 2萬 h 3萬 h 50kW 66 1018411 33655 7098 54 15 4 100kW 19 274051 35607 6926 11 4 3 500kW 3 43437 16910 4214 3 0 0 東芝公司從 70 年代后半期開始，以分散型燃料電池為中心進(jìn)行開發(fā)以后，將分散電源用 11MW機(jī)以及 200kW機(jī)形成了系列化。其中安裝在美國某公司的一臺機(jī)和安裝在日本大阪梅田中心的大阪煤氣公司 2號機(jī)，累計運(yùn)行時間相繼突破了 4萬小時。從燃料電池商業(yè)化出發(fā)，該設(shè)備被評價為具有高先進(jìn)性、可靠性以及優(yōu)越的環(huán)境性設(shè)備。下表給出先進(jìn)的 ONSI 公司 PC25C 型200kW PAFC的主要技術(shù)指標(biāo)。 下圖為 ONSI PC25C型電站： ONSI PC25C型電站 ．質(zhì)子交換膜燃料電池 (PEMFC) 著名的加拿大 Ballard 公司在 PEMFC 技術(shù)上全球領(lǐng)先，現(xiàn)在它的應(yīng)用領(lǐng)域從交通工具到固定電站，其子公司 Ballard Generation System 被認(rèn)為在開發(fā)、 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 17 頁 共 30 頁 生產(chǎn)和市場化零排放質(zhì)子交換膜燃料電池上處于世界領(lǐng)先地位。經(jīng)過 5年的開發(fā)，第一座 250kW發(fā)電廠于 1997年 8月成功發(fā)電， 1999年 9月送至 Indiana Cinergy，經(jīng)過周密測試、評估，并提高了設(shè)計的性能、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試。下圖是安裝在美國 Cinergy 的 Ballard 燃料電池裝置，目前正在測試： Ballard 燃料電池 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 18 頁 共 30 頁 下圖是安裝在柏林的 250kW PEMFC 燃料電池電站： 250kW PEMFC 燃料電池電站 在美國， Plug Power 公司是最大的質(zhì)子交換膜燃料電池開發(fā)公司，他們的目標(biāo)是開發(fā)、制造適合于居民和汽車用經(jīng)濟(jì)型燃料電池系統(tǒng)。家用燃料電池的推出將使核電站、燃?xì)獍l(fā)電站面臨挑戰(zhàn)，為了 推廣這種產(chǎn)品， 1999 年 2月， Plug Power 公司和 GE MicroGen 成立了合資公司，產(chǎn)品改稱 GE HomeGen 7000，由 GE MicroGen 公司負(fù)責(zé)全球推廣。假設(shè)有 20萬戶家庭各安裝一個 7kW 的家用燃料電池發(fā)電裝置，其總和將接近一個核電機(jī)組的容量，這種分散型發(fā)電系統(tǒng)可用于尖峰用電的供給，又因分散式系統(tǒng)設(shè)計增加了電力的穩(wěn)定性，即使少數(shù)出現(xiàn) 了故障，但整個發(fā)電系統(tǒng)依然能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。因而未來十年，極有可能達(dá)到 100000 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?；旌虾鬅釅旱劫|(zhì)子交換膜上制得的。此法大大提高了 Pt的利用率，將膜電極的載鉑量降到了 。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現(xiàn)準(zhǔn)備了條件?，F(xiàn)在 MCFC 的主要研制者集中在美國、日本和西歐等國家。他們通過不同的方法建造 MCFC 堆。 ERC 預(yù)計將以$1200/kW 的設(shè)備費用提供 3MW的裝置。 MC Power 公司正在研制 500kW模塊，計劃 20xx 年開始生產(chǎn)。 1992 年50100kW 級試運(yùn)轉(zhuǎn)。三洋公司也研制了 30kW 內(nèi)重整 MCFC。進(jìn)行 MCFC 研究的主要有荷蘭、意大利、德國、丹麥和西班牙。現(xiàn)在 MBB公司擁有世界上最大的 280kW 電池組體。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)為中小規(guī)模分散型時， MCFC 的經(jīng)濟(jì)性更為突出； f． MCFC 的結(jié)構(gòu)比 PAFC 簡單。 SOFC 的特點如下： l 由于是高溫動作（ 6001000℃ ），通過設(shè)置底面循環(huán)，可以獲得超過 60%效率的高效發(fā)電。 l 動作溫度高，可以進(jìn)行甲烷等內(nèi)部改質(zhì)。下圖為西門 子 西屋公司開發(fā)出的世界第一臺SOFC 和燃?xì)廨啓C(jī)混合發(fā)電站，它于 20xx 年 5月安裝在美國加州大學(xué)，功率 220kW，發(fā)電效率 58%。 早在 1962 年，西屋電氣公司就以甲烷為燃料，在 SOFC試驗裝置上獲得電流，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)兩個基礎(chǔ)過程，為 SOFC的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 80年代中后期，它開始向研究大功率 SOFC電池堆發(fā)展。 1992 年兩臺 25kW 管型 SOFC 分別在日本大阪、美國南加州進(jìn)行了幾千小時實驗運(yùn)行。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。與此同時，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 SOFC試驗裝置，其中一套為熱電聯(lián)產(chǎn)裝置。早在 1972年，電子綜合技術(shù)研究所就開始研究 SOFC技術(shù)，后來加入 月光計劃 研究與開發(fā)行列， 1986 年研究出 500W 圓管式 SOFC 電池堆，并組成 發(fā)電裝置。從 1989年起，東京煤氣公司還著手開發(fā)大面積平板式 SOFC裝置， 1992年 6月完成了 100W平板式 SOFC裝置，該電池的有效面積達(dá) 400cm2。 80年代后期，在美國和日本的影響下，歐共體積極推動歐洲的 SOFC 的商業(yè)化發(fā)展。現(xiàn)正考慮將其制成 25～100kW級 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，俄羅斯西西伯利亞已探明天然氣儲量為 萬億 m3，可向我國年供氣 200~300億 m3 ；俄羅斯的東西伯利亞已探明天然氣儲量 萬億 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， 20xx 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)測目前的消費量，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、垃圾 億噸等），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。 我國在合成氨工業(yè)中，氫的年回收量可達(dá)到 14 億 m3；在氯堿工業(yè)中有 億 m3 的氫可供回收利用。 另外由于環(huán)保的需要和 IGCC 技術(shù)的推動，煤的大型氣化裝置技術(shù)已經(jīng)過關(guān)。 半個世紀(jì)以來，世界大多數(shù)國家時早以完成了由煤炭時代向石油時代的轉(zhuǎn)換，正在向石油、天然氣時代過度。 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 20xx 年以前鋪設(shè)天然氣管線 9000km，屆時有望在全國形成 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。另外，中部電力公司與三菱重工合作，從 1990年起對疊層波紋板式 SOFC 系統(tǒng)進(jìn)行研究和綜合評價，研制出 406W試驗裝置，該裝置的單 電池有效面積達(dá)到 131cm2。 1987年 7月，電源開發(fā)公司與這兩家公司合作，開發(fā)出 1kW圓管式 SOFC電池堆，并連續(xù)試運(yùn)行 達(dá) 1000h，最大輸出功率為 。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)。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。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。 1987年，又在日本東京、大阪煤氣公司各安裝了3kW 級列管式 SOFC 發(fā)電機(jī)組，成功地進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行試驗長達(dá) 5000h，標(biāo)志著 SOFC 研究從實驗研究向商業(yè)發(fā)展。 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。 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 24 頁 共 30 頁 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。 在固定電站領(lǐng)域， SOFC 明顯比 PEMFC 有優(yōu)勢。 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?？諝庵械难踉诳諝鈽O /電解質(zhì)界面被氧化，在空氣燃料之間氧的分差作用下，在電解質(zhì)中向燃料極側(cè)移動，在燃料極電解質(zhì)界面和 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 23 頁 共 30 頁 燃料中的氫或一氧化碳反應(yīng)，生成水蒸氣或二氧化碳，放出電子。若熱電聯(lián)產(chǎn)，效率可提高到 80%； e． 中小規(guī)模經(jīng)濟(jì)性 與幾種發(fā)電方式比較，當(dāng)負(fù)載指數(shù)大于 45%時， MCFC 發(fā)電系統(tǒng)成本最低。意大利于 1986 年開始執(zhí) 行 MCFC 國家研究計劃， 19921994 年研制 50100kW 電池堆，意大利 Ansodo 與 IFC簽定 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 22 頁 共 30 頁 了有關(guān) MCFC 技術(shù)的協(xié)議，已安裝一套單電池（面積 1m2）自動化生產(chǎn)設(shè)備，年生產(chǎn)能力為 23MW，可擴(kuò)大到 69MW。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，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)計以天然氣為燃料時，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。但小型燃?xì)獍l(fā)電效率僅為 30%，并且有廢氣排放和噪聲問題。 ERC的 MCFC 燃料電池在電池內(nèi)部進(jìn)行無燃?xì)獾母馁|(zhì)，而不需要單獨設(shè)置的改質(zhì)器。 美國能源部（ DOE）去年已撥給固定式燃料電池電站的研究費用 4420 萬美元，而其中的 2/3將用于 MCFC 的開發(fā)， 1/3用于 SOFC 的開發(fā)。在這之后， MCFC 發(fā)展的非?？?，它在電池材料、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。 1995年印度電化學(xué)能量研究中心（ CEER） 中國最大的管 理 資料下載中心 (收集 \整理 . 大量免費資源共享 ) 第 20 頁 共 3