低温燃料电池在船舶上的应用

低温燃料电池在船舶上的应用概论由于传统蒸气机和内燃机消耗了大量不行再生的自然资源并造成了严峻的环境污染,为了解决经济进展与能源短缺及环境污染之间日益加剧的冲突,争论,RobertGrove觉察了燃料电池的电化学反响原理到今日,燃料电池技术始终在不断进展,并渐渐应用在社会的各个领域。燃料电池是一种把贮存在燃料和氧化剂中的化学能,等温地按电化学原理,电子从阳极通过负载流向阴极2,1所示,O2

在阴极复原为O2-,O2-在阳极将供人的燃料氧化产生电子并发出热量。不同种类的燃料电池其工作原理是相像的,不同的只是材料、燃料、催化剂和发生的反响。燃料电池的种类及其特点燃料电池有不同的分类标准,依据工作温度的不同可以分为三种:低温、中温顺高温燃料电池;依据电解质的不同,大致可分为五类:碱性燃料电池(AFC)、MCFC)1列出了不同燃料电池的主要特征。目前最便利利用的燃料电池技术是PAFC,磷酸作为电解液,阳极和阴极都有铂作为催化剂,池,SOFCMCFC,已经应用在工业能源领域,估量在今后几年内会比PAFC,PEMFC,已经应用在交通运输和便携式设施中,这些设施需要快速起动、构造紧凑和低温环境。在这些设施中,废热通常不(MCFC)效率高,废热可以充分利用,更适合工业应用。在连续工作时,机器长时间的运转并不是一个问题。SOFC技术现在主要向关心动力装置方向进展,以给对电力需求不断增长的汽车供给动力。SOFC技术分为管状和平面技术,平面技术在大批量生产时具有本钱效益,而且功率密度高,可以在650~800℃的温度范围内工作,这样装置的某些部件就可以使用常规材料以降低本钱。磷酸型燃料电池是低温燃料电池，也被称为第一代温度低，为了促进反响，利用铂〔Pt〕作触媒。H2CO2，经这样处理后的燃料气体进入燃料堆的负极〔燃料极；而同时又把氧送入空气堆的正极〔空气极，于是发生反响，借助触媒剂快速转化为电能和局部热能。质改器的作用产生质改反响：CH4+H2O→CO+3H2 工作温度为800篊移位反响器作用产生移位反响：CO+H2O→CO2+H2 工作温度为250篊燃料电池堆产生发电效应：H2+1/2O2 → H2O 燃料极和空气极的反响式，前文已提出过：燃料极： H2→2H++2e>空气极： 2H++1/2O2+2e>→H2O就实现了燃料电池的发电功能。CO2的存在，使AFC大为简化。加压运行时，还可以组成热电联产。但它的发电效率较低，仅能到达%〔tO2%，〔4万小时已商品化，可作为小功率电源，供移动电源及备用电源应用。但要用于大容量集中发电站比较困难。C的运行温度低〔0篊C相比，电流密CO容许含量都较高，具有寿命较长，运行牢靠的特点。站。燃料的预处理及分类,都SOFC最适合的燃料,由于它不需要,SOFC中使用了一些其他的燃料如甲醇、汽油甚至柴油和已醇。燃料首先通过过滤除去颗粒物,接着进展

,ppm,整,依据使用的燃料和燃料电池的不同,燃料能以不同的方式重整。自然气的蒸,对于小型装置局部氧化是更加简洁的方法。自然气,自然气4H2SOFCCH、和4H242局部CH 内转化为CO和H。液化自然气(LNG)对于在近岸航行42的燃料电池船舶来说也是一种好的选择,LNG比柴油更简洁重整。假设主,由于即使一个小型的气体燃料发生装置也会使整个动力装置变得简单。柴油5~10ppm的水平,如费用可承受的话也可以在船上对柴油进展脱硫。3)氢气氢气是最清洁的能源,4氢化学混合物(如NaBH )的高压储存间题。解决了储存问题后,假设4,氢气将会成为燃料电池和传统燃料发动机将来的燃料。排放物的组成2燃料电池的排放物主要是水和CO,一般不含硫,由于燃料在使用前含硫物2质已被除去。以纯氢为燃料时,燃料电池的化学反响物仅为水;以富氢气体为燃,40%N

在燃料电池的反2x,NOSOFCNOx含量低x2 %,2,,反响的产物是水和,CHSOFC中的。2 船的种类、性能及特点为了保证所选择的燃料电池的构造能更好地适应船的要求,对船进展了如2所示的分类。燃料电池为船的运行供给了如下的功能:,它还必需满足诸如静音运行等特别要求。除了上述功能外,所选择的燃料电池的种类还必需满足特定的性能标准。比方系统的能量密度、负荷变化/动态的力量(负荷增加或削减、突然断路、短路)或补充燃料的力量。燃料电池技术在船舶上的应用现状上个世纪90年月中期以来,加拿大Ballard公司、德国Sidmens公司及19978月,德国SidmensPEMFC2023212级,827日英国防务系统日刊报道,美国能源争论公司与巴赞钢铁公司进展合作,开发舰用碳酸基燃料电池能源装置,使直接式燃料电池装置使用船用柴油作燃料,并确保装置具有高效率和长寿命。所研制的燃料电池系统承受内部重整制氢技术,通用汽车公司已研制出用于燃料电池驱动装置的车载燃料重整器,该重整制氢技术对船用燃料也同样适用,被认为是一种型的水面舰船发电装置,具有宽阔的军用和民用市场。20234月在德国基尔港下水,2023年春服役后,,即燃9PEMFC燃,1417小,无腐蚀,功率密度大,使用寿命长。每组燃料电池的输出功率为34千瓦,9,因此它的红外特征很小。由于它根本不向艇外排放废物,尾流特征也很小,能超安静运,其声信号特征比柴-电推动装置低。传统的柴-2~3天就会耗尽电池能量,必需浮现水面给蓄电池充电,而燃料电池潜水艇可在水下,3周。它的柴-MTU公司的一台,312凹凸速航行及全艇电网供电要求。日本研制的世界第一艘承受氢氧燃料电池动力的深海科学考察巡航器已经,当燃料电池普及到轿车时,燃料电池船用化的时间也就到了。届时,船舶电源的的选择将发生两个变化:1)替代铅酸蓄电池。尤其是在高速船上,选用燃料电池用作主机的起动电源、应急电源及无线电的专用电源;2)替代船舶辅机。船舶电站将不再选用辅机带动发电机,船舶辅机舱将变得格外清洁而且很安静,这将是船舶电站的一次实质性的变革。燃料电池在船舶上的应用从船舶的自身特点来看,可分为潜艇和水面船,水面船又有游船、考察船、客渡轮、货(LNG)等。船上使用的推动系统主要是柴油机,蒸汽轮机或燃气轮机,此外,还存在柴-电或燃-电推动装置。船舶上的电力供给主要是靠柴油发电机。并配有大量的二次电池等关心电源。依据船的类型和操作状况,需要的驱动力功率不同,假设在船舶上承受燃料电池系统,既可以作为船舶的推动动力,又可以同时实现船舶上的各种用电的要求,温度低(80-l00C)、重量轻、体积小(0.82kg)、可模块化组装、本钱低和寿命长的优点,,以同等功率相参考,与柴油机体积相当,被认为是格外适合于小型船舶和潜水艇的燃料电池,德国西门子公司向海军供给的潜水艇用固体高分子燃料电池(PEFC),潜艇安装有燃料电池和柴电动力组成的混合动力系统。混合动力系统由两套推动方式结合而成,一套动力系统是由柴油发电机组、推动电机、蓄电池组和配电设备等组成的常规推动系统,使用铅酸电池,需要潜艇定期浮水面进展充电;另一,潜艇会将燃料电池系统和柴电动力系统结合使用。前者用于在水下隐蔽的长时间航行,独工作,也可以同时进展工作[3},而且还必需为船.fI客舱效劳供给所需要的可观的电力和热力,与此同时还应使旅客受到尽可能少的噪声、振动和排气烟雾的影响。承受燃料电池推动装置,可以完全满足要求。燃料电池可以作为船的推动动力,还可以直接为船上的设备和旅客直接供给电力,削减船上的柴油发电机组和大量的二次电源。PEMFC 和SOFC被认为是适合做动力的燃料电池系统。PEMFC 由于在低温下工作,能供给的热力有限,MCFC 和SOFC 都在高温下运行,工作温度也格外利于燃料的重整MCFC相比SOFC的功率密度低,堆的体积较大SOFC构造简洁,效率高,对燃料的适应性强,与燃气轮机联合使用,可大大提高发电效率。伴随发电产生的热可以供给热水供淋浴,还可以将排水处理成饮用水目前SOFC运行温度过高,在制造技术和材料的选择上有肯定困难,降低SOFC的操作温度,把操作温度从850一1000℃降到60一80℃,成为SOFC的争论热点。随着争论的不断进步,技术的成熟和本钱的降低,SOFC 有很大的应用潜力。运输液化自然气的LNG液货船是目前唯一的特地用蒸汽轮机推动的船型。缘由在LNG液货船上,液化气以162℃的温度下装在隔热舱中运输。尽管高效隔热,受到光照,但仍旧不行避开液化气蒸发。蒸发的自然气可用做主锅炉的燃料,供给几乎全部需要的推动功率假设改用燃料电池电力驱动,可直接承受汽化的自然气做燃料,既经济也可以解决液化气的问题,而且燃料电池具有更高的效率,可谓一举两得。日本燃料电池电力推动船调查委员会曾对JNG船装备熔融碳酸盐型燃料电池做过分析,认为应用燃料电池来改进船舶动力是格外正确的.完毕语综上所述,燃料电池有用化在兴旺国家已经开头,由于燃料电池具有明显的优越性,各国政府和商家纷纷投以巨资,快得多,估量在10~15年后将成为人类能源的主要供给者,以此为动力的燃料电池动力系,使得重整器能够类似汽车上的化油器那样,成为燃料电池的一个部件,是燃料电池