在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线

探讨在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线【摘要】本文介绍了燃料电池发电技术的特点和应用形式，论证了在我国电力系统发展燃料电池发电技术的必要性。概述了国外燃料电池的发展计划和市场预测，总结了国外发展燃料电池的经验。通过技术比较，提出了在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线。

燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。l燃料电池发电的技术特点和应用形式1．1技术特点旁驼燃摄料次电台池招发峰电篮是慈在带一胳定狼条松件赤下疯使泊燃满料漆(斑主料要平是怜H蓬2嚼)零和板氧扩化让剂摩(板空侄气煎中领的孩0奔2锻)察发口电沾化件学乓反棒应上，道将亚化狭学导能屿直回接粒转扰换节为然电纳能农和螺热典能掌的污过阀程钞。维与隆常慎规冶电随池师的浊不钓同谊：吗只民要千有唇燃踢料余和卷氧抢化辈剂订供蓬给乘，雹就悉会步有润持浴续雷不兄断唯的较电仙力幼输怪出惕。召与月常油规勿的酷火珠力计发绩电乡不残同茫，彩它品不亦受冻卡票诺霉循辞环阻的漂限辰制跳，锅能纸量苹转难换距效速率芒高萌。透与耕常痒规术发页电客相包比杂燃通料咐电践池登具淘有浇以眉下蹈优若点挽：竟(旗1膜)滤理兄论苍发骄电拼效删率循高扁，鞠发飘展疾潜苍力宣大棍。珍燃搅料容电钩池孤本奖体区的坦发丙电兼效馒率用可肝达妖到虽5俗0臂%虹一许6趴0饿％无，旱组湾成刊的驼联插合陕循吐环基发坟电喊系鬼统糟在持(蜻1余0令-抄5亚0浅)测M训W点规庙模狮即啄可破达燕到臣7凉0蓝％木以仅上握的跨发梯电膜效档率唐。间(夺2系)宅污押染陷物君和泄温脏室先气段体婚排盘放烘量胆少吼。未与塑传薄统警的丹火保电绪机肥组睛相佛比素，吊C伐0枝2击排岸出存量未可陆减苹少数4肤0职％荷一鸟6诞0瞧％诞。季N烤o耀x峡(竭＜饺2气p割p躺m端)缎和样S轻O危x哲(乞＜告1废p然p借m捆)碑排泪放偷量百很挡少塔。汁老(季3农)返小抄型舱高辽效排，慧可腿提登高宿供眯电摧可感靠侧性枣。浮燃脾料阅电拖池悲的铁发它电乖效钩率悄受澡负欺荷凑和酷容厦量味的匙影揉响蚊较喝小棍。汇(梁4镇)谅低励噪摘音兰。删在止距雹发乎电逼设支备滴3蚊英蠢尺想(盗1限．挡0翁4纺4狸米零)逆处巧噪讽音牛小贞于复6饶0避d翼B猎(偷A煎)咏。鹊(痛5疗)竭电雷力歪质畜量愈高纤。晨电辜流启谐岩波但和恋电堪压腊谐样波纽均品满筑足房I馋E浪E笼E绞5定1些9狐标叔准锻。缺(渴6待)修变沿负稳荷等率听高猎。馆变键负汉荷柴率誉可绑达魔到的(葵8梦％题一距l皇O团％坑)拥／荡m虑i泳n唤，吃负库荷控变售化周的这范秆围如大闲(简2帮0拼%念一贝1仔2匙0进%矮)碧。怨(批7荡)腿燃纹料第电猾池介可展使虑用尚的诚燃误料赔有笑氢敞气依、稍甲妈醇殿、宁煤断气选、预沼活气撒、响天筹然线气纹、挪轻声油压、润柴充油断等告。梨(必8质)扬模威块村化专结忌构破，陆扩米容拖和捉增导容惠容闸易均，后建破厂司时搅间园短扬。冻(辜9抖)续占炕地底面拿积棍小盛，妹占宵地辨面芳积床小扭于剖l恋m款2以／肤K唐W缘。督娃(肉1浆0伏)辜自樱动但化慎程洁度卫高匠，失可鞭实悦现没无怜人杏操剪作钞。引谁总乳之青，犯燃帽料峡电障池累是中一谜种患高仔效良、豪洁曾净轧的煮发舍电税方姜式却，臭既枕适涌合脾于族作纪分矩布辫式笔电锤源齿，蜓又呼可楚在瑞将矛来起组锁成闷大苹容达量景中掠心策发毛电谈站伤，忠是传2坛l艘世恰纪张重衫要洁的更发细电谁方缺式提。励制粥约湖燃挠料差电臣池僵走瓜向讲大材规懒模欧商齿业就化旅的朱主损要仗因适素轰是嘴：够高滑价挪格抵和暗寿疑命抵问影题仇。软销2嘉．争1垄伟燃址料敲电瞎池雷的杀应顿用田形忙式泉赞(篇1嫌)冲现译场徐热元电会联瞒供瞎，卖常领用竭的售容株量疗为荷2共0资0略K扑W鲜一马1化M跌W孟。尝而(健2亚)隙分植布淹式坑电狐源筑，钥容躁量更比判现像场尸用踢燃祝料敞电翼池旋大凯，删约即(质2亡-饥2景0墓)泡M姥W跟。岸劲(邪3桑)吩基后本拔负火荷病的飞发粗电周站败(剪中继心刃发价电枣站业)苏，壮容贡量础为世(限1勇0啄0咳-哗3停0做0叹M尊W眼)震。认面(庙4堪)贴燃逢料抢电耀池拨还舞可扯用蛾于敌1碗0汁0值W谷-遥1细0闷0鲜K惭W忍多宣种后可姐移由动聋电欧源政、画便坏携欣式圣电要源棕、喜航孩空匪电万源蛙、渠应予急项电逆源蜓和沾计良算否机栏电箭源沙等棍。籍2俗待为套什捷么年要判在绢我损国将电策力纸系厌统瞧发桨展磨燃抚料恢电皮池亲发撒电埋技膊术元?赤徒2植．助1哗锐采巴用雀燃闯料子电敞池花发县电逢是烫提艳高盾化深石骡燃墓料具发嫌电洞效裕率吓的闸重蜜要带途骂径到之加一学凯杀以奴高丢温搜燃油料巩电好池旋组即成农的枝联轿合务循辞环悟发泻电旦系复统万，加可室使污发让电都效箱率熊达虾到例6逼0师%陷-慕7挽5演%膛(御L雕H偿V挂)傲，肾这疏一违目宇标驼将捡在笨2示0然0乖5载年或左舱右芬实阿现存。遮预有计矩到粥2演0院1桥0胞年舍，堤发爷电筋效撤率哪可董超烧过滑7脏2事％屡。抽煤什气距化荒燃殖料诚电稳池侍联涛合忆循推环淡(谎I聚G附F弹C物)删的挤发营电菜效炸率严可此达犬到很6哗2惯％粘以坟上享。纯以嘴燃巴料公电励池腰组蓝成刑的肺热足电系联手产特机璃组阶的抽总艰热两效庭率雹可劳达演到责8誉5牧％床以监上纷。缝燃帽料旬电兼池职本读体殊的缩发灭电厕效宣率系基励本追不肤随亿容顿量慈的盆变着化枕而性变灶化锻，股这静使办得滨燃酿料百电狗池敬既行可句用臭作揪小秃容鉴量旗分纠散烧电浑源痒，犁又价可障用葡于忧集窝中杨发午电颈应尺用斑范油围洁广都泛驾。疮刃2蹲．该2讲染燃果料危电氏池裕发哗电莲可澡有割效电地华降捕低效火翠力剩发来电附的无污叮染墓物秧和援温校室荡气恶体姑排袜放患量涝第狼燃没料猎电饶池映发石电骗中衬几比乎喊没融有好燃供烧买过果程瓜，铸N燥O碍x辈排唤放烛量检很伶小填，磁一题般牢可纵达返到态(唇O耗．秋1怎3或9例一税追0丰．滥2岭3识6屋)角k止g僻／硬M闹W煌·卫h祸以造下吐，抚远执低颂于半天拦然衡气乎联惕合棒循择环顷的呀N杨O析x鞭排逮放翼量舒(渔1胃k精g筛／援M势W岭·齐h慈一月3币k他g轿/菠M滋W践．粪h哈)印。凯由饿于吵燃顺料滋进庆入去燃盟料座电扰池献之溉前挺必燥须敌经某过挖严熊格片的圆净斜化鸦处墨理劫，夏碳根氢镇化剂合坊物键也拼必阶须阔重防整澡成驻氢寻气赚和置C携O欣，公曾因夹此圾，疲尾脂气凤中鞭S暮0偿2旷、区碳纸氢评化垄合扒物挡和肃固笼态瓦粒挤子颗等背污肯染鞠物畏排厉量币也唤污岭染行物兴的世含榜量刃非策常厅低调。广与际常蹦规谢燃光煤齿发喊电羊机阻组免相云比见，柔C仙0功2赚的评排正放羞量血可紫减酒少敲4反0湾％巴一本6币0技%笑．蚕在季目头前于C狠O椒2踪分断离穗和召隔弯绝葬技朽术丈尚叹不持成居熟丽的苏状这况洞下桃，关通再过谅提美高叨能蔬源桃转压换耐效驴率黎减终少系C民O昨2糕排坡放君是约必痛然涝的羡选补择歪。冰政2解.杨诵3值岭采考用泛燃擦料应电巾池贸发丢电讯可颈提益高鼓供丸电产的反灵湿活讯性索和惧可注靠乡性荷厕关燃晓料感电蛛池冤具岁有景高慌效蹲率框、毯低惑污街染刻、慧低恩噪液声辟、匠模罚块睡化渐结扫构辨、右体雹积龄小除、惠可撇靠音性罚高疤等肌突名出戒特扑点版，粱是娱理不想劫的末分薪布严式饶电泄源区。慎与端目孝前玉一胳些劳可弯做固为锐分豪布旨式捏电鲁源猾的示内巴燃姨机气相尾比劫，姑燃嫂料恒电艘池额的款发移电股效汁率膏更誓高吨、赴污梅染迫更编低额。东在差2御5郊0哨K心W峰-构l睬O垮M兽W称的杀功谨率贞范绩围嫂内船，这具棉有兴与邪目先前风数摘百稿兆酬瓦津中狡心拾电佛站顽相绣当芽甚柿至衣更允高平的刚发机电抵效年率议。酸作款为迟备未用践电荐源蛋的毁柴靠油骡发首电异机洽由睁于锣污是染密和汗噪魄声怎大燃不固宜胆在暮未村来常的破城迹市廊中推应把用驴。念低陪温鹊燃敲料肤电笨池乌不残仅土发孤电息效平率逐高柿，华而煮且耽启短动湾快旺、席变浓负椅荷葬能桶力培强落，缓是模很绩好纹的桐备习用吉电润源救。趴现要代序社栗会举对艳供历电斑的灰可级靠晌性广和除环胜境床的凶兼希容里性驻要仁求侍越林来备越袖高陈，础高巨效牙、安低颈污疗染那的盼分移布冷式蒜电携源闪系监统古日壶益舌受辽到付重虏视央。挠近撑年辈来侵美码国君、青加芝拿泽大敢、拔台夺湾菌相夹继恋发贿生酿因吵自证然霉灾匆害警或南人节为垦因造素宪造情成杀的椒大们面患积喉停爆电猪，诸许脊多记重乞要捆用因户捕长略期康不鼻能炎恢银复毕供焦电渔，漫给观社遗会舌和目经创济乘造始成敌了虎巨睛大厚的桶损吉失怎。呀北举约炉轰床炸荒南些联蒜盟带，乎使必电冲力血系巧统侮严件重篇受怕损坏。酬这塞些恶由踢不雨可育抗乞力矛引赢起颜的柿电被网秃破淘坏鄙无蜓不妹使耗人能引姨发车出牺一裤个棍重谜要俩的虽思齐考脱：衫提耻高程我恢国偷电挺力警系牢统陵供头电甲的湖可响靠箭性盛和更供缎电罢质涨量码，晴虽榨然率主搅要飘依敲靠驱电煌网愚的脂改拼造咽和窜技眠术橡革祥新梦，将但蒸如炒果赤在较电奔网陆中荐有食许箱多酿分断布涌式贫电熊源黎在乡运披转和，呀供叙电斗的获可强靠抚性舅将女会油大洁大丧提挑高锣。欣黑对回于翻象症军谢事肌基瓦地阁、牧指驱挥状中才心讯、毕医蚂院漠、亮数煌据罗处行理坏和乘通岛讯施中担心边、钞商月业亿大锁楼拌、紫娱基乐运中扛心领、陵政谜府此要雹害区部熟门忧、钻制页药居和去化锈学幸材外料盗工屿业盲、具精哥密锹制跪造袖工饱业鞠等片部劝门拜，悟对蔑电泼力陕供庆应撞的销可躁靠针性乏和绳质姿量蛙要济求刚很兴高圈。鸟目逆前司采促用面的呈备纤用发电股源扔效浊率谈低亿、兴污狸染退严搭重然、隐电拥压页波杀动柜大珍。柴而好采狐用哭燃临料默电蹦池注作析为卷分旨布弱式牺电利源咳向娱这康些骄部欧门间提时供烈电胡力封，败会燥使欺供逆电骄的养可边靠角性她和售电谋力撤质榴量滴大通大痒提些高斯。伴他厚们拿将耀是恼燃宫料尚电押池隙发串电城技洲术乒的齿第吗一鸡批宫用吐户唱。锐林对栋于威边音远押地果区胆，隶负招荷把小担且咏分订散洪，医若竟建日设碰完敲善冻的妥电驳网冒，态不宁仅随投院资满大另，窝线帜损微大辫，搁且贞电之网贤末衫端鼠地剪区绳电时力访质苗量请不墓稳告定悼。织对蔽于毯这缎些堡区堪域恶若趴辅削助答燃漏料寿电匆池岔发诸电疤的盈分懒布投式驳电辛源谅，浙更谣能笛有惜效仍地编解惑决撒这件些反地僻区烟的杀电惧力呢供愿应睛问远题史。居燃推料丈电你池恩的怎重铺量仔比辩功状率腔和誉体孝积刻比晃功诸率肌均博比著常器规读的漠小竹型街发羽电鹅装速置灭大敢，俘因温此锄，扩它炸也域是肚理现想弓的贱移挂动飞电饺源掠，饥适辨合吨于握各励种助建逃设禁工谋地继、直野租外汇作瞒业拐和亩临丘时膊急禽用钱。袜女2辞．桐4型阶发狐展请燃蚀料夹电起池颂发做电特技惹术债是乳提乡高毯国峡家嘴能锯源摊和拣电密力贷安阵全活的童战潜略贱需鼻要散领罪美狭国欠已瘦将泳燃皱料瞎电传池兵发播电饰列肥为斤国犯家云安坑全够关恢键络技地术琴之桂一无。务美将、争日军之寺所聪以谈能忙在垒燃呼料土电桨池璃技忘术警方号面元处何于桑世透界页领怠先刺地耳位所，老与业国域家杀从灾战部略猜高蚀度该予范以僚组秒织涨、走资湿助睬和号推蔬动猎密爷不虹可同分君。泻在晚目携前超复香杂匆的括国驶际括环课境絮下枝，森高突技肚术胖的代垄旬断奴日心趋获严炕重雁，蜂掌太握伞清圈洁耻高糠效棉发晴电苍的相高蓬新扭技挂术喘对麻未滨来爹国贵家摘的苹能辛源染和呈电大力桃安家全慢具饼有僻重啦要唉的伏战饿略吐意烫义皇，店而盒燃需料态电揉池鞋发受电热技逼术亚，馒正某是罢这列种奥高宴效盖清牛洁瘦的济高总新班发帮电侮技柜术结之淹一敌。日燃益料齿电刮池呜突杰出升的挤优夹点浩，乖以坝及术发插达赶国井家伐竟饮相平投跃入拔巨疾资链研鞠究蚀开叠发慨的经行伞动孔，魔足劣以血说故明轰燃明料吗电仙池鸽发理电属技死术层在扁2天1挥世括纪牧会三起钱到柔越林来堂越缝重打要金的大作俗用栏。赠报2游．竭5绝斥发缠展夫燃斥料敏电绑池蛮发遍电牛技堂术怨是欠国真电款公柔司向“辉加泼强步技后术薪创墨新洲，签发予展近高窃科威技存，摘形互成出高查新猴技槽术守产工业朽”夕的辨需廊要闲尼崭燃晕料今电句池捕发颜电内技晚术脊是姜电蚊力翠工盟业带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MW，燃料电池及电厂的费用主要由业主承担，但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策：燃料电池的相关设备，在未超过一定规模时，其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组，政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10%的免税额，并获有30％的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目，日本开发银行将提供投资额40％的低息贷款。(3)市场预测1990年，日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告，预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW；2010年约10720MW，电力系统用5500MW，其中约有2400MW是MCFC和SOFC高温型燃料电池；2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化；发电效率达到50％一60％。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破，进展速度低于预期值，因此日本目前已将原目标做了修正，预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW，其中分布式电源l12MW，工业用热电联产型为88MW；2010年将达到2200MW，其中分布式电源型为735MW，工业用热电联产型为1465MW。3．3其它国家和地区的发展进程目前，欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组，自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供应，BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作，于1993年在米兰建了一座l00kwMCFC电厂，1996年投运。德国正在开发250kwMCFC。德国西门子公司于1998年收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后，现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。加拿大在PEFC方面居世界领先地位，在继续开发交通用PEFC的同时，目前也将PEFC应用于固定电站，已建成250kwPEFC示范电站，目标是在近几年内使250kw级PEPC商业化。澳大利亚在1993年一1997年，共投资3000万美元，研究开发平板型SOFC，目前正在开发(20一25)kwSOFC电池堆。韩国电力公司于1993年从日本购进一座200kwPAFC进行示范运行。3．4国外发展燃料电池发电技术的经验总结回顾国外燃料电地发展的道路，有许多值得我们吸取和借鉴的经验。下面归纳几点：美国在燃料电池发电技术的研究开发方面始终处于世界领先地位。除了雄厚的财力之外，还有三方面重要的原因：一是政府将燃料电池发电技术视为提高火力发电效率、减少污染物和温室气体排放的重要措施，列入政府的“改变气侯技术战略”中，并大力投入资金和力量研究开发；二是燃料电池技术提高到“国家能源安全并大力投入资金和力量研究开发；二是将燃料电池技术提高到“国家能源安全关键技术”的战略高度，DOD和DOE均投入资金研究开发；三是对燃料电池的应用前景充满信心，希望能形成新的高技术产业，给美国的经济注入新的活力，政府和企业共同投入资金研究开发，力图保持领先地位。日本走的是一条通过与美国合作、引进技术并消化吸收实现产业化的路线，并在PAFC的商业化方面己超过了美国，在MCFC的研究开发方面也接近美国。成功的重要经验也是政府对燃料电池给予高度重视，先后列入了“月光计划”和“新阳光计划”，大力投入研究开发。另一条经验是研究机构、企业和用户联合，组成从研究、开发到商业应用一体化集团，既承担研究开发的风险，也享受成功的优惠。加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的经验告诉我们：只要坚定不移地进行研究开发，一个小公司也能在10-20年内成为举世瞩目的燃料电池技术拥有者。燃料电池起源于欧洲，但是，现在欧洲的燃料电池技术已远远落后于美国和日本。主要原因是政府和企业对燃料电池发电技术重视不够。目前，欧洲已经意识到这一点，成立了-个燃料电池发电技术集团，引进美国、日本的技术，并进行研究开发。4各种燃料电池发电技术综合比较(1)AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高，性能可靠。但它要以纯氢做燃料，纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。电解质的腐蚀严重，寿命较短，这些特点决定了AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。(2)PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得PAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。但是，PAFC的发电效率目前仅能达到40％一45％(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂；燃料必须外重整：而且，燃料气中C0的浓度必须小于1％(175℃)一2%(200℃)，否则会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。(3)MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂，而不必使用贵重金属：燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化；CO可直接用作燃料；余热的温度较高，可组成燃气／蒸汽联合循环，使发电容量和发电效率进一步提高。与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低。缺点是：必须配置C02循环系统；要求燃料气中H2S和CO小于0.5PPM；熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发；与SOFC相比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比，MC