书城教材教辅新知识图书馆:能源新希望-氢能
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第20章 燃料电池的发展

近些年,各国越来越重视对燃料电池的开发与研究,燃料电池的研究技术也不断进步,并取得了很大的成效。

国外燃料电池发展现状

发达国家都将大型燃料电池的开发作为重点研究项目,企业界也纷纷斥巨资从事燃料电池技术的研究与开发,目前已取得了许多重要的成果,我们相信,不久的将来燃料电池将会取代传统发电机及内燃机而广泛应用于发电及汽车上。

使用燃料电池的Aclass

燃料电池无论在发电还是用作燃料方面都具有很强的竞争力。这种新型的发电方式可以大大降低空气污染及解决电力供应、电网调峰问题,2兆瓦、4.5兆瓦、11兆瓦成套燃料电池发电设备已进入商业化生产,各等级的燃料电池发电厂相继在一些发达国家建成。燃料电池的高效率、无污染、建设周期短、易维护以及低成本的潜能将带来21世纪新能源与环保的绿色革命。现如今,在北美、日本和欧洲,燃料电池发电正快步进入工业化规模应用的阶段,无疑将成为21世纪继火电、水电及核电后的第四代发电方式。

受1973年世界性石油危机以及美国PAFC研发的影响,日本决定开发各种类型的燃料电池,PAFC作为大型节能发电技术由新能源产业技术开发机构(NEDO)进行开发。从1981年开始,进行了1000kW现场型PAFC发电装置的研究和开发。在1986年又开展了200kW现场性发电装置的开发,以适用于边远地区或商业用的PAFC发电装置。

富士电机公司是目前日本最大的PAFC电池堆供应商。截至1992年,该公司已向国内外供应了17套PAFC示范装置,富士电机在1997年3月完成了分散型5兆瓦设备的运行研究。作为现场用设备已有50千瓦、100千瓦及500千瓦总计88种设备投入使用。

东芝公司从20世纪70年代后半期开始,以分散型燃料电池为中心进行开发以后,将分散电源用11兆瓦机以及200千瓦机形成了系列化。11兆瓦机是世界上最大的燃料电池发电设备,从1989年开始在东京电力公司五井火电站内建造,1991年3月初成功发电后,到1996年5月进行了5年多现场试验,累计运行时间超过2万小时,在额定运行情况下实现发电效率43.6%。在小型现场燃料电池领域,1990年东芝和美国IFC公司为使现场用燃料电池商业化,成立了ONSI公司,以后开始向全世界销售现场型200千瓦设备“PC25”系列。PC25系列燃料电池从1991年末运行到1998年4月,共向世界销售了174台。其中安装在美国某公司的一台机和安装在日本大阪梅田中心的大阪煤气公司2号机,累计运行时间相继突破了4万小时。从燃料电池的寿命和可靠性方面来看,累计运行时间4万小时是燃料电池的长远目标。东芝ONSI已完成了正式商用机PC25C型的开发,早已投放市场。PC25C型作为21世纪新能源先锋获得日本通商产业大奖。从燃料电池商业化出发,该设备被评价为具有高先进性、可靠性以及优越的环境性设备。

PAFC作为一种中低温型(工作温度180℃~210℃)燃料电池,不但具有发电效率高、清洁和无噪音等特点,而且还能以热水形式回收大部分热量。PAFC用于发电厂包括两种情形:分散型发电厂,容量在10兆~20兆瓦之间,安装在配电站;中心电站型发电厂,容量在100兆瓦以上,可以作为中等规模热电厂。PAFC电厂比起一般电厂具有很大的优势,即使在发电负荷比较低时,依然保持高的发电效率,此外,它采用模块结构,现场安装比较简单,不但省时,还且电厂扩容也更容易。

我国燃料电池的发展现状

燃料电池公共汽车

我国早在20世纪50年代就开展燃料电池方面的研究,而且在燃料电池关键材料、关键技术的创新方面有过许多突破。我国政府非常注重燃料电池的研究与开发,陆续开发出百瓦级主30千瓦级氢氧燃料电极、燃料电池电动汽车等。燃料电池技术特别是质子交换膜燃料电池技术也得到了迅速发展,开发出60千瓦、75千瓦等多种规格的质子交换膜燃料电池组,开发出电动轿车用净输出40千瓦、城市客车用净输出100千瓦燃料电池发动机,使我国的燃料电池技术跻身世界先进国家行列。

面对当今全球能源紧张、油价高涨的现实,各国纷纷寻找新能源作为化石燃料的替代品。而氢能是高效且无污染的能源,具有明显的优势,所以得到各国政府的重视,加上各种能源动力企业对燃料电池的发展充满信心,因此燃料电池未来市场将有广阔的上升空间。

尽管现在燃料电池的市场需求尚小,但随着燃料电池的生产成本与使用成本的下降、竞争力的提高,燃料电池潜在的市场将会逐步发展起来。目前对便携式燃料电池的需求比较少,但便携式燃料电池市场将是到2012年甚至更长时间内增长最快的市场。应用于消费电子产品的燃料电池系统在最近几年中也会商业化。

作为振兴东北老工业基地的“创新能力建设项目”,燃料电池及氢源技术国家工程研究中心项目于2004年2月获得国家发展和改革委员会批准立项。2005年,项目方案通过专家评审及风险评估。2006年10月,项目获国家发改委正式授牌。该项目以新源动力公司为承建单位,以中国科学院大连化学物理研究所为依托单位。项目选址于大连高新园区中科院科技创新园研发孵化园,规划用地约2.7公顷,建筑面积1.9万米,2008年6月已投入使用。

燃料电池及氢源技术国家工程研究中心的建成将加强创新能力平台建设,完善我国燃料电池技术及氢源技术的创新体系建设,成为我国燃料电池技术创新的源发地、技术转化中心、人才培养中心以及国际燃料电池技术交流中心,从而加快我国燃料电池技术产业化进程,促进燃料电池及相关产业的跨越式发展,并为缓解我国能源压力和环境保护压力,实现我国“十一五”规划目标,“建设资源节约型、环境友好型社会”做出积极贡献。