行業知識普及：燃料電池發電
2026-04-11 11:48:14
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燃料電池發電是將燃料的化學能直接轉換為電能的過程，其發電效率不受卡諾循環的限製，發電效率可達到50%一70%，被譽為二十一世紀重要的發電新技術之一。目前，國際上磷酸型燃料電池已進入商業化，其它幾種燃料電池預計在2005年一2010年200KW一將全渺幡巍懟啤笑桅痞兀?入商業此。對於這種蓬勃發展的發電新技術，國家電力公司應該采取怎樣態度?要不要發展?怎樣發展?這些問題亟待解決。
l 燃料電池發電的技術特點和應用形式
1.1 技術特點
燃料電池發電是在一定條件下使燃料(主要是H2)和氧化劑(空氣中的02)發電化學反應，將化學能直接轉換為電能和熱能的過程。與常規電池的不同：隻zhi要yao有you燃ran料liao和he氧yang化hua劑ji供gong給gei，就jiu會hui有you持chi續xu不bu斷duan的de電dian力li輸shu出chu。與yu常chang規gui的de火huo力li發fa電dian不bu同tong，它ta不bu受shou卡ka諾nuo循xun環huan的de限xian製zhi，能neng量liang轉zhuan換huan效xiao率lv高gao。與yu常chang規gui發fa電dian相xiang比bi燃ran料liao電dian池chi具ju有you以yi下xia優you點dian：
(1)理論發電效率高，發展潛力大。燃料電池本體的發電效率可達到50%一60%，組成的聯合循環發電係統在(10—50)MW規模即可達到70%以上的發電效率。
(2)汙染物和溫室氣體排放量少。與傳統的火電機組相比，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。燃料電池的發電效率受負荷和容量的影響較小。
(4)低噪音。在距發電設備3英尺(1.044米)處噪音小於60dB(A)。
(5)電力質量高。電流諧波和電壓諧波均滿足IEEE519標準。
(6)變負荷率高。變負荷率可達到(8%一lO%)/min，負荷變化的範圍大(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)模塊化結構，擴容和增容容易，建廠時間短。
(9)占地渺幡巍懟啤笑桅痞兀?小，占地渺幡巍懟啤笑桅痞兀?小於lm2/KW。
(10)自動化程度高，可實現無人操作。
總之，燃料電池是一種高效、潔淨的發電方式，既適合於作分布式電源，又可在將來組成大容量中心發電站，是2l世紀重要的發電方式。製約燃料電池走向大規模商業化的主要因素是：高價格和壽命問題。
2.1 燃料電池的應用形式
(1)現場熱電聯供，常用的容量為200KW一1MW。
(2)分布式電源，容量比現場用燃料電池大，約(2—20)MW。
(3)基本負荷的發電站(中心發電站)，容量為(100—300MW)。
(4)燃料電池還可用於100W—100KW多種可移動電源、便攜式電源、航空電源、應急電源和計算機電源等。
2 為什麼要在我國電力係統發展燃料電池發電技術?
2.1 采用燃料電池發電是提高化石燃料發電效率的重要途徑之一
以高溫燃料電池組成的聯合循環發電係統，可使發電效率達到60%—75%(LHV)，這一目標將在2005年左右實現。預計到2010年，發電效率可超過72%。煤氣化燃料電池聯合循環(IGFC)的發電效率可達到62%以上。以燃料電池組成的熱電聯產機組的總熱效率可達到85%以(yi)上(shang)。燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)本(ben)體(ti)的(de)發(fa)電(dian)效(xiao)率(lv)基(ji)本(ben)不(bu)隨(sui)容(rong)量(liang)的(de)變(bian)化(hua)而(er)變(bian)化(hua)，這(zhe)使(shi)得(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)既(ji)可(ke)用(yong)作(zuo)小(xiao)容(rong)量(liang)分(fen)散(san)電(dian)源(yuan)，又(you)可(ke)用(yong)於(yu)集(ji)中(zhong)發(fa)電(dian)應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)廣(guang)泛(fan)。
2.2 燃料電池發電可有效地降低火力發電的汙染物和溫室氣體排放量
燃料電池發電中幾乎沒有燃燒過程，NOx排放量很小，一般可達到(O.139一 0.236)kg/MW·h以下，遠低於天然氣聯合循環的NOx排放量(1kg/MW·h一3kg/MW.h)。由於燃料進入燃料電池之前必須經過嚴格的淨化處理，碳氫化合物也必須重整成氫氣和CO， 因此，尾氣中S02、碳氫化合物和固態粒子等汙染物排量也汙染物的含量非常低。與常規燃煤發電機組相比，C02的排放量可減少40%一60%.在目前CO2分離和隔絕技術尚不成熟的狀況下，通過提高能源轉換效率減少CO2排放是必然的選擇。
2. 3 采用燃料電池發電可提高供電的靈活性和可靠性
燃料電池具有高效率、低汙染、低噪聲、模塊化結構、體積小、可靠性高等突出特點，是理想的分布式電源。與目前一些可做為分布式電源的內燃機相比，燃料電池的發電效率更高、汙染更低。在250KW—lOMW的(de)功(gong)率(lv)範(fan)圍(wei)內(nei)，具(ju)有(you)與(yu)目(mu)前(qian)數(shu)百(bai)兆(zhao)瓦(wa)中(zhong)心(xin)電(dian)站(zhan)相(xiang)當(dang)甚(shen)至(zhi)更(geng)高(gao)的(de)發(fa)電(dian)效(xiao)率(lv)。作(zuo)為(wei)備(bei)用(yong)電(dian)源(yuan)的(de)柴(chai)油(you)發(fa)電(dian)機(ji)由(you)於(yu)汙(wu)染(ran)和(he)噪(zao)聲(sheng)大(da)不(bu)宜(yi)在(zai)未(wei)來(lai)的(de)城(cheng)市(shi)中(zhong)應(ying)用(yong)。低(di)溫(wen)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)不(bu)僅(jin)發(fa)電(dian)效(xiao)率(lv)高(gao)，而(er)且(qie)啟(qi)動(dong)快(kuai)、變負荷能力強，是很好的備用電源。現代社會對供電的可靠性和環境的兼容性要求越來越高，高效、低汙染的分布式電源係統日益受到重視。近年來美國、加拿大、台灣相繼發生因自然災害或人為因素造成的大渺幡巍懟啤笑桅痞兀?停(ting)電(dian)，許(xu)多(duo)重(zhong)要(yao)用(yong)戶(hu)長(chang)期(qi)不(bu)能(neng)恢(hui)複(fu)供(gong)電(dian)，給(gei)社(she)會(hui)和(he)經(jing)濟(ji)造(zao)成(cheng)了(le)巨(ju)大(da)的(de)損(sun)失(shi)。北(bei)約(yue)轟(hong)炸(zha)南(nan)聯(lian)盟(meng)，使(shi)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)嚴(yan)重(zhong)受(shou)損(sun)。這(zhe)些(xie)由(you)不(bu)可(ke)抗(kang)力(li)引(yin)起(qi)的(de)電(dian)網(wang)破(po)壞(huai)無(wu)不(bu)使(shi)人(ren)引(yin)發(fa)出(chu)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)思(si)考(kao)：提ti高gao我wo國guo電dian力li係xi統tong供gong電dian的de可ke靠kao性xing和he供gong電dian質zhi量liang，雖sui然ran主zhu要yao依yi靠kao電dian網wang的de改gai造zao和he技ji術shu革ge新xin，但dan如ru果guo在zai電dian網wang中zhong有you許xu多duo分fen布bu式shi電dian源yuan在zai運yun轉zhuan，供gong電dian的de可ke靠kao性xing將jiang會hui大da大da提ti高gao。
對於象軍事基地、指揮中心、醫院、數據處理和通訊中心、商業大樓、娛樂中心、政府要害部門、製藥和化學材料工業、精密製造工業等部門，對電力供應的可靠性和質量要求很高。目前采用的備用電源效率低、汙染嚴重、電dian壓ya波bo動dong大da。而er采cai用yong燃ran料liao電dian池chi作zuo為wei分fen布bu式shi電dian源yuan向xiang這zhe些xie部bu門men提ti供gong電dian力li，會hui使shi供gong電dian的de可ke靠kao性xing和he電dian力li質zhi量liang大da大da提ti高gao。他ta們men將jiang是shi燃ran料liao電dian池chi發fa電dian技ji術shu的de第di一yi批pi用yong戶hu。
對dui於yu邊bian遠yuan地di區qu，負fu荷he小xiao且qie分fen散san，若ruo建jian設she完wan善shan的de電dian網wang，不bu僅jin投tou資zi大da，線xian損sun大da，且qie電dian網wang末mo端duan地di區qu電dian力li質zhi量liang不bu穩wen定ding。對dui於yu這zhe些xie區qu域yu若ruo輔fu助zhu燃ran料liao電dian池chi發fa電dian的de分fen布bu式shi電dian源yuan，更geng能neng有you效xiao地di解jie決jue這zhe些xie地di區qu的de電dian力li供gong應ying問wen題ti。燃ran料liao電dian池chi的de重zhong量liang比bi功gong率lv和he體ti積ji比bi功gong率lv均jun比bi常chang規gui的de小xiao型xing發fa電dian裝zhuang置zhi大da，因yin此ci，它ta也ye是shi理li想xiang的de移yi動dong電dian源yuan，適shi合he於yu各ge種zhong建jian設she工gong地di、野外作業和臨時急用。
2.4 發展燃料電池發電技術是提高國家能源和電力安全的戰略需要
美國已將燃料電池發電列為國家安全關鍵技術之一。美、日之所以能在燃料電池技術方麵處於世界領先地位，與國家從戰略高度予以組織、資zi助zhu和he推tui動dong密mi不bu可ke分fen。在zai目mu前qian複fu雜za的de國guo際ji環huan境jing下xia，高gao技ji術shu的de壟long斷duan日ri趨qu嚴yan重zhong，掌zhang握wo清qing潔jie高gao效xiao發fa電dian的de高gao新xin技ji術shu對dui未wei來lai國guo家jia的de能neng源yuan和he電dian力li安an全quan具ju有you重zhong要yao的de戰zhan略lve意yi義yi，而er燃ran料liao電dian池chi發fa電dian技ji術shu，正zheng是shi這zhe種zhong高gao效xiao清qing潔jie的de高gao新xin發fa電dian技ji術shu之zhi一yi。燃ran料liao電dian池chi突tu出chu的de優you點dian，以yi及ji發fa達da國guo家jia竟jing相xiang投tou入ru巨ju資zi研yan究jiu開kai發fa的de行xing動dong，足zu以yi說shuo明ming燃ran料liao電dian池chi發fa電dian技ji術shu在zai21世紀會起到越來越重要的作用。
2.5 發展燃料電池發電技術是國電公司“加強技術創新，發展高科技，形成高新技術產業”的需要
燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)是(shi)電(dian)力(li)工(gong)業(ye)中(zhong)的(de)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)，己(ji)受(shou)到(dao)普(pu)遍(bian)重(zhong)視(shi)。美(mei)國(guo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)的(de)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)主(zhu)要(yao)由(you)美(mei)國(guo)能(neng)源(yuan)部(bu)組(zu)織(zhi)實(shi)施(shi)，其(qi)中(zhong)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)的(de)目(mu)的(de)就(jiu)是(shi)形(xing)成(cheng)新(xin)的(de)高(gao)技(ji)術(shu)產(chan)業(ye)，為(wei)美(mei)國(guo)的(de)經(jing)濟(ji)注(zhu)入(ru)新(xin)的(de)活(huo)力(li)。日(ri)本(ben)的(de)東(dong)京(jing)電(dian)力(li)公(gong)司(si)、關guan西xi電dian力li公gong司si及ji其qi它ta公gong用yong事shi業ye單dan位wei是shi日ri本ben燃ran料liao電dian池chi開kai發fa及ji商shang業ye化hua的de主zhu要yao承cheng擔dan者zhe和he推tui動dong者zhe，其qi目mu的de也ye是shi為wei電dian力li公gong司si注zhu入ru新xin的de經jing濟ji增zeng長chang點dian以yi獲huo得de巨ju大da的de經jing濟ji效xiao益yi和he社she會hui效xiao益yi。
國家電力公司處在完成“兩型”、“兩化”、 “進入世界500強”的曆史時刻，恰逢黨中央國務院號召全國各行業“加強技術創新，發展高科技，實現產業化”的有利時機，在國家電力公司內不失時機地進行燃料電池發電技術的研究開發是非常必要的。采取引進、消化、吸(xi)收(shou)和(he)再(zai)創(chuang)新(xin)的(de)技(ji)術(shu)路(lu)線(xian)，以(yi)高(gao)起(qi)點(dian)，在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)初(chu)步(bu)形(xing)成(cheng)自(zi)主(zhu)產(chan)權(quan)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)，不(bu)僅(jin)可(ke)以(yi)使(shi)我(wo)國(guo)在(zai)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)領(ling)域(yu)與(yu)國(guo)外(wai)的(de)差(cha)距(ju)大(da)大(da)縮(suo)小(xiao)，而(er)且(qie)，對(dui)國(guo)家(jia)電(dian)力(li)公(gong)司(si)進(jin)行(xing)發(fa)電(dian)係(xi)統(tong)的(de)結(jie)構(gou)調(tiao)整(zheng)、技術創新、形成高新技術產業、實現跨越式發、提高國際競爭能力都具有非常重要的意義。
2.6 燃料電池發電技術在我國有廣闊的發展前景
未來二十年，隨著我國“西氣東送”，全國天然氣管網的不斷完善及液化天然氣(LNG)的(de)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)，燃(ran)用(yong)天(tian)然(ran)氣(qi)的(de)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)將(jiang)會(hui)有(you)很(hen)大(da)市(shi)場(chang)。煤(mei)層(ceng)氣(qi)也(ye)是(shi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)理(li)想(xiang)燃(ran)料(liao)。我(wo)國(guo)豐(feng)富(fu)的(de)煤(mei)層(ceng)氣(qi)資(zi)源(yuan)也(ye)將(jiang)是(shi)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)的(de)巨(ju)大(da)潛(qian)在(zai)能(neng)源(yuan)之(zhi)一(yi)。燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)可(ke)與(yu)常(chang)規(gui) 燃氣一蒸汽聯合循環結合，形成更高效率的發電方式。與煤氣化聯合循環(IGCC)結合，形成數百兆瓦級的大型、高效、低汙染的中心發電站，比IGCC效率更高，汙染更小。
燃料電池可與水電、風(feng)電(dian)和(he)太(tai)陽(yang)能(neng)發(fa)電(dian)等(deng)結(jie)合(he)，在(zai)高(gao)出(chu)力(li)時(shi)，利(li)用(yong)電(dian)解(jie)水(shui)製(zhi)氫(qing)，低(di)出(chu)力(li)時(shi)用(yong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)，達(da)到(dao)既(ji)儲(chu)能(neng)，又(you)高(gao)效(xiao)發(fa)電(dian)的(de)目(mu)的(de)。采(cai)取(qu)氣(qi)化(hua)或(huo)厭(yan)氧(yang)處(chu)理(li)的(de)方(fang)法(fa)將(jiang)生(sheng)物(wu)質(zhi)變(bian)為(wei)燃(ran)料(liao)氣(qi)，通(tong)過(guo)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)，提(ti)高(gao)能(neng)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)，並(bing)降(jiang)低(di)汙(wu)染(ran)物(wu)排(pai)放(fang)量(liang)。對(dui)一(yi)些(xie)經(jing)濟(ji)欠(qian)發(fa)達(da)但(dan)有(you)豐(feng)富(fu)的(de)沼(zhao)氣(qi)資(zi)源(yuan)的(de)地(di)區(qu)，利(li)用(yong)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)有(you)可(ke)能(neng)更(geng)有(you)有(you)效(xiao)地(di)解(jie)決(jue)這(zhe)些(xie)地(di)區(qu)的(de)電(dian)力(li)供(gong)應(ying)問(wen)題(ti)。
2.7 與國外有較大的差距
在燃料電池發電技術方麵，我國與國際先進水平有較大的差距。在MCFC和SOFC技術方麵，國外已分別示範成功了2MW和100KW的燃料電池發電機組，而我國在這方麵才剛剛起步，2000年才可望研製出2KW左右的試驗裝置。造幡巍懟啤笑桅痞兀獮FC和PEFC技ji術shu方fang麵mian，國guo內nei與yu國guo外wai的de差cha距ju更geng大da。倘tang若ruo我wo們men現xian在zai不bu開kai始shi研yan究jiu開kai發fa燃ran料liao電dian池chi發fa電dian技ji術shu，等deng到dao燃ran料liao電dian池chi完wan全quan成cheng熟shu後hou再zai引yin進jin，不bu但dan會hui受shou製zhi於yu人ren，還hai將jiang付fu出chu更geng大da的de經jing濟ji代dai價jia，更geng談tan不bu上shang盡jin快kuai形xing成cheng燃ran料liao電dian池chi發fa電dian的de產chan業ye化hua。若ruo不bu能neng形xing成cheng燃ran料liao電dian池chi的de產chan業ye化hua並bing在zai電dian力li係xi統tong廣guang泛fan應ying用yong，那na麼me，也ye談tan不bu上shang提ti高gao發fa電dian效xiao率lv和he降jiang低di汙wu染ran物wu的de排pai放fang。隻zhi有you從cong現xian在zai開kai始shi，在zai國guo外wai的de基ji礎chu上shang，高gao起qi點dian研yan究jiu，經jing過guo10—20年的努力，有可能在國電公司形成燃料電池的產業和廣泛的商業應用。
2.8 在我國電力係統發展燃料電池發電技術是市場經濟條件下的迫切要求
分散式電源作為大電網的有效補充己得到許多國家的重視，而電源提供者的多元化更是一種趨勢。我國電網的容量大、技術水平和可靠性還較低、抵禦各種災害的能力較差，在這種情況下，小型高效的燃料電池分布式電源隨著技術的商業化市場潛力巨大。
倘(tang)若(ruo)電(dian)力(li)係(xi)統(tong)不(bu)及(ji)時(shi)進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)，在(zai)未(wei)來(lai)幾(ji)年(nian)內(nei)，有(you)可(ke)能(neng)被(bei)國(guo)外(wai)企(qi)業(ye)和(he)國(guo)內(nei)其(qi)它(ta)其(qi)它(ta)行(xing)業(ye)或(huo)民(min)營(ying)企(qi)業(ye)占(zhan)領(ling)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)分(fen)散(san)電(dian)源(yuan)市(shi)場(chang)。在(zai)市(shi)場(chang)經(jing)濟(ji)條(tiao)件(jian)下(xia)，國(guo)電(dian)公(gong)司(si)既(ji)是(shi)用(yong)戶(hu)，又(you)是(shi)開(kai)發(fa)者(zhe)。對(dui)於(yu)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)這(zhe)樣(yang)重(zhong)要(yao)的(de)發(fa)電(dian)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)，應(ying)不(bu)失(shi)時(shi)機(ji)地(di)著(zhe)手(shou)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)，聯(lian)合(he)國(guo)內(nei)一(yi)些(xie)基(ji)礎(chu)研(yan)究(jiu)單(dan)位(wei)，爭(zheng)取(qu)納(na)入(ru)國(guo)家(jia)的(de)攻(gong)關(guan)計(ji)劃(hua)，獲(huo)得(de)國(guo)家(jia)支(zhi)持(chi)，在(zai)盡(jin)可(ke)能(neng)短(duan)的(de)時(shi)間(jian)內(nei)，形(xing)成(cheng)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)的(de)優(you)勢(shi)，開(kai)發(fa)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)關(guan)鍵(jian)技(ji)術(shu)和(he)成(cheng)套(tao)技(ji)術(shu)，形(xing)成(cheng)國(guo)電(dian)公(gong)司(si)的(de)高(gao)新(xin)技(ji)術(shu)產(chan)業(ye)，既(ji)可(ke)優(you)化(hua)調(tiao)整(zheng)電(dian)力(li)結(jie)構(gou)，又(you)能(neng)滿(man)足(zu)市(shi)場(chang)的(de)不(bu)同(tong)需(xu)求(qiu)。
3 國外燃料電池發展計劃及商業化的預測
研究美、日、歐洲等國家和地區燃料電池的發展進程及商業化的預測，對我們製定燃料電池的發展戰略和預測應用前景會有一定的參考價值。
3.1美國燃料電池發電技術研究開發狀況
(1)美國燃料電池發電技術的研究開發計劃
1997年，美國總統克林頓頒發了"改善氣候行動計劃”， 燃料電池被確定為一項關鍵技術，聯邦政府為此製定了一項“美國聯邦燃料電池發展計劃”，目的是通過燃料電池的商業化來減少溫室氣體排放量。在這項計劃中，對每一個燃料電池的新用戶資助l000/KW的優惠。結果，僅在1998年，就有42台200kw PAFC發電機組投入運行。
美國政府鼓勵在一些對環境敏感的地區建立燃料電池發電站。此外，政府已促使美國所有的軍事基地安裝200KW燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)機(ji)組(zu)。通(tong)過(guo)這(zhe)些(xie)措(cuo)施(shi)，加(jia)速(su)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)商(shang)業(ye)化(hua)，並(bing)提(ti)高(gao)國(guo)家(jia)能(neng)源(yuan)的(de)安(an)全(quan)性(xing)。美(mei)國(guo)政(zheng)府(fu)投(tou)入(ru)巨(ju)資(zi)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)發(fa)電(dian)技(ji)術(shu)的(de)另(ling)一(yi)個(ge)目(mu)的(de)，就(jiu)是(shi)要(yao)保(bao)持(chi)美(mei)國(guo)在(zai)這(zhe)一(yi)領(ling)域(yu)的(de)領(ling)先(xian)地(di)位(wei)。隨(sui)著(zhe)商(shang)業(ye)化(hua)過(guo)程(cheng)不(bu)斷(duan)深(shen)入(ru)，將(jiang)逐(zhu)步(bu)形(xing)成(cheng)新(xin)的(de)高(gao)技(ji)術(shu)產(chan)業(ye)，為(wei)美(mei)國(guo)的(de)經(jing)濟(ji)注(zhu)入(ru)新(xin)的(de)活(huo)力(li)，提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)就(jiu)業(ye)機(ji)會(hui)。
美國DOE的燃料電池發展計劃如下：
PAFC己商業化，不再投入資金進行研究開發。PAFC目前的發電效率為40%一 45%(LHV)，熱電聯產的熱效率為80%(LHV)。
已完成250KW和2MW MCFC的現場示範，預計2002年進行20MW的示範;2003年左右，使250KW和MW級MCFC達到商業化;2010年，燃用天然氣的250KW一20MW MCFC分散電源達到商業化，100MW以上MCFC的中心電站也進入商業化; 2020年，100MW以上燃煤MCFC中心發電站進入商業化。MCFC技術目標是運行溫度為650℃，發電效率達到60%(LHV)，組成聯合循環的發電效率為70%(LHV)，熱電聯產的熱效率達到85%(LHV)以上。
目前，己完成25kw和100kw SOFC現場試驗，正在進行SOFC的商業化設計。預計2002年左右，進行MW級SOFC示範;2003年左右，100kw一1MW SOFC進行商業化：2010年，250kw一20MW燃用天然氣的SOFC以分布式電源形式進入商業化，100MW以上燃用天然氣的SOFC以中心電站形式進入商業化;2020年，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心電站的形式進入商業化。SOFC技術目標是：運行溫度為1000℃，發電效率達到62%(LHV)，組成聯合循環的發電效率達到72%(LHV)，熱電聯產的熱效率達到85%(LHV)以上，燃煤時發電效率可達到65%(LHV)，這一目標預計2010完成。
美國是最早研究開發PEFC的國家，但在大容量化和商業應用方麵已落後於加拿大。目前美國生產的質子交換膜仍居世界領先水平。美國造幡巍懟啤笑桅痞兀狤FC的開發方麵是麵向家庭用分散式電源，實現熱電聯供。Plug Power公司與GE合作，計劃2001年使10kw PEFC進入商業化，價格達到S750—1000/kw，大批量生產後，使PEFC的價格達到$350/kw。
(2)市場預測
美國能源部(DOE)對美國潛在的燃料電池市場的預測認為：在2005年一2010年，美國年需求燃料電池發電容量約2335MW一4075MW。現在美國的燃料電池年生產能力為60MW，商業化的價格為$2000一$3000/kw，若年生產能力達到100MW/a，商業化的價格則可達到$l000—$1500/Kw。 若能達到(2000—4000)MW/a的生產能力，燃料電池的原材料費僅$200一$300/kw。那麼燃料電池的價格則有可能達到$900—$l100/kw，此時可完全與常規的發電方式競爭。
3.2 日本燃料電池發電技術的發展進程及應用前景預測
(1)發展進程
日本造幡巍懟啤笑桅痞兀獮FC研究方麵，走的是一條引進合作、消化吸收、再提高的路線。1972年東京煤氣公司從美國引進兩台PAFC燃料電池發電機組，大阪煤氣公司也在1973年引進兩台PAFC機組。日本政府於1981年設立了以開發節能技術為宗旨的“月光計劃”，燃料電池發電是其中一項重要內容。此後，日本國內的電力公司、煤氣公司和一些大型的製造廠紛紛投入燃料電池的研究開發，並與美國IFC合作，使日本的PAFC得到更大的發展。目前，日本的 PAFC技術已趕上了美國，商業化程度超過了美國。5MW(富士電機製造)和11MW(東芝與IFC 合製)均在日本投運，日本公司製造的PAFC機組已運行了近100多台。
日本有關MCFC的研究是從1981年開始的，通過自主開發並與美國合作。1987年10kw MCFC開發成功，1993年100kw加壓型MCFC開發成功，1997年開發出1MW先導型MCFC發電廠，並投入運行。MCFC已被列為日本“新陽光計劃”的一個重點，目標是2000年一2010年，實現燃用天然氣的10MW一50MW分布式MCFC發電機組的商業化，並進行100MW以上燃用天然氣的MCFC聯合循環發電機組的示範，2010年後，實現煤氣化MCFC聯合循環發電，並逐步替代常軌幡巍懟啤笑桅痞兀?電廠。
日本的SOFC技術也是從1981年的“月光計劃”開始研究的，立足於自主開發。1989年一1991年，開發出l00W一400W SOFC電池堆，1992年一1997年開發出l0kw平板型SOFC。SOFC的研究進展也遠遠落後於NEDO原來的計劃。 “新陽光計劃”中預計2000年一2010年，使SOFC達到MW級，並形成聯合循環發電。日本的PEFC也被列入“新陽光計劃”，目前開發的容量為(1—2)kw。
(2)政府采取的措施
日本政府在“月光計劃”和“新陽光計劃”中，先後資助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC;1台100kw和1台1MW的MCFC示範電站研究開發、建設及運行。
在通產省和NEDO的統一組織和管理下，使公用事業單位(電力公司和煤氣公司)和開發商及研究單位緊密結合，實現燃料電池研究開發和商業示範應用一體化。日本電力公司和煤氣公司，過去十年來安裝了約80多台燃料電池機組，裝機容量達到20.1MW，燃料電池及 電廠的費用主要由業主承擔，但是製造商和政府也各承擔一部分。這種政府和企業聯合研 究開發的方式促進了日本燃料電池的發展。使用燃料電池發電享有許多優惠政策：燃料電池的相關設備，在未超過一定規模時，其工程計劃僅須申報即可動工。對500kw以下的常壓燃料電池生產與使用的審批手續大大簡化。在醫院、旅館、辦公大樓等安裝的燃料電池發電機組，政府提供的經費資助。新建的燃料電池發電設備享有10%的免稅額，並獲有30%的加速折舊。對裝設於電力公司或自備發電用的燃料電池項目，日本開發銀行將提供投資額40%的低息貸款。
(3)市場預測
1990年，日本通產省發表了“長期電源供需展望”報告，預計日本國內的燃料電池發電容量到2000年約2250MW;2010年約10720MW，電力係統用5500MW，其中約有2400MW是 MCFC和SOFC高溫型燃料電池;2010年煤氣化MCFC和SOFC達到實用化;發電效率達到50%一60%。由於燃料電池發電技術仍有許多技術上的難題沒有突破，進展速度低於預期值，因此日本目前已將原目標做了修正，預計2000年燃料電池裝機容量將達到200MW，其中分布式電源l12MW，工業用熱電聯產型為88MW;2010年將達到2200MW，其中分布式電源型為 735MW，工業用熱電聯產型為1465MW。
3.3其它國家和地區的發展進程
目前，歐洲的燃料電池發電技術遠遠落後於美國和日本。80歐洲又重新開始研究燃料電池發電技術。它們采用向美國、日本購買電池組，自行組裝發電廠的方式來發展PAFC發電技術。1990年成立了一個“歐洲燃料電池集團(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示範工程，由IFC供應，BOP由歐洲製造。意大利、西班牙與美國IPC合作，於1993年在米蘭建了一座l00kw MCFC電廠，1996年投運。德國正在開發250kw MCFC。德國西門 子公司於1998年收購了美國西屋公司的管形SOFC技術後，現在擁有世界上最先進的平板型和管形SOFC技術。
加拿大造幡巍懟啤笑桅痞兀狤FC方麵居世界領先地位，在繼續開發交通用PEFC的同時，目前也將PEFC應用於固定電站，已建成250kw PEFC示範電站，目標是在近幾年內使250kw級PEPC商業化。澳大利亞在1993年一1997年，共投資3000萬美元，研究開發平板型SOFC，目前正在開發(20一25)kw SOFC電池堆。韓國電力公司於1993年從日本購進一座200kw PAFC進行示範運行。
3.4 國外發展燃料電池發電技術的經驗總結
回顧國外燃料電地發展的道路，有許多值得我們吸取和借鑒的經驗。下麵歸納幾點：
美國在燃料電池發電技術的研究開發方麵始終處於世界領先地位。除了雄厚的財力之外，還有三方麵重要的原因：一是政府將燃料電池發電技術視為提高火力發電效率、減少汙染物和溫室氣體排放的重要措施，列入政府的“改變氣侯技術戰略”中，並大力投入資金和力量研究開發;二是燃料電池技術提高到“國家能源安全並大力投入資金和力量研究開發;二是將燃料電池技術提高到“國家能源安全關鍵技術”的戰略高度，DOD和DOE均投入資金研究開發;三(san)是(shi)對(dui)燃(ran)料(liao)電(dian)池(chi)的(de)應(ying)用(yong)前(qian)景(jing)充(chong)滿(man)信(xin)心(xin)，希(xi)望(wang)能(neng)形(xing)成(cheng)新(xin)的(de)高(gao)技(ji)術(shu)產(chan)業(ye)，給(gei)美(mei)國(guo)的(de)經(jing)濟(ji)注(zhu)入(ru)新(xin)的(de)活(huo)力(li)，政(zheng)府(fu)和(he)企(qi)業(ye)共(gong)同(tong)投(tou)入(ru)資(zi)金(jin)研(yan)究(jiu)開(kai)發(fa)，力(li)圖(tu)保(bao)持(chi)領(ling)先(xian)地(di)位(wei)。
日本走的是一條通過與美國合作、引進技術並消化吸收實現產業化的路線，並造幡巍懟啤笑桅痞兀獮FC的商業化方麵己超過了美國，在MCFC的研究開發方麵也接近美國。成功的重要經驗也是政府對燃料電池給予高度重視，先後列入了“月光計劃”和“新陽光計 劃”，大力投入研究開發。另一條經驗是研究機構、企業和用戶聯合，組成從研究、開發到商業應用一體化集團，既承擔研究開發的風險，也享受成功的優惠。
加拿大Ballard公司造幡巍懟啤笑桅痞兀狤FC方麵成功的經驗告訴我們：隻要堅定不移地進行研究開發，一個小公司也能在10—20年內成為舉世矚目的燃料電池技術擁有者。
ranliaodianchiqiyuanyuouzhou，danshi，xianzaiouzhouderanliaodianchijishuyiyuanyuanluohouyumeiguoheriben。zhuyaoyuanyinshizhengfuheqiyeduiranliaodianchifadianjishuzhongshibugou。muqian，ouzhouyijingyishidaozheyidian，chenglile—個燃料電池發電技術集團，引進美國、日本的技術，並進行研究開發。
4 各種燃料電池發電技術綜合比較
(1)AFC：與其它燃料電池相比，AFC功率密度和比功率較高，性能可靠。但它要以純氫做燃料，純氧做氧化劑，必須使用Pt、Au、Ag等貴金屬做催化劑，價格昂貴。電解質的腐蝕嚴重，壽命較短，這些特點決定了AFC僅限於航天或軍事應用，不適合於民用。
(2)PAFC：以磷酸做為電解質，可容許燃料氣和空氣中C02的存在。這使得PAFC成為最早在地麵上應用或民用的燃料電池。與AFC相比它可以在180℃一210℃運行，燃料氣和空氣的處理係統大大簡化，加壓運行時，可組成熱電聯產。但是，PAFC的發電效率目前僅能達到40%一45%(LHV)，它需要貴金屬鉑做電催化劑;燃料必須外重整：而且，燃料氣中C0的濃度必須小於1%(175℃)一2%(200℃)，否則會使催化劑中毒;酸性電解液的腐蝕作用，使PAFC的壽命難以超過40000小時。PAFC目前的技術已成熟，產品也進入商業化，做為特殊用戶的分散式電源、現場可移動電源和備用電源，PAFC還有市場，但用作大容量集中發電站比較困難。
(3)MCFC：在650℃一700℃運行，可采用鎳做電催化劑，而不必使用貴重金屬：燃料可實現內重整，使發電效率提高，係統簡化;CO可直接用作燃料;餘熱的溫度較高，可組成燃氣/蒸汽聯合循環，使發電容量和發電效率進一步提高。與SOFC相比，MCFC的優點是：操作溫度較低，可使用價格較低的金屬材料，電極、隔膜、雙極板的製造工藝簡單，密封和組裝的技術難度相對較小，大容量化容易，造價較低。缺點是：必須配置C02循環係統;要求燃料氣中H2S和CO小於0.5PPM;熔融天幡巍懟啤笑桅痞兀?鹽具有腐蝕性，而且易揮發;與SOFC相比，壽命較短;組成聯合循環發電的效率比SOFC低。與低溫燃料電池相比，MCFC的缺點是啟動時間較長，不適合作備用電源。MCFC己接近商業化，示範電站的規模已達到2MW。從MCFC的技術特點和發展趨勢看，MCFC是將來民用發電(分散電源和中心電站)的理想選擇之一。
(4)SOFC：電解質是固體，可以被做成管形、板形或整體形。與液體電解質的燃料電池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了電解質蒸發和電池材料的腐蝕問題，電池的壽命較長(已達到70000小時)。CO可做為燃料，使燃料電池以煤氣為燃料成為可能。SOFC的運行溫度在1000℃左右，燃料可以在電池內進行重整。由於運行溫度很高，要解決金屬與陶瓷材料之間的密封也很困難。與低溫燃料電池相比，SOFC的啟動時間較長，不適合作應急電源。與MCFC相比，SOFC組成聯合循環的效率更高，壽命更長(可大於40000小時);但SOFC麵臨技術難度較大，價格可能比MCFC高。示範業績證明SOFC是未來化石燃料發電技術的理想選擇之一，既可用作中小容量的分布式電源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心電站(>l00MW)。尤其是加壓型SOFC與微型燃氣輪結合組成聯合循環發電的示範，將使SOFC的優越性進一步得到體現。
(5)PEFC：PEPC的運行溫度較低(約80℃)，它的啟動時間很短，在幾分鍾內可達到滿負荷。與PAFC相比，電流密度和比功率都較高，發電效率也較高(45%一50%(LHV))，對CO的容許值較高(<10ppm)。PEFC的餘熱溫度較低，熱利用率較低。與PAFC和MCFC等液體電解質燃料電池相比，它具有壽命長，運行可靠的特點。PEFC是理想的可移動電源，是電動汽車、潛艇、航天器等移動工具電源的理想選擇之一。目前，在移動電源、特殊用戶的分布式電源和家庭用電源方麵有一定的市場，不適合做大容量中心電站。
5 結論
選擇適合於我國電力係統發展的燃料電池發電技術，應綜合考慮以下幾點：較高的發電效率;環保性能好;既能作為高效、清潔的分布電源，又具有形成大容量的聯合循環中心發電站的發展潛力;既能以天然氣為燃料，又具有以煤為燃料的可能性;技術的先進性及商業化進程;運行的可靠性和壽命;降低造價的潛力;國內的基礎。綜合考慮以上幾點，對適合於我國電力係統發展的燃料電池發電技術，提出以下幾點選擇意見：
(1)優先發展高溫燃料電池發電技術。即選擇MCFC和SOFC為wei我wo國guo電dian力li係xi統tong燃ran料liao電dian池chi發fa電dian技ji術shu的de主zhu要yao發fa展zhan方fang向xiang，這zhe兩liang種zhong燃ran料liao電dian池chi既ji能neng以yi天tian然ran氣qi為wei燃ran料liao作zuo為wei高gao效xiao清qing潔jie的de分fen布bu電dian源yuan，又you具ju有you形xing成cheng大da容rong量liang的de聯lian合he循xun環huan中zhong心xin發fa電dian站zhan(以天然氣或煤為燃料)的發展潛力。
(2)MCFC和SOFC各有特點，都存在許多問題，尚未商業化。若考慮技術難度和成熟程度以及商業化的進程，對於MCFC，應走引進、消化吸收、研究創新，實現國產化的技術路線，並盡快投入商業應用：對於SOFC，應立足於自主開發，走創新和跨越式發展的技術發展路線。
(3) 隨著氫能技術的發展，PEFC在移動電源、分散電源、應急電源、家庭電源等方麵具有一定優勢和的市場潛力，國家電力公司應密切跟蹤研究。
(4) AFC不適合於民用發電。PAFC技術目前已趨於成熟，與MCFC、SOFC和PEFC比較，已相對落後。因此，AFC和PAFC不應做為國家電力公司研究開發的方向
