關(guān)鍵詞：燃料電池技術(shù)路線

燃料電池發(fā)電是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程，其發(fā)電效率不受卡諾循環(huán)的限制，發(fā)電效率可達(dá)到50％一70％，被譽(yù)為二十一世紀(jì)重要的發(fā)電新技術(shù)之一。目前，國(guó)際上磷酸型燃料電池已進(jìn)入商業(yè)化，其它幾種燃料電池預(yù)計(jì)在2005年一2010年200KW一將全面進(jìn)入商業(yè)此。對(duì)于這種蓬勃發(fā)展的發(fā)電新技術(shù)，國(guó)家電力公司應(yīng)該采取怎樣態(tài)度?要不要發(fā)展?怎樣發(fā)展?這些問(wèn)題亟待解決。

l燃料電池發(fā)電的技術(shù)特點(diǎn)和應(yīng)用形式

1．1技術(shù)特點(diǎn)

燃料電池發(fā)電是在一定條件下使燃料(主要是H2)和氧化劑(空氣中的02)發(fā)電化學(xué)反應(yīng)，將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能和熱能的過(guò)程。與常規(guī)電池的不同：只要有燃料和氧化劑供給，就會(huì)有持續(xù)不斷的電力輸出。與常規(guī)的火力發(fā)電不同，它不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)換效率高。與常規(guī)發(fā)電相比燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)理論發(fā)電效率高，發(fā)展?jié)摿Υ蟆Ｈ剂想姵乇倔w的發(fā)電效率可達(dá)到50一60％，組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在(10—50)MW規(guī)模即可達(dá)到70％以上的發(fā)電效率。

(2)污染物和溫室氣體排放量少。與傳統(tǒng)的火電機(jī)組相比，C02排出量可減少40％一60％。Nox(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。

(3)小型高效，可提高供電可靠性。燃料電池的發(fā)電效率受負(fù)荷和容量的影響較小。

(4)低噪音。在距發(fā)電設(shè)備3英尺(1．044米)處噪音小于60dB(A)。

(5)電力質(zhì)量高。電流諧波和電壓諧波均滿足IEEE519標(biāo)準(zhǔn)。

(6)變負(fù)荷率高。變負(fù)荷率可達(dá)到(8％一lO％)／min，負(fù)荷變化的范圍大(20一120)。

(7)燃料電池可使用的燃料有氫氣、甲醇、煤氣、沼氣、天然氣、輕油、柴油等。

(8)模塊化結(jié)構(gòu)，擴(kuò)容和增容容易，建廠時(shí)間短。

(9)占地面積小，占地面積小于lm2／KW。

(10)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。

總之，燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電方式，既適合于作分布式電源，又可在將來(lái)組成大容量中心發(fā)電站，是2l世紀(jì)重要的發(fā)電方式。制約燃料電池走向大規(guī)模商業(yè)化的主要因素是：高價(jià)格和壽命問(wèn)題。

2．1燃料電池的應(yīng)用形式

(1)現(xiàn)場(chǎng)熱電聯(lián)供，常用的容量為200KW一1MW。

(2)分布式電源，容量比現(xiàn)場(chǎng)用燃料電池大，約(2—20)MW。

(3)基本負(fù)荷的發(fā)電站(中心發(fā)電站)，容量為(100—300MW)。

(4)燃料電池還可用于100W—100KW多種可移動(dòng)電源、便攜式電源、航空電源、應(yīng)急電源和計(jì)算機(jī)電源等。

2為什么要在我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)?

2．1采用燃料電池發(fā)電是提高化石燃料發(fā)電效率的重要途徑之一

以高溫燃料電池組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，可使發(fā)電效率達(dá)到60—75(LHV)，這一目標(biāo)將在2005年左右實(shí)現(xiàn)。預(yù)計(jì)到2010年，發(fā)電效率可超過(guò)72％。煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)(IGFC)的發(fā)電效率可達(dá)到62％以上。以燃料電池組成的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的總熱效率可達(dá)到85％以上。燃料電池本體的發(fā)電效率基本不隨容量的變化而變化，這使得燃料電池既可用作小容量分散電源，又可用于集中發(fā)電應(yīng)用范圍廣泛。

2．2燃料電池發(fā)電可有效地降低火力發(fā)電的污染物和溫室氣體排放量

燃料電池發(fā)電中幾乎沒(méi)有燃燒過(guò)程，NOx排放量很小，一般可達(dá)到(O．139一0．236)kg／MW·h以下，遠(yuǎn)低于天然氣聯(lián)合循環(huán)的NOx排放量(1kg／MW·h一3kg/MW．h)。由于燃料進(jìn)入燃料電池之前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的凈化處理，碳?xì)浠衔镆脖仨氈卣蓺錃夂虲O，因此，尾氣中S02、碳?xì)浠衔锖凸虘B(tài)粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。與常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組相比，C02的排放量可減少40％一60．在目前CO2分離和隔絕技術(shù)尚不成熟的狀況下，通過(guò)提高能源轉(zhuǎn)換效率減少CO2排放是必然的選擇。

2.3采用燃料電池發(fā)電可提高供電的靈活性和可靠性

燃料電池具有高效率、低污染、低噪聲、模塊化結(jié)構(gòu)、體積小、可靠性高等突出特點(diǎn)，是理想的分布式電源。與目前一些可做為分布式電源的內(nèi)燃機(jī)相比，燃料電池的發(fā)電效率更高、污染更低。在250KW—lOMW的功率范圍內(nèi)，具有與目前數(shù)百兆瓦中心電站相當(dāng)甚至更高的發(fā)電效率。作為備用電源的柴油發(fā)電機(jī)由于污染和噪聲大不宜在未來(lái)的城市中應(yīng)用。

低溫燃料電池不僅發(fā)電效率高，而且啟動(dòng)快、變負(fù)荷能力強(qiáng)，是很好的備用電源?，F(xiàn)代社會(huì)對(duì)供電的可靠性和環(huán)境的兼容性要求越來(lái)越高，高效、低污染的分布式電源系統(tǒng)日益受到重視。近年來(lái)美國(guó)、加拿大、臺(tái)灣相繼發(fā)生因自然災(zāi)害或人為因素造成的大面積停電，許多重要用戶長(zhǎng)期不能恢復(fù)供電，給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。北約轟炸南聯(lián)盟，使電力系統(tǒng)嚴(yán)重受損。這些由不可抗力引起的電網(wǎng)破壞無(wú)不使人引發(fā)出一個(gè)重要的思考：提高我國(guó)電力系統(tǒng)供電的可靠性和供電質(zhì)量，雖然主要依靠電網(wǎng)的改造和技術(shù)革新，但如果在電網(wǎng)中有許多分布式電源在運(yùn)轉(zhuǎn)，供電的可靠性將會(huì)大大提高。

對(duì)于象軍事基地、指揮中心、醫(yī)院、數(shù)據(jù)處理和通訊中心、商業(yè)大樓、娛樂(lè)中心、政府要害部門、制藥和化學(xué)材料工業(yè)、精密制造工業(yè)等部門，對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和質(zhì)量要求很高。目前采用的備用電源效率低、污染嚴(yán)重、電壓波動(dòng)大。而采用燃料電池作為分布式電源向這些部門提供電力，會(huì)使供電的可靠性和電力質(zhì)量大大提高。他們將是燃料電池發(fā)電技術(shù)的第一批用戶。

對(duì)于邊遠(yuǎn)地區(qū)，負(fù)荷小且分散，若建設(shè)完善的電網(wǎng)，不僅投資大，線損大，且電網(wǎng)末端地區(qū)電力質(zhì)量不穩(wěn)定。對(duì)于這些區(qū)域若輔助燃料電池發(fā)電的分布式電源，更能有效地解決這些地區(qū)的電力供應(yīng)問(wèn)題。燃料電池的重量比功率和體積比功率均比常規(guī)的小型發(fā)電裝置大，因此，它也是理想的移動(dòng)電源，適合于各種建設(shè)工地、野外作業(yè)和臨時(shí)急用。

2．4發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是提高國(guó)家能源和電力安全的戰(zhàn)略需要

美國(guó)已將燃料電池發(fā)電列為國(guó)家安全關(guān)鍵技術(shù)之一。美、日之所以能在燃料電池技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，與國(guó)家從戰(zhàn)略高度予以組織、資助和推動(dòng)密不可分。在目前復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境下，高技術(shù)的壟斷日趨嚴(yán)重，掌握清潔高效發(fā)電的高新技術(shù)對(duì)未來(lái)國(guó)家的能源和電力安全具有重要的戰(zhàn)略意義，而燃料電池發(fā)電技術(shù)，正是這種高效清潔的高新發(fā)電技術(shù)之一。燃料電池突出的優(yōu)點(diǎn)，以及發(fā)達(dá)國(guó)家竟相投入巨資研究開(kāi)發(fā)的行動(dòng)，足以說(shuō)明燃料電池發(fā)電技術(shù)在21世紀(jì)會(huì)起到越來(lái)越重要的作用。

2．5發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是國(guó)電公司“加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，形成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)”的需要

燃料電池發(fā)電技術(shù)是電力工業(yè)中的高新技術(shù)，己受到普遍重視。美國(guó)燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)主要由美國(guó)能源部組織實(shí)施，其中一個(gè)重要的目的就是形成新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，為美國(guó)的經(jīng)濟(jì)注入新的活力。日本的東京電力公司、關(guān)西電力公司及其它公用事業(yè)單位是日本燃料電池開(kāi)發(fā)及商業(yè)化的主要承擔(dān)者和推動(dòng)者，其目的也是為電力公司注入新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

國(guó)家電力公司處在完成“兩型”、“兩化”、“進(jìn)入世界500強(qiáng)”的歷史時(shí)刻，恰逢黨中央國(guó)務(wù)院號(hào)召全國(guó)各行業(yè)“加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的有利時(shí)機(jī)，在國(guó)家電力公司內(nèi)不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)是非常必要的。采取引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新的技術(shù)路線，以高起點(diǎn)，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)初步形成自主產(chǎn)權(quán)的燃料電池發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，不僅可以使我國(guó)在燃料電池發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外的差距大大縮小，而且，對(duì)國(guó)家電力公司進(jìn)行發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)創(chuàng)新、形成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力都具有非常重要的意義。

2．6燃料電池發(fā)電技術(shù)在我國(guó)有廣闊的發(fā)展前景

未來(lái)二十年，隨著我國(guó)“西氣東送”，全國(guó)天然氣管網(wǎng)的不斷完善及液化天然氣(LNG)的廣泛應(yīng)用，燃用天然氣的燃料電池發(fā)電將會(huì)有很大市場(chǎng)。煤層氣也是燃料電池的理想燃料。我國(guó)豐富的煤層氣資源也將是燃料電池發(fā)電的巨大潛在能源之一。燃料電池可與常規(guī)燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)結(jié)合，形成更高效率的發(fā)電方式。與煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)結(jié)合，形成數(shù)百兆瓦級(jí)的大型、高效、低污染的中心發(fā)電站，比IGCC效率更高，污染更小。

燃料電池可與水電、風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等結(jié)合，在高出力時(shí)，利用電解水制氫，低出力時(shí)用燃料電池發(fā)電，達(dá)到既儲(chǔ)能，又高效發(fā)電的目的。采取氣化或厭氧處理的方法將生物質(zhì)變?yōu)槿剂蠚猓ㄟ^(guò)燃料電池發(fā)電，提高能源轉(zhuǎn)換效率，并降低污染物排放量。對(duì)一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)但有豐富的沼氣資源的地區(qū)，利用燃料電池發(fā)電技術(shù)有可能更有有效地解決這些地區(qū)的電力供應(yīng)問(wèn)題。

2．7與國(guó)外有較大的差距

在燃料電池發(fā)電技術(shù)方面，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平有較大的差距。在MCFC和SOF