【正文】 或商業(yè)應(yīng)用。表 燃料電池的分類及技術(shù)比較 燃料電池 電解質(zhì) 工作溫度 電化學(xué)反應(yīng)式PEMFC 固體有機膜 60100℃ 陽極：H2→2H++2e陰極：1/2O2+2H+ +2e →H2OPAFC H3PO4 175200℃ 陽極：H2→2H+ +2e陰極：1/2O2+ 2H+ +2e→H2OMCFC （Li、Na、K）2CO36001000℃ 陽極：H2+CO32－→H2O+CO2+2e陰極：1/2O2+ CO2+2e→CO32－SOFC YSZ（用Y2O3穩(wěn)定的ZrO2） 6001000℃ 陽極：H2+O2－→H2O+2e陰極：1/2O2+2e→O2－ 6．燃料資源評估 燃料電池運行時必須使用流動性好的氣體燃料。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。這種燃料的前景如何呢？我國的天然氣儲量是十分豐富的，專家認(rèn)為我國已探明天然氣儲量為30萬億m3。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量1萬億m3，可向我國東北年供氣100億m3 以上。中亞地區(qū)的哈薩克斯坦、可向外供氣300億m3。我國規(guī)劃在2010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)。其中的兩縱是南北的輸氣干線，即薩哈林島大慶沈陽干線和伊爾庫茨克北京日照上海輸氣干線。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。天然氣主要成分為CH4（占90%左右），熱值高（每立方米天然氣熱值為8600～9500千卡），便于運輸，在3000公里的距離內(nèi)運用管道輸送都是十經(jīng)濟的。 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。 我國的煤層氣也十分豐富，陸上深埋2000米以內(nèi)淺的煤層氣資源量為32~35萬億m3 ，多于陸上天然氣資源量（30萬億m3），位于世界前列。 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。目前已有多個科研機構(gòu)正在研究其開采利用的技術(shù)。 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。%，%，% 石油占39% 兩者共占63%。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)。我國的能源工業(yè)也必將跟上世界能源消費潮流。 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)。煤炭部門的有關(guān)專家介紹，目前的技術(shù)完全可以把煤轉(zhuǎn)換為氫氣，轉(zhuǎn)換效率可達(dá)80%，供給燃料電池作燃料，其效率要比常規(guī)熱動力裝置效率高得多。 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。如廣東番禺正在建設(shè)使用養(yǎng)豬場沼氣的燃料電池電站。 我國在合成氨工業(yè)中，氫的年回收量可達(dá)到14億m3；。此外，在冶金工業(yè)、發(fā)酵制酒及丁醇溶劑廠等生產(chǎn)過程中都有大量氫可回收。上述各類工業(yè)副產(chǎn)氫的可回收總量，估計可達(dá)到15億m3以上。 從長遠(yuǎn)發(fā)展看，小型、高效、靈活、分散的PEMFC、PAFC發(fā)電與集中高溫型MCFC和SOFC系統(tǒng)均是有燃料保證的。7．燃料電池發(fā)電的經(jīng)濟性 燃料電池是一種正在逐步完善的能源利用方式。其投資正在不斷的降低，目前PEMFC的國外商業(yè)價格為$1500/kW，PAFC的價格為$3000/kW。國內(nèi)富原公司公布其PEMFC接受訂貨的價格為10000元/kW。其他燃料電池國內(nèi)暫無商業(yè)產(chǎn)品。 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)。~。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（產(chǎn)地市價人民幣1元/m3）計算，當(dāng)發(fā)電時間超過70000h以后，用燃料電池發(fā)電將比用傳統(tǒng)的熱機發(fā)電更經(jīng)濟。在實際發(fā)電工程中還應(yīng)考慮傳統(tǒng)的熱機發(fā)電占地面積大，環(huán)境污染重的問題。隨著燃料電池發(fā)電技術(shù)的不斷完善，造價將不斷的降低，特別是在規(guī)?；a(chǎn)后，其造價將大幅度的下降，有理由相信，不久的將來這種發(fā)電方式會對傳統(tǒng)熱機發(fā)電構(gòu)成挑戰(zhàn)。 最近國際上一些學(xué)者和國際組織認(rèn)為：大容量、高參數(shù)機組發(fā)電，超高壓、大電網(wǎng)遠(yuǎn)距離送電的集中供電是一些工業(yè)發(fā)達(dá)國家過去走過的道路。目前的情況正在發(fā)生變化，較分散的發(fā)電站的出現(xiàn)，再加上對改善能源投資的選擇，傳統(tǒng)的觀念變得過時了。1999年在布魯塞爾成立的國際熱電聯(lián)產(chǎn)（ICA）組織聲稱：其實旨是推動世界范圍內(nèi)的清潔、高效、分散的電力生產(chǎn)，它預(yù)言這是下一個世紀(jì)電力工業(yè)的方向 。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。超大型的電站與分散微型電站的結(jié)合可以減少在輸配電線路上的投資，會使得電力系統(tǒng)更安全更經(jīng)濟。一個目前擁有50個發(fā)電廠的電力公司在未來若干年內(nèi)會有幾千個甚至幾萬個微型電站與之相連。這種電力網(wǎng)絡(luò)類似于目前的計算機網(wǎng)絡(luò)，少數(shù)的幾臺主機與眾多的PC機相連。這種電網(wǎng)會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)運行方式有一個重大的變革。 將來的電網(wǎng)系統(tǒng)可能是現(xiàn)有的大電網(wǎng)和中小燃料電池共存狀態(tài)。因為大電網(wǎng)有其優(yōu)越性的同時，也存在著缺陷，如高電壓長距離輸電將有68%的損失。而分散的中小型燃料電池電站可以在許多地點建立，可以減少送電損失（輸氫能量損失一般僅為3%），同時也為電網(wǎng)調(diào)峰做出了貢獻。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。根據(jù)專家計算，而輸氫管道所需的建設(shè)費用僅為建設(shè)高壓輸電線路的1/21/4，日常運行維護也比輸電線路低得多。在美國這樣的電力工業(yè)已很發(fā)達(dá)的國家，將來對燃料電池的市場需要約為17000兆瓦以上，即中小型分散配置，有其獨特的優(yōu)越性。我國也將是這樣。 8．對電力系統(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。各國家的政府都在這方面增加研發(fā)資金，推動其商業(yè)化的進程。在近年它首先受到了交通界的重視，作為交通動力裝置已被搬上汽車、艦船，幾乎同時它受到了國外電力系統(tǒng)的重視。PAFC發(fā)電裝置已有數(shù)萬套進入賓館、家庭運行，PAFC已有了4萬多小時的運行記錄。 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。以天然氣和凈化煤氣為燃料的MCFC和SOFC發(fā)電效率高達(dá)55%～65%，而且還可提供優(yōu)質(zhì)余熱用于聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，是一種優(yōu)良的區(qū)域性供電電站。熱電聯(lián)供時,燃料利用率高達(dá)80%以上。專家們認(rèn)為它與各種大型中心電站的關(guān)系，頗類似于個人電腦與大型中心計算機的關(guān)系，二者互為補充。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。 最近日本提出2010年普及燃料電池的應(yīng)用，并向發(fā)達(dá)歐美國家建議制定安全基準(zhǔn)和通用規(guī)格。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，它將對傳統(tǒng)的熱機發(fā)電構(gòu)成有利的挑戰(zhàn)。展望其對電力系統(tǒng)的影響如下： 調(diào)峰能力增加 應(yīng)用氫氣做燃料PEMFC已經(jīng)商業(yè)化，在國外容量為3kW、5kW、7kW等熱電聯(lián)用的燃料電池正在源源不斷地進入家庭，數(shù)百kW的燃料電池正在源源不斷地進入旅館、飯店商廈等場所。這些電力裝置同小型光伏發(fā)電裝置一樣可以獨立發(fā)電，也可與電力網(wǎng)相連。為了獲得氫燃料，目前在非純氫燃料電池前均加了燃料改質(zhì)器。據(jù)專家介紹，碳納米管儲氫技術(shù)已獲得突破，隨著其商業(yè)化的發(fā)展，實行家庭發(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）。在有煤氣或天然氣管道的地方，打開氣閥就可以發(fā)電和供熱水。 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所，用管道向燃料電池提供燃?xì)鉃楦浇挠脩籼峁╇娏蜔崮?，使城市的發(fā)電不再污染環(huán)境。成千上萬的燃料電池發(fā)電裝置服役，必將使得電網(wǎng)的調(diào)峰能力大大增強，常規(guī)的火電廠，由于存在有較大污染，因此讓其遠(yuǎn)離城區(qū)帶基本負(fù)荷。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。 節(jié)約配電網(wǎng)的建設(shè)費用 我國有許多偏遠(yuǎn)的山村和海島，遠(yuǎn)離電網(wǎng)或處在電網(wǎng)的末端，用電量不大。從商業(yè)角度考慮，架設(shè)高電壓等級的線路是不合算的，但不架設(shè)又難以實現(xiàn)村村通電的目標(biāo)。有了燃料電池，用當(dāng)?shù)厣镔|(zhì)氣體為燃料，再配合當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)能、太陽能等，就可以滿足當(dāng)?shù)氐拈L期的電能需求。這樣可以使投資更加合理，又提高電網(wǎng)的經(jīng)濟效益。 提高電網(wǎng)的安全性 目前電網(wǎng)均采用高壓長距離輸電的方式使偏僻山區(qū)的水電和坑口、路口以及?？谔幍幕痣娸斔偷截?fù)荷中心地帶。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。而星羅棋布的燃料電池加入到電網(wǎng)中供電，將會大大提高電網(wǎng)的安全性。在某個遠(yuǎn)距離的基本負(fù)荷電源跳閘時，燃料電池可以對電網(wǎng)起到一定的支承作用，保證重要用戶的電能需求。隨著MCFC、SOFC技術(shù)的突破、天然氣管線的鋪通和大型煤氣化技術(shù)的解決，屆時人們會看到，對于大規(guī)模的應(yīng)用化石能源的電力系統(tǒng)來說，變長距離輸電為長距離輸氣，應(yīng)用大中小相結(jié)合的各種燃料電池靠近負(fù)荷供電供熱會更經(jīng)濟、更安全。 電網(wǎng)管理 燃料電池發(fā)電將增加管理的復(fù)雜性。一是燃料電池發(fā)的均是直流電，需變頻后入網(wǎng)，如此將需要對諧波進行控制；二是價格管理，每一個小的系統(tǒng)與電網(wǎng)均有電量交換，需要進行合理的價格管理，這與其他新能源入網(wǎng)問題一樣（如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能發(fā)電），入網(wǎng)電量小，管理量不小。 9．結(jié)束語 人類自從19世紀(jì)以來，經(jīng)歷了三次能源結(jié)構(gòu)革命。第一次能源革命發(fā)生在19世紀(jì)第一次產(chǎn)業(yè)革命以后，由于蒸汽機的大量應(yīng)用，傳統(tǒng)的能源柴薪已不能滿足工業(yè)生產(chǎn)的需要，于是各國的能源需求開始轉(zhuǎn)向以煤炭為主；第二次能源革命是在20世紀(jì)初開始的，當(dāng)時不斷發(fā)展的電力、鋼鐵工業(yè)帶動了內(nèi)燃機技術(shù)的推廣，此時石油逐漸取代了煤炭的地位；第三次能源革命在20世紀(jì)70年代初開始的石油危機，它推動了新能源的發(fā)展和節(jié)能技術(shù)的發(fā)展。專家認(rèn)為能源革命時間正在縮短，新的能源結(jié)構(gòu)革命正在悄悄地來臨，其動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。新的能源資源在當(dāng)前已占有相當(dāng)?shù)姆蓊~（世界范圍內(nèi)石油占總能源消費的36%，天然氣已占到23%），高效、潔凈、便捷的能源利用方式燃料電池開始進入商業(yè)化階段。 我國的煤炭資源比較豐富，目前在我們的能源結(jié)構(gòu)中約占72%。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。氣體能源的發(fā)展為燃料電池在我國廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了極好的條件。建議如下： 遼寧地區(qū)能源資源單一，從長遠(yuǎn)看只能靠煤電解決本地區(qū)的電能需求。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。燃料電池發(fā)電不僅是可能的而且是可行的，可以做成小型的電池堆或用其建成大型的電站。應(yīng)從現(xiàn)在起加強燃料電池發(fā)電的研究工作，立足于用高技術(shù)改造東北電網(wǎng)。 鑒于我國對電站用燃料電池的研究還比較落后，我們應(yīng)走風(fēng)力發(fā)電的路線，采用高起點起步，整機引進國外的燃料電池發(fā)電設(shè)備，可以先引進規(guī)模較小的電池堆。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。 大連化學(xué)物理研究所走在了我國在燃料電池研究的前面，而且對燃料電池的種類研究的也比較全面，遼寧省有很好的燃料電池研究生產(chǎn)條件，我國有大量的燃料電池所用的稀土資源。應(yīng)很好地利用這一資源，在開發(fā)燃料電池應(yīng)用市場的同時，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。26 / 26