【正文】 放市場。 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 16 頁 共 30 頁 表 ONSI公司 PC25C型 PAFC主要技術(shù)指標(biāo) 電力輸出 發(fā)電效率 燃料 質(zhì)量 排熱利用 環(huán)境狀況 NOX 體積 200kW 40% 城市煤氣 42% 1010 6 33 PAFC用于發(fā)電廠包括兩種情形：分散型發(fā)電廠，容量在 1020MW之間，安裝在配電站；中心電站型發(fā)電廠，容量在 100MW以上，可以作為中等規(guī)模熱電廠。在不同地區(qū)進(jìn)行的測試將大大促進(jìn) 燃料電池電站的商業(yè)化。GE/Plug 公司宣稱其 20xx 年初售價為 $1500/kW。這種變化從其膜電極的演變過程可見一斑。 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 30 頁 采用噴涂浸漬法制得了 Pt載量為 mg/cm2 的膜電極，性能良好。 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)。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。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%，運行壽命大于5000h。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，可擴大到 69MW?？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。 在固定電站領(lǐng)域， SOFC 明顯比 PEMFC 有優(yōu)勢。 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， SOFC研究得到蓬勃發(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。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)。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。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。 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。 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)。上述各類工業(yè)副產(chǎn)氫的。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) 。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。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。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。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。 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行。 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)。 l 動作溫度高，可以進(jìn)行甲烷等內(nèi)部改質(zhì)。當(dāng)發(fā)電系統(tǒng)為中小規(guī)模分散型時， MCFC 的經(jīng)濟性更為突出； f． MCFC 的結(jié)構(gòu)比 PAFC 簡單。進(jìn)行 MCFC 研究的主要有荷蘭、意大利、德國、丹麥和西班牙。 1992 年50100kW 級試運轉(zhuǎn)。 ERC 預(yù)計將以$1200/kW 的設(shè)備費用提供 3MW的裝置?，F(xiàn)在 MCFC 的主要研制者集中在美國、日本和西歐等國家。此法大大提高了 Pt的利用率，將膜電極的載鉑量降到了 。因而未來十年，極有可能達(dá)到 100000 輛燃料電池汽車。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。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。下表給出先進(jìn)的 ONSI 公司 PC25C 型200kW PAFC的主要技術(shù)指標(biāo)。其中安裝在美國某公司的一臺機和安裝在日本大阪梅田中心的大阪煤氣公司 2號機，累計運行時間相繼突破了 4萬小時。 富士電機公司是目前日本最大的 PAFC電池堆供應(yīng)商。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。 華南理工 大學(xué)于 1992年在國家自然科學(xué)基金會、廣東省自然科學(xué)基金、汕頭大學(xué)李嘉誠科研基金、廣東佛山基金共一百多萬元的資助下開始了 SOFC 的研究 ,組裝的管狀單體電池，用甲烷直接作燃料 ,最大輸出功率為 4mW/cm2，電流密度為 17mA/cm2，連續(xù)運轉(zhuǎn) 140h，電池性能無明顯衰減。 1991年中國科學(xué)院化工冶金研究所在中國科學(xué)院資助下開展了 SOFC的研究，從研制材料著手 ,制成了管式和平板式的單體電池，功率密度達(dá) ～ ，電流密度為150mA/cm2～ 180mA/cm2，工作電壓為 ～ 。 北京科技大學(xué)于 90 年代初在國家自然科學(xué)基金會的資助下開展了 MCFC的研究，主要研究電極材料與電解質(zhì)的相互作用，提出了用金屬間化合物作電極材料以降低它的溶解。 華南理工大學(xué)于 1997年初在廣東省佛山基金資助下開展了 PEMFC 的研究，與國家科委電動車示范區(qū)建設(shè)相配合作了一定的研究工作。 清華大學(xué)核能技術(shù)設(shè)計院 1993年開展 了 PEMFC的研究 ,研制的單體電池在 流密度為 100mA/cm2，改進(jìn)石棉集流板的加工工藝，并提出列管式 PEMFC的設(shè)計，該單位已與德國 Karlsrube研究中心建立了一定的協(xié)作關(guān)系。北京富原公司也宣布， 20xx 年將提供 40kW 的中巴燃料電池，并接受訂貨。到 90 年代中期，由于國家科技部與中科院將燃料電池技術(shù)列入 九五 科技攻關(guān)計劃 的推動，中國進(jìn)入了燃料電池研究的第二個高潮。利用煤系統(tǒng)SOFC 其構(gòu)成是復(fù)雜的。通常通過調(diào)整空氣極側(cè)的流量，把以 600℃ 供給的氣體在700℃ 排出。 SOFC 能和較高溫度的排氣體構(gòu)成附加發(fā)電系統(tǒng)，由于 SOFC 不需要 CO2 的再循環(huán)等，結(jié)構(gòu)簡單，其發(fā)電效率可以達(dá)到 50~60%。剩余的動力，由發(fā)電機發(fā)電回收，從而可以提高整套系統(tǒng)的效率。 另一方面，空氣極側(cè)需要的 O2通過空氣壓縮機供給。 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 9 頁 共 30 頁 燃料電池工作原理 表 1 燃料電池的分類 類型 磷酸型燃料電池 （ PAFC） 熔融碳酸鹽型燃料電池（ MCFC） 固體氧化物型燃料電池 （ SOFC） 質(zhì)子交換膜燃料電池 （ PEMFC） 燃料 煤氣、天然氣、甲醇等 煤氣、天然氣、 甲醇等 煤氣、天然氣、甲醇等 純 H天然氣 電解質(zhì) 磷酸水溶液 KliCO3溶鹽 ZrO2Y2O3(YSZ) 離子 (Na離子 ) 電極 陽極 多孔質(zhì)石墨 (Pt催化劑 ) 多孔質(zhì)鎳 (不要Pt催化劑 ) NiZrO2 金屬陶瓷 (不要 Pt催化劑 ) 多孔質(zhì)石墨或 Ni(Pt催化劑 ) 陰極 含 Pt催化劑 +多孔質(zhì)石墨 +Tefion 多孔 NiO（摻鋰） LaXSr1XMn(Co)O3 多孔質(zhì)石墨或 Ni(Pt催化劑 ) 工作溫度 ~200℃ ~650℃ 800~1000℃ ~100℃ 近 20 多年來，燃料電池經(jīng)歷了堿性、磷酸、熔融碳酸鹽和固體氧化物等幾種類型的發(fā)展階段，燃料電池的研究和應(yīng)用正以極快的速度在發(fā)展。電極中燃料極采用 Ni與 YSZ 復(fù)合多孔體構(gòu)成金屬陶瓷，空氣極采用 LaMnO3 (氧化鑭錳 )。 MCFC 工作原理。電極均采用碳的多孔體，為了促進(jìn)反應(yīng)，以 Pt作為觸媒，燃料氣體中的 CO將造成中毒，降低電極性能。一系例的反應(yīng)促成了 e 不間斷地經(jīng)由外部回路，因而就構(gòu)成了發(fā)電。原則上只要反應(yīng)物不斷輸入，反應(yīng)產(chǎn)物不斷排除，燃料電池就能連續(xù)地發(fā)電。另一種分類是按其開發(fā)早晚順序進(jìn)行的，把 PAFC 稱為 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 4 頁 共 30 頁 第一代燃料電池，把 MCFC稱為第二代燃料電池，把 SOFC 稱為第三代燃料電池。而使用燃料電池發(fā)電，是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要進(jìn)行燃燒，沒有轉(zhuǎn)動部件，理論上能量轉(zhuǎn)換率為 100%，裝置無論大小實際發(fā)電效率可達(dá) 40%～ 60%，可以實現(xiàn)直接進(jìn)入企業(yè)、飯店、賓館、家庭實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)聯(lián)用，沒有輸電輸熱損失，綜合 能源效率可達(dá) 80%，裝置為集木式結(jié)構(gòu)，容量可小到只為手機供電、大到和目前的火力發(fā)電廠相比，非常靈活。 燃料電池是一種將儲存在燃料和氧化劑中的化學(xué)能，直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。多年來人們一直在努力尋找既有較高的能源利用效率又不污染環(huán)境的能源利用方式。 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 1 頁 共 30 頁 電子電池技術(shù)設(shè)備物理研究 摘要：本文概述了燃料電池的工作特點和原理，介紹了發(fā)電系統(tǒng)的組成、國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，對我國應(yīng)用燃料電池發(fā)電的資源條件進(jìn)行了評估，展望了這一技術(shù)在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景、將對電力系統(tǒng)產(chǎn)生的重要影響，它將使傳統(tǒng)的電力系統(tǒng)產(chǎn)生重大的變革，它會使電力系統(tǒng)更加安全、經(jīng)濟。對于發(fā)電行業(yè)來說，雖然采用的技術(shù)在不斷地升級，如開發(fā)出了超高壓、超臨界、超超臨界機組 ，開發(fā)出了流化床燃燒和整體氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電技術(shù)，但這種努力的結(jié)果是：機組規(guī)模巨大、超高壓遠(yuǎn)距離輸電、投資上升，到用戶的綜合能源效率仍然只有 35%左右，大規(guī)模的污染仍然沒有得到