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。

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200KWranliaodianchifadianjizu。tongguozhexiecuoshi
，jiasuranliaodianchideshangyehua，bingtigaoguojianengyuandeanquanxing。meiguozhengfutourujuziyanjiukaifaranliaodianchifadianjishudelingyigemude，jiushiyaobaochimeiguozaizheyilingyudelingxiandiwei。suizheshangyehuaguochengbuduanshenru，jiangzhubuxingchengxinde發電機組高技術產業
，為美國的經濟注入新的活力，提供更多的就業機會。

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。美國在PEFC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。

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

日本在PAFC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
，並逐步替代常規火電廠。

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．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。

加拿大在PEFC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。

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，並在PAFC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公司在PEFC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。

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，引進美國
、日本的技術
，並進行研究開發。