燃料电池发电技术现状与前景

　　述燃料电池发电技术现状与前景孔宪文佳敏言冯玉全21.辽宁电力科学研究院辽宁沈阳2.辽宁省电力有限公司辽宁沈阳0006条件做了叙述。就这技术在电力系统将产生影响和发电应用前景进行了展望，最后提出了发展燃料电池发电的具体建议中分类号丁朋文献标识码8文章编号473200232806能源是经济发展的基础，没有能源工业的发展就没有现代文明。人类为了更有效地利用能源直进1不懈的努力无史1利用能源的式过多次革命性变革，从原始的蒸汽机到汽轮机高压汽轮机内燃机燃气轮机，每次能源利用方式随着现代文明的发展，人们逐渐认识到传统能源利用方式有两大弊病。是储存于燃料中的化学能必须转变成热能能波较变成机械能或电能。

　　受卡1骷环及材料性能的限虬机端所获得效中。

　　只有3335；是传统的能源利用方式给今天人类的生活环境造成了巨量的废水废气废渣废热和噪声的污染。多年来人们直在努力寻找的既了较高能源利效宇，不污染叫；垃的能源利用方式正在成熟起来，这就是燃料电池发电技术。

　　燃料电池是种将储存在燃料中的化学能直接转化为电能的装置。3源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它就可以连续发电。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净无污染噪声低模块结构积木性强比功率，既可以集中供屯也适合分散供电装置无论大小实际发电效率均可达4060，可以实现直接进入企业饭店宾馆家庭实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80，装置为积木式结构，容量可小到只为手机供电大到可与目前的火力发电厂相比，非常灵活。

　　燃料电池波称为是继水力。火力。核能之厂第代发电装置和替代内燃机的动力装置。国际能源法之，1燃料电池的特点与原理燃料电池能将燃料的化学能直接转化为电能，避免了中间转换环节上的能量损失。它具有以下特点无论是满负荷还是部分负荷发电均能保持很高效率；无论装置规模大小均能保持高发电效率；具有很强的过负载能力；通过燃料供给装置组合可以，应的燃料广泛；发电出力由电池堆的出力和电池组数决定，机组的容量4沾。自由度大；电池本体的负荷响应性好，用于电网调峰优于其他发电方式；以天然Ul煤气等为燃料时。NOx及SO等排出兄少，环垃相容怍好。

　　燃料电池按其工作温度不同，把硷性燃料电池人。工作温度为100，固体高分子型质子膜燃料电池0也称为质子股燃料屯池，1作温度在100以内和磷酸型燃料电池，工作温度为200，称为低温燃料电池；把熔融碳酸盐型燃料屯池代。工作温度为650和固体氧化物燃料电池60厂，ぷ魑露任，000，称为高温燃料电池，并且高温燃料电池又被称为面向高质量排气而可进行联合开发的燃料电池。另种分类是按其开发早晚顺序进行的，把，入，电池，把8，0称为第代燃料电池。这些电池均需用可燃气体作燃料。

　　燃料电池其原理让神电化学装置。其组成与般电池+同。其单体电池是由正负两个电极负极即燃料电极和正极即氧化剂电极以及电解质组成。不同的是般电池的活性物质是贮存在电池内部，因此，就限制了电池的容量。而燃料电池的正负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件。因此燃料电池是名符其实的把化学能转化为电能的能，转换机。，电池工作燃料和，化剂由外部供给。进反应。原上只要+断输入反应物，不断排除反应产物，燃料电池就能连续地发电。这里以氢氧燃料电池为例来说明燃料电池的基本工作原观气体中含有会造成中毒，降低电极性能。

　　2我国燃料电池的发展概况我国的燃料电池研，始于1958年，原电子工业部天津电源研宄所最早开展了0的研究。20世纪70年代在航天事业的推动下，中国燃料电池的研宄曾呈现出第次高潮。其间中国科学院大连化；物理研宄所研制的两利性1棉膜喂氢试燃料电池系统，1级41均迪过例行的航天环境模拟试验。1990年中国科学院长春应用化学研允所承担了中科院，0的研允务，1993年开始进行直接甲醇质子交换膜燃料电池，肘，的研宄。电力工业部哈尔滨电站成套设备研宄所于1991年研制出由7个单电池组成的肘，喊；原理性电池。，期间，人连化；物观研究所上海娃酸盐研宄所北京化工冶金研究所清华大学等几个单位进行了与30有关的研宄。到20世纪90年代中期。在家科技部与中科院将燃料电池技术列入九科技攻太计划的推动下。中国进入燃料电池研究的第个高潮。以大连化学物理研，所为牵头单位。全面开展了质子交换膜燃料电池的电池材料与电池系统的研究。并组装0.1只有燃料电池本身还不能工作，还需有套相应的辅助系统，包括燃料氧化剂供给系统，排热系统，排水系统，控制系统及安全装置等。

　　燃料电池通常由形成离了导电体的电解质板和其两侧配置的燃料极阳极空气极叫极及两侧气体流路构成。，气休流路的作用是使燃料气体和空化剂气体能在流路中通过。

　　庄实用的燃，电池中因电解质个同，句反应是离户⑴1.，勺电解质浓磷酸水溶液而叹12151和25电池组与屯池系统。5电池组包括内，部分其重量比功率为lOOWk.体积比功率为3001我科学工作者在燃料屯池基础研，和单项技术方面，得了很大进展。积累了定经验。似是。

　　由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少，就燃料电池技术的总体水平来看，与发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对燃料电池十分重视，1996年和1998年两次在香山会议上对我国燃料电池技术的发展进行了讨必划调自兰研宄与开发燃料电池系统的重要性和必要性。近几年我国加大了在，0方面的研宄力度。

　　2000年欠连化学物理研宄所与中科院电工研究所已完成30车用燃料电池的全部试验工作。2001年已有5家单位生产出燃料电池概念取并接受丁货。高温燃料电池的研宄方而也取得了新3国外燃料电池发展状况发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目，企业界也纷纷斥以巨资，从事燃料电池技术的研究与开发，现在己取得了许多重要成果，使得燃料电池即将，代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。值得注意的是这种重要的新型发电方式实现电能的终点生产与消费同步，可以大大提高燃料利叫率降低空气污染及解决电力nba直播吧极速体育jrs_jrs直播王_极速体育NBA直播提高电网的安全性。

　　3.1磷酸型燃料电池日木圮对1研究开展较早的国家。受1973年界性心汕危机以及美国，0研发的影响，自20世纪70年代起日本决定开发各种类型的燃料屯池，从被作为人型节能发电技木由新能源产业技术开发机构城00进行开发。自1981年起。进了2001现场型，0发电装置的研允和开发1986，展1000现场型发电装置的开发，以适用于边远地区或商业应用。目前，开发出的最大的装置为，到2001年为止已有12台装置运行时间超过了4万的设计寿命。200名台装金1运丁在世界各地。

　　士电机公司是目前日本最人的他电池堆nba直播吧极速体育jrs_jrs直播王_极速体育NBA直播商。在1997年3月完成了分散型51资设备总计88种设备投入使用。1为富士电机公司己交货的发屯装置运行历史情况，东芝公司安装在美国某公司的16机和安装在日本大阪梅田中心的大阪煤气公司2号机，累计运行时间均突破4万1！。从燃料屯池的命和可靠性来看，累计运行时间4万1！是燃料电池的长远目标。近期将推出的商业化，50型设备成本会降至1500美沧体积是，25的34质砧仅为14 12质子交换膜燃料电池0球领先。现己将，技术扩展到交通和固定为在开发生产和市场化方面直走在世界前列。

　　其第座2501发电厂于1997年8月成功发电，1999年9门送个，汾，经过周密测试评估后，设计了第座电厂，提高了性能，降低了成本5安装在柏木输出功率250.不久831公司的第座2501电厂也在2000年9月安装在瑞士进行了现场测试，在2000年10月通过它的伙伴瓦8入必8沾3，1将第座燃料电池电厂安装在日本的1公司，向亚洲开拓了市场。

　　3.3熔融碳酸盐燃料电池化0熔融碳酸盐燃料屯池1由于其可以作为大规模发电装进应用。，以应用被染氢燃剌而引起了世界范围的屯视，0发展的非常快，到了20世纪80年代己被作为第代燃料电池。并成为近期实现兆瓦级商品化燃料电池电站的主要研究目标。现在河0，闹饕，兄普呒，性，美国日本和西欧等国家，预计2002年将商品化生产美，能源部山0去年拨给固定式燃料电池电站的研究费用4420万美元，而其中的2将用十0的7发。美国的心1技术开发直小货由两大公司艰机，1沿只祝3.1.。01poration，现为此1立吧。沿和况10；公司。2家公司都到了现场，范阶段=尸1预计将以1200美元贾的设备费用提供3，1贾的装置。这与小型燃气涡轮发电装置设备费用1000美元比较接近但小型燃气轮机发电效率仅有30，并且有废气排放和噪声问。美国河0公司己在加州圣迭戈的海军航空站进行了2501装置的试验。现在计划在同地点试验改进751装置1抑行。公正在研制5001模块。计划2002汗始生产=划时开始，1991年后转为重点，每年在燃料电池上的费用为1.21.5亿美元，并在1990年追加2亿美元，专门扣于的研究=1994.分容量kW台数累计运行时间h最长累计h最长连续h别由日立和石岛播磨重工完成了2个100电极面积人加压外重整的添，厂另外由中部电力公制造的外重整纟1工0正在越火力发电厂安装，预计以天然气为燃料时，热电效率高于45，运行寿命大于5 000由菱电机与美玉1合作研制的内重整30 1从代己运行了10000洋公司研制了301的内重整河目前，石岛播磨重工有世界上最大面积，绣承，幔，涸鹑剂系绯囟训脑俗，⒌绯，Σ，围设备和系统技术等方面的研充现在它与14个单位联合成为日本研究开发主力。

　　标足建环境染小可分散安装功率为2001成的第代电。包括50和1外1种类甩，它将任务分配到各。进厅10.研究的主要有荷兰意大利德国丹麦和西班牙。荷兰对，难芯看颖986年就己经开始，1989年研制出级电池堆，1992年对10级外部转化增与1级内部转化型电池堆进行了试验，1995年对以煤制气与天然气为燃料签定关100技术的协议，己安装1您单电池面积12自动化生产设备，年生产能力为2 3河贾，可扩大到69河1德国添耶公司于1992完成了10级外部转化技水的研究发。

　　在；协助下。于992994年进疔1001级与2501识级电池堆的制造与运转试验。现在51公司拥。界上最火的电池机体3.4固体氧化物燃料电池60，被称为第代燃料电池的3，0正在积极的研制和开发中，它被认为是正在兴起的新型发电方式主力型之。美国是世界上最早研究300的国家，而美国的西屋电气公司所起的作用尤为重要，现成为在5研允方面似有权威的机构此界早在1962年西屋电气公司就以甲烧为燃料，在50厂，匝樽爸蒙匣竦昧说缌鳎，⒅赋鎏，嗳剂，在3，诒匦胪瓿扇剂系拇呋氲缁，Х从，年起。西电气公司采用空气电极作支撑管，取代了原先，3，稳定的7办支撑管，简化了50的结构，使电池的功率密度提高了近3倍。该公司为荷兰而1公司建造100管式3系统，邑量总利用率达到75.

　　在日本知研究是月光计划的部分。早在1972年，电子综合技术研究所就开始研宄3，际酢4颖989年起，东京煤气公司还着手发大而积平板式0装置。1992乍6完成了10平板式3装置。该电池的有效面积达4001.现在1与七。，公，发的平板与菱重工合作，从1990年起对叠层波纹板式5吓0系统进行研究和综合评价。研制出4061试验装置，该装置的单电池有效面积达到132.

　　4气体燃料资源评估燃料电池运行时必须使叫流动性好的气体燃料。低温燃料电池要用氢气，高温燃料电池可以直接使用天然气煤气。

　　现已探明我国陆地上的天然气睹景为1.9万乙，专家认为我国天然气储量有30万亿。我国还可利用丰富的邻国天然气资源，俄罗斯西西伯利亚探明人然气储句为38.6力亿，向我向年供气203，亿，1俄罗斯的如西伯利业己探明天然气储量3.13万亿，可向我国年供气1002，乙3；俄远东地区。萨哈林岛探明天然气储量万亿⑴叫向我内东北年供气㈨亿以。中亚地区的哈萨克斯坦乌兹别克斯坦和土库曼斯坦国探明的天然气储量为6.77万亿，可向外供气3，亿。我国规划在2010年以前铺设，幻山加时有望王全国形成两纵两横枢纽气库的格局，形成可靠的供气系统。其中的两纵是南北的输气干线，即萨哈林岛火庆沈阳下线和伊尔库茨克北京曰照海输，前我丁，生产能力约为3，亿出3山2010年达700亿，13，2020年达1000，HOim我国还可利用印度尼西亚马来西亚卡塔尔等，的液化人然气山；资源我国的煤层气也十分丰富，陆上深埋2 000，1以内浅的煤层气资源量为3235万亿，多于陆天然气资源最⑶万亿位公觐界前列。

　　另外由于环保的需要和技术的推动，煤研宄，目前的技水完全可以把煤气化供给燃料电池，贴近用户实现热电产供用，其效率要比常规热动力装置商以多。

　　我国有大试的生物资源薪村3 000万秸杆45000万1稻壳1500万±立圾1.6亿1等，这种密度低分散度高的资源可以转换成沼气或人工煤气或甲醇供分散的小型高效的燃料电池使用。

　　如广东潘禺正在建设使用诈猪场沼气的燃料电池电站。

　　我国在合成氨工业中，氢的年回收量可达到14亿1；在氯碱工业中有0.37亿1的氢可供回收利用。此外，在冶金工业发酵制酒及丁醇溶剂厂等牛。产过程邡大量氢收。上述各类工业，0产氢的可回收总量，估计可达到15亿，以上。

　　从长远发展看，小吧。高效。灵沾分故的即加队0发电与相对免巾，温片和SOFCmJMTOiI 5燃料电池发电的经济性燃料电池是种正在逐步完善的能源利用方500美元代的价格为300美元1国内富原公4公布其肝接受订货的价格为10000元贾。其他燃料电池国内暂无商业产品。

　　燃料电池发电常规的火电投资比较不能中考虑电源投资，还应将长距离输电配电投资与厂用电输电能耗和两种能源转换装迓的效率考虑在内。如此来计算综合投资大型的火电厂约为1.31.5万元贾。发电消耗的燃料为燃料电池的2倍以上，按目前国内天然气最低市价产地市价人民币1元化3计算，当发电时间超过70 000以后，用燃料电池发电将比用传统的热机发电更经济。在实际发电工程中还应考虑传统的热机发电占地面积大环境染重的问。随着燃料电池发屯技术的不断完善，造价将会不断的降低，特别是在规模化生产后，其造价将大幅度的下降，有理由相成挑战。

　　最近国际上些学者和国际组织认为大容高参数机组发电，超1压大电网远距离送屯现，再加上对改善能源投资的选择传统的观念正在变得过时。1999年在布鲁塞尔成立的国际热电联产，组织声称其实质是推动世界范围内的清洁高效分散的电力生产，这是下个世纪21世纪电力工业的方向。随着小型分散的热电厂燃料电池发屯风力发电太1能发电生物质能发电等的出现和增加，当今的电力系统将发生很大的转变。超大型的电站与分散微型电站的结合可以减少在输配电线路上的投资，会使得电力系统更安全更经济。个目前拥有50个发电厂的电力公司在未来若干年内会有几百个甚至几千个微型电站与之相连。这种电力网络类似于目前的计算机网络，少数的几台主机与众多的机相连。这种电网会使得各种能源得到更好利用和配置，这种变化将要求未来的屯乃系统运行厅式有个重大的变革。

　　将来的电网系统将是现，的火电厂和中小燃料电池共存的状态。因为大电网有其优越性的同时，也存在着缺陷，如高电压长距离输电将有6 8的损失。而分散的中小型燃料电池电站可以在许多地点建立，可以减少送电损失输气能量损失般仅为3，同时能为电网调峰做出贡献。中小型分散式电源将灵活地适应季节性和地域性的电力，求变化。气体能源的nba直播吧极速体育jrs_jrs直播王_极速体育NBA直播是汽会成问呢，根据专家计兑条直抒义的输，管道用厂9501600输气其所输能量约相当于500高压输电线路输送能量的倍以上，而输氢管道所需的建设费用仅为建设高压输电线路的2550，日常运行维护也比输电线路低得多。因此这种方式在经济上是有前景的。

　　6前景展望被称为第代发电方式的燃料电池，由于燃料利用效率，达804不排放1气体，不排放任何气体，容量可根据需要而定，所以受到了各方面的极大关注。各国政府都在这方面增加研发资金。推逃其商化进程。

　　我国稀资源富发展代和技信，航替勰，前潘，池也钟古分，厉娜岛瞧，爨勺加7，统发电效，高达5565.

　　利用余热与微型燃气轮机联合循环发电己能使其发电效率达70以上，是种优良的区域性供电电站。热电联供时，燃料利用率高达80以上。专家们认为它与各种大型中心电站的关系，颇类似于个人电脑与大型中心汁算机的泠系。者互为补充。21世纪，这种区域性环境友好的高效的发电技术有可能会发展成为种重要的供电方式。

　　6.1调峰能力增加应用氢气做燃料壕，桃祷，诠，容呈为315你71你等热电联用的燃料电池正在源源断地进家庭。数了1的燃料屯池正在源源不断地进入旅馆饭店商厦等场所。这些电力装迓同小型光伏发电装置样，以独立发，也可与屯力网和连。为了获得试燃料，目前在非纯，燃，电池前均加燃料改质器。据专家介绍，碳纳米管储氧技术己获以突破，随着其商1化开气阀就可以发电和nba直播吧极速体育jrs_jrs直播王_极速体育NBA直播热水。

　　直接以天然气煤气为燃料数千14界的河8发电装3将座落丁较人的公用场所，用矜逍燃料屯池，供燃气为附近的用户提供电力和热能，使城市的发电不再污染环境。成千上万的燃料电池发电装置服役，必将使得电网的调峰能力大大增强，常规的火电厂由于存在有较大污染，因此会让其远离城区带基本负荷。在缺乏调峰手段和缺乏调峰电量的地区加大燃料电池的入网量，必将大大地捉高未来屯的调峰能力。

　　6.2节约配电网的建设费用我国有许多偏远的山村和海岛，远离电网或处作电的衣端，电量不大。从商业角役虑，架设高电压级的线路是不；算的，不架设又难以实现村村通电的目标。有了燃料电池，用当地生物质气体为燃料，再配合当地的风能太阳能等，就可以满足当地长期的电能需求，这样可以使投资更加合理，提高了电网的经济效益。

　　6.3提高电网的安全性目前屯网均采用高压长距离输电的方式使偏僻山区的水电和坑口路口以及海口处的火电输送到负荷中心地带。中外近年多次电网事故证明，在地震水灾暴风冰雪雷电等自然灾害面前，这种系统往往是十分脆弱的。而星罗棋布的燃料电池加入到电网中供电，将会大大提高电网的安全性。

　　在某个远距离的基本负荷电源发生事故时，燃料电池可以对电网起到定的支承作用，保证重要用户然气管线的铺通和大型煤气化技术的解决，届时人们会棚，对于人规模的应用化石能源的屯力系统来说，变长距离输电为长趴离输气。应叫人中小相结合的各种燃料电池靠近负荷供电供热会更经济更安全。

　　7几点建议目前在我，的能源结构煤炭约72为了解决现代化人的电能，求与环境的尖锐矛，我国方面加快了洁净化用煤的技术煤的整体气化发展，方面迅速地增大天然气应用在能源中的比例。气体能源的发展为燃料电池在我国广泛应用创造了极好的条件。

　　3.辽宁地区能源资源单，从长远看只能靠煤电解决本地区的电能需求。但是传统电能转换方不仪，以很好地解决这矛盾。也，利于解决木地十分棘手的电网调峰问。燃料电池发电不仅是可能的而且是可行的，可以做成小型的电池堆或用其，成大型的电站，应从现在起加强燃料电池发屯的研究工作，立足于用高技术改造东北电网鉴于我内付电站用高温燃料电池的研宄还比较落后，我们应走风力发电的路线，采用高起点起步整机引进国外的燃料电池发电设备，可以先进规模较小的电池堆。这样可以使我们圯快地掌握高技术有利于燃料电池发电在我省更快的发展。

　　孔宪文1950.男。山东肥城县人，本科毕业。高工。近年主要从事新能源研究工作。