探討在我國電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電的技術路線

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摘要：本文介紹了燃料電池發(fā)電技術的特點和應用形式，論證了在我國電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電技術的必要性。概述了國外燃料電池的發(fā)展計劃和市場預測，總結了國外發(fā)展燃料電池的經驗。通過技術比較，提出了在我國電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電的技術路線。

　　燃料電池發(fā)電是將燃料的化學能直接轉換為電能的過程，其發(fā)電效率不受卡諾循環(huán)的限制，發(fā)電效率可達到50％一70％，被譽為二十一世紀重要的發(fā)電新技術之一。目前，國際上磷酸型燃料電池已進入商業(yè)化，其它幾種燃料電池預計在2005年一2010年200KW一將全面進入商業(yè)此。對于這種蓬勃發(fā)展的發(fā)電新技術，國家電力公司應該采取怎樣態(tài)度？要不要發(fā)展？怎樣發(fā)展？這些問題亟待解決。

　　l、燃料電池發(fā)電的技術特點和應用形式

　　1.1 技術特點

　　燃料電池發(fā)電是在一定條件下使燃料（主要是H2）和氧化劑發(fā)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(guī)電池的不同：只要有燃料和氧化劑供給，就會有持續(xù)不斷的電力輸出。與常規(guī)的火力發(fā)電不同，它不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉換效率高。與常規(guī)發(fā)電相比燃料電池具有以下優(yōu)點：

　?。?）理論發(fā)電效率高，發(fā)展?jié)摿Υ?。燃料電池本體的發(fā)電效率可達到50%一60％，組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在（10-50）MW規(guī)模即可達到70％以上的發(fā)電效率。

　　（2）污染物和溫室氣體排放量少。與傳統(tǒng)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(fā)電效率受負荷和容量的影響較小。

　　（4）低噪音。在距發(fā)電設備3英尺（1.044米）處噪音小于60dB（A）。

　?。?）電力質量高。電流諧波和電壓諧波均滿足IEEE519標準。

　?。?）變負荷率高。變負荷率可達到（8％一10％）／min，負荷變化的范圍大（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。

　?。?）模塊化結構，擴容和增容容易，建廠時間短。

　　（9）占地面積小，占地面積小于lm²／KW.

　?。?0）自動化程度高，可實現(xiàn)無人操作。

　　總之，燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電方式，既適合于作分布式電源，又可在將來組成大容量中心發(fā)電站，是2l世紀重要的發(fā)電方式。制約燃料電池走向大規(guī)模商業(yè)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(xiàn)場熱電聯(lián)供，常用的容量為200KW一1MW.

　　（2）分布式電源，容量比現(xiàn)場用燃料電池大，約（2-20）MW.

　?。?）基本負荷的發(fā)電站（中心發(fā)電站），容量為（100-300MW）。

　　（4）燃料電池還可用于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、為什么要在我國電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電技術？

　　2.1 采用燃料電池發(fā)電是提高化石燃料發(fā)電效率的重要途徑之一

　　以高溫燃料電池組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，可使發(fā)電效率達到60%-75%（LHV），這一目標將在2005年左右實現(xiàn)。預計到2010年，發(fā)電效率可超過72％。煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)（IGFC）的發(fā)電效率可達到62％以上。以燃料電池組成的熱電聯(lián)產機組的總熱效率可達到85％以上。燃料電池本體的發(fā)電效率基本不隨容量的變化而變化，這使得燃料電池既可用作小容量分散電源，又可用于集中發(fā)電應用范圍廣泛。

　　2.2 燃料電池發(fā)電可有效地降低火力發(fā)電的污染物和溫室氣體排放量

　　燃料電池發(fā)電中幾乎沒有燃燒過程，NOx排放量很小，一般可達到（0.139一0.236）kg／MW.h以下，遠低于天然氣聯(lián)合循環(huán)的NOx排放量（1kg／MW.h一3kg/MW.h）。由于燃料進入燃料電池之前必須經過嚴格的凈化處理，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(tài)粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。與常規(guī)燃煤發(fā)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(fā)電可提高供電的靈活性和可靠性

　　燃料電池具有高效率、低污染、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(fā)電效率更高、污染更低。在250KW-lOMW的功率范圍內，具有與目前數百兆瓦中心電站相當甚至更高的發(fā)電效率。作為備用電源的柴油發(fā)電機由于污染和噪聲大不宜在未來的城市中應用。低溫燃料電池不僅發(fā)電效率高，而且啟動快、變負荷能力強，是很好的備用電源?，F(xiàn)代社會對供電的可靠性和環(huán)境的兼容性要求越來越高，高效、低污染的分布式電源系統(tǒng)日益受到重視。近年來美國、加拿大、臺灣相繼發(fā)生因自然災害或人為因素造成的大面積停電，許多重要用戶長期不能恢復供電，給社會和經濟造成了巨大的損失。北約轟炸南聯(lián)盟，使電力系統(tǒng)嚴重受損。這些由不可抗力引起的電網破壞無不使人引發(fā)出一個重要的思考：提高我國電力系統(tǒng)供電的可靠性和供電質量，雖然主要依靠電網的改造和技術革新，但如果在電網中有許多分布式電源在運轉，供電的可靠性將會大大提高。

　　對于象軍事基地、指揮中心、醫(yī)院、數據處理和通訊中心、商業(yè)大樓、娛樂中心、政府要害部門、制藥和化學材料工業(yè)、精密制造工業(yè)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、污染嚴重、電壓波動大。而采用燃料電池作為分布式電源向這些部門提供電力，會使供電的可靠性和電力質量大大提高。他們將是燃料電池發(fā)電技術的第一批用戶。

　　對于邊遠地區(qū)，負荷小且分散，若建設完善的電網，不僅投資大，線損大，且電網末端地區(qū)電力質量不穩(wěn)定。對于這些區(qū)域若輔助燃料電池發(fā)電的分布式電源，更能有效地解決這些地區(qū)的電力供應問題。燃料電池的重量比功率和體積比功率均比常規(guī)的小型發(fā)電裝置大，因此，它也是理想的移動電源，適合于各種建設工地、野外作業(yè)和臨時急用。

　　2.4 發(fā)展燃料電池發(fā)電技術是提高國家能源和電力安全的戰(zhàn)略需要

　　美國已將燃料電池發(fā)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面處于世界領先地位，與國家從戰(zhàn)略高度予以組織、資助和推動密不可分。在目前復雜的國際環(huán)境下，高技術的壟斷日趨嚴重，掌握清潔高效發(fā)電的高新技術對未來國家的能源和電力安全具有重要的戰(zhàn)略意義，而燃料電池發(fā)電技術，正是這種高效清潔的高新發(fā)電技術之一。燃料電池突出的優(yōu)點，以及發(fā)達國家竟相投入巨資研究開發(fā)的行動，足以說明燃料電池發(fā)電技術在21世紀會起到越來越重要的作用。

　　2.5 發(fā)展燃料電池發(fā)電技術是國電公司“加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，形成高新技術產業(yè)”的需要

　　燃料電池發(fā)電技術是電力工業(yè)中的高新技術，己受到普遍重視。美國燃料電池發(fā)電技術的研究開發(fā)主要由美國能源部組織實施，其中一個重要的目的就是形成新的高技術產業(yè)，為美國的經濟注入新的活力。日本的東京電力公司、關西電力公司及其它公用事業(yè)單位是日本燃料電池開發(fā)及商業(yè)化的主要承擔者和推動者，其目的也是為電力公司注入新的經濟增長點以獲得巨大的經濟效益和社會效益。

　　國家電力公司處在完成“兩型”、“兩化”、 “進入世界500強”的歷史時刻，恰逢黨中央國務院號召全國各行業(yè)“加強技術創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實現(xiàn)產業(yè)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(fā)電技術的研究開發(fā)是非常必要的。采取引進、消化、吸收和再創(chuàng)新的技術路線，以高起點，在盡可能短的時間內初步形成自主產權的燃料電池發(fā)電關鍵技術，不僅可以使我國在燃料電池發(fā)電技術領域與國外的差距大大縮小，而且，對國家電力公司進行發(fā)電系統(tǒng)的結構調整、技術創(chuàng)新、形成高新技術產業(yè)、實現(xiàn)跨越式發(fā)、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(fā)電技術在我國有廣闊的發(fā)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）的廣泛應用，燃用天然氣的燃料電池發(fā)電將會有很大市場。煤層氣也是燃料電池的理想燃料。我國豐富的煤層氣資源也將是燃料電池發(fā)電的巨大潛在能源之一。燃料電池可與常規(guī) 燃氣一蒸汽聯(lián)合循環(huán)結合，形成更高效率的發(fā)電方式。與煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）結合，形成數百兆瓦級的大型、高效、低污染的中心發(fā)電站，比IGCC效率更高，污染更小。

　　燃料電池可與水電、風電和太陽能發(fā)電等結合，在高出力時，利用電解水制氫，低出力時用燃料電池發(fā)電，達到既儲能，又高效發(fā)電的目的。采取氣化或厭氧處理的方法將生物質變?yōu)槿剂蠚猓ㄟ^燃料電池發(fā)電，提高能源轉換效率，并降低污染物排放量。對一些經濟欠發(fā)達但有豐富的沼氣資源的地區(qū)，利用燃料電池發(fā)電技術有可能更有有效地解決這些地區(qū)的電力供應問題。

　　2.7 與國外有較大的差距

　　在燃料電池發(fā)電技術方面，我國與國際先進水平有較大的差距。在MCFC和SOFC技術方面，國外已分別示范成功了2MW和100KW的燃料電池發(fā)電機組，而我國在這方面才剛剛起步，2000年才可望研制出2KW左右的試驗裝置。在PAFC和PEFC技術方面，國內與國外的差距更大。倘若我們現(xiàn)在不開始研究開發(fā)燃料電池發(fā)電技術，等到燃料電池完全成熟后再引進，不但會受制于人，還將付出更大的經濟代價，更談不上盡快形成燃料電池發(fā)電的產業(yè)化。若不能形成燃料電池的產業(yè)化并在電力系統(tǒng)廣泛應用，那么，也談不上提高發(fā)電效率和降低污染物的排放。只有從現(xiàn)在開始，在國外的基礎上，高起點研究，經過10-20年的努力，有可能在國電公司形成燃料電池的產業(yè)和廣泛的商業(yè)應用。

　　2.8 在我國電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)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、抵御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(yè)化市場潛力巨大。

　　倘若電力系統(tǒng)不及時進行研究開發(fā)，在未來幾年內，有可能被國外企業(yè)和國內其它其它行業(yè)或民營企業(yè)占領燃料電池分散電源市場。在市場經濟條件下，國電公司既是用戶，又是開發(fā)者。對于燃料電池這樣重要的發(fā)電高新技術，應不失時機地著手研究開發(fā)，聯(lián)合國內一些基礎研究單位，爭取納入國家的攻關計劃，獲得國家支持，在盡可能短的時間內，形成燃料電池發(fā)電技術研究開發(fā)的優(yōu)勢，開發(fā)燃料電池發(fā)電關鍵技術和成套技術，形成國電公司的高新技術產業(yè)，既可優(yōu)化調整電力結構，又能滿足市場的不同需求。

　　3、國外燃料電池發(fā)展計劃及商業(yè)化的預測

　　研究美、日、歐洲等國家和地區(qū)燃料電池的發(fā)展進程及商業(yè)化的預測，對我們制定燃料電池的發(fā)展戰(zhàn)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(fā)電技術研究開發(fā)狀況

　?。?）美國燃料電池發(fā)電技術的研究開發(fā)計劃

　　1997年，美國總統(tǒng)克林頓頒發(fā)了"改善氣候行動計劃“， 燃料電池被確定為一項關鍵技術，聯(lián)邦政府為此制定了一項”美國聯(lián)邦燃料電池發(fā)展計劃“，目的是通過燃料電池的商業(yè)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(yōu)惠。結果，僅在1998年，就有42臺200kw PAFC發(fā)電機組投入運行。

　　美國政府鼓勵在一些對環(huán)境敏感的地區(qū)建立燃料電池發(fā)電站。此外，政府已促使美國所有的軍事基地安裝200KW燃料電池發(fā)電機組。通過這些措施，加速燃料電池的商業(yè)化，并提高國家能源的安全性。美國政府投入巨資研究開發(fā)燃料電池發(fā)電技術的另一個目的，就是要保持美國在這一領域的領先地位。隨著商業(yè)化過程不斷深入，將逐步形成新的高技術產業(yè)，為美國的經濟注入新的活力，提供更多的就業(yè)機會。

　　美國DOE的燃料電池發(fā)展計劃如下：

　　PAFC己商業(yè)化，不再投入資金進行研究開發(fā)。PAFC目前的發(fā)電效率為40％一45%（LHV），熱電聯(lián)產的熱效率為80％（LHV）。

　　已完成250KW和2MW MCFC的現(xiàn)場示范，預計2002年進行20MW的示范；2003年左右，使250KW和MW級MCFC達到商業(yè)化；2010年，燃用天然氣的250KW一20MW MCFC分散電源達到商業(yè)化，100MW以上MCFC的中心電站也進入商業(yè)化； 2020年，100MW以上燃煤MCFC中心發(fā)電站進入商業(yè)化。MCFC技術目標是運行溫度為650℃，發(fā)電效率達到60％（LHV），組成聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率為70%（LHV），熱電聯(lián)產的熱效率達到85%（LHV）以上。

　　目前，己完成25kw和100kw SOFC現(xiàn)場試驗，正在進行SOFC的商業(yè)化設計。預計2002年左右，進行MW級SOFC示范；2003年左右，100kw一1MW SOFC進行商業(yè)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(yè)化，100MW以上燃用天然氣的SOFC以中心電站形式進入商業(yè)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(yè)化。SOFC技術目標是：運行溫度為1000℃，發(fā)電效率達到62％

　　（LHV），組成聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率達到72％（LHV），熱電聯(lián)產的熱效率達到85%（LHV）以上，燃煤時發(fā)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(fā)PEFC的國家，但在大容量化和商業(yè)應用方面已落后于加拿大。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(fā)方面是面向家庭用分散式電源，實現(xiàn)熱電聯(lián)供。Plug Power公司與GE合作，計劃2001年使10kw PEFC進入商業(yè)化，價格達到S750-1000／kw，大批量生產后，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(fā)電容量約2335MW一4075MW.現(xiàn)在美國的燃料電池年生產能力為60MW，商業(yè)化的價格為$2000一$3000／kw，若年生產能力達到100MW／a，商業(yè)化的價格則可達到$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.那么燃料電池的價格則有可能達到$900-$l100／kw，此時可完全與常規(guī)的發(fā)電方式競爭。

　　3.2 日本燃料電池發(fā)電技術的發(fā)展進程及應用前景預測

　　（1）發(fā)展進程

　　日本在PAFC研究方面，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臺PAFC燃料電池發(fā)電機組，大阪煤氣公司也在1973年引進兩臺PAFC機組。日本政府于1981年設立了以開發(fā)節(jié)能技術為宗旨的“月光計劃”，燃料電池發(fā)電是其中一項重要內容。此后，日本國內的電力公司、煤氣公司和一些大型的制造廠紛紛投入燃料電池的研究開發(fā)，并與美國IFC合作，使日本的PAFC得到更大的發(fā)展。目前，日本的 PAFC技術已趕上了美國，商業(yè)化程度超過了美國。5MW（富士電機制造）和11MW（東芝與IFC 合制）均在日本投運，日本公司制造的PAFC機組已運行了近100多臺。

　　日本有關MCFC的研究是從1981年開始的，通過自主開發(fā)并與美國合作。1987年10kw MCFC開發(fā)成功，1993年100kw加壓型MCFC開發(fā)成功，1997年開發(fā)出1MW先導型MCFC發(fā)電廠，并投入運行。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(xiàn)燃用天然氣的10MW一50MW分布式MCFC發(fā)電機組的商業(yè)化，并進行100MW以上燃用天然氣的MCFC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機組的示范，2010年后，實現(xiàn)煤氣化MCFC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電，并逐步替代常規(guī)火電廠。

　　日本的SOFC技術也是從1981年的“月光計劃”開始研究的，立足于自主開發(fā)。1989年一1991年，開發(fā)出l00W一400W SOFC電池堆，1992年一1997年開發(fā)出l0kw平板型SOFC.SOFC的研究進展也遠遠落后于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，并形成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電。日本的PEFC也被列入“新陽光計劃”，目前開發(fā)的容量為（1-2）kw.

　?。?）政府采取的措施

　　日本政府在“月光計劃”和“新陽光計劃”中，先后資助了3臺200kw、2臺lMW和l臺5MW的PAFC；1臺100kw和1臺1MW的MCFC示范電站研究開發(fā)、建設及運行。

　　在通產省和NEDO的統(tǒng)一組織和管理下，使公用事業(yè)單位（電力公司和煤氣公司）和開發(fā)商及研究單位緊密結合，實現(xiàn)燃料電池研究開發(fā)和商業(yè)示范應用一體化。日本電力公司和煤氣公司，過去十年來安裝了約80多臺燃料電池機組，裝機容量達到20.1MW，燃料電池及 電廠的費用主要由業(yè)主承擔，但是制造商和政府也各承擔一部分。這種政府和企業(yè)聯(lián)合研 究開發(fā)的方式促進了日本燃料電池的發(fā)展。使用燃料電池發(fā)電享有許多優(yōu)惠政策：燃料電池的相關設備，在未超過一定規(guī)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(xù)大大簡化。在醫(yī)院、旅館、辦公大樓等安裝的燃料電池發(fā)電機組，政府提供的經費資助。新建的燃料電池發(fā)電設備享有10%的免稅額，并獲有30％的加速折舊。對裝設于電力公司或自備發(fā)電用的燃料電池項目，日本開發(fā)銀行將提供投資額40％的低息貸款。

　?。?）市場預測

　　1990年，日本通產省發(fā)表了“長期電源供需展望”報告，預計日本國內的燃料電池發(fā)電容量到2000年約2250MW；2010年約10720MW，電力系統(tǒng)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(fā)電效率達到50％一60％。由于燃料電池發(fā)電技術仍有許多技術上的難題沒有突破，進展速度低于預期值，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(yè)用熱電聯(lián)產型為88MW；2010年將達到2200MW，其中分布式電源型為 735MW，工業(yè)用熱電聯(lián)產型為1465MW.

　　3.3其它國家和地區(qū)的發(fā)展進程

　　目前，歐洲的燃料電池發(fā)電技術遠遠落后于美國和日本。80歐洲又重新開始研究燃料電池發(fā)電技術。它們采用向美國、日本購買電池組，自行組裝發(fā)電廠的方式來發(fā)展PAFC發(fā)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示范工程，由IFC供應，BOP由歐洲制造。意大利、西班牙與美國IPC合作，于1993年在米蘭建了一座l00kw MCFC電廠，1996年投運。德國正在開發(fā)250kw MCFC.德國西門 子公司于1998年收購了美國西屋公司的管形SOFC技術后，現(xiàn)在擁有世界上最先進的平板型和管形SOFC技術。

　　加拿大在PEFC方面居世界領先地位，在繼續(xù)開發(fā)交通用PEFC的同時，目前也將PEFC應用于固定電站，已建成250kw PEFC示范電站，目標是在近幾年內使250kw級PEPC商業(yè)化。澳大利亞在1993年一1997年，共投資3000萬美元，研究開發(fā)平板型SOFC，目前正在開發(fā)（20一25）kw SOFC電池堆。韓國電力公司于1993年從日本購進一座200kw PAFC進行示范運行。

　　3.4 國外發(fā)展燃料電池發(fā)電技術的經驗總結

　　回顧國外燃料電地發(fā)展的道路，有許多值得我們吸取和借鑒的經驗。下面歸納幾點：

　　美國在燃料電池發(fā)電技術的研究開發(fā)方面始終處于世界領先地位。除了雄厚的財力之外，還有三方面重要的原因：一是政府將燃料電池發(fā)電技術視為提高火力發(fā)電效率、減少污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(zhàn)略”中，并大力投入資金和力量研究開發(fā)；二是燃料電池技術提高到“國家能源安全并大力投入資金和力量研究開發(fā)；二是將燃料電池技術提高到”國家能源安全關鍵技術“的戰(zhàn)略高度，DOD和DOE均投入資金研究開發(fā)；三是對燃料電池的應用前景充滿信心，希望能形成新的高技術產業(yè)，給美國的經濟注入新的活力，政府和企業(yè)共同投入資金研究開發(fā)，力圖保持領先地位。

　　日本走的是一條通過與美國合作、引進技術并消化吸收實現(xiàn)產業(yè)化的路線，并在PAFC的商業(yè)化方面己超過了美國，在MCFC的研究開發(fā)方面也接近美國。成功的重要經驗也是政府對燃料電池給予高度重視，先后列入了“月光計劃”和“新陽光計 劃”，大力投入研究開發(fā)。另一條經驗是研究機構、企業(yè)和用戶聯(lián)合，組成從研究、開發(fā)到商業(yè)應用一體化集團，既承擔研究開發(fā)的風險，也享受成功的優(yōu)惠。

　　加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的經驗告訴我們：只要堅定不移地進行研究開發(fā)，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。

　　燃料電池起源于歐洲，但是，現(xiàn)在歐洲的燃料電池技術已遠遠落后于美國和日本。主要原因是政府和企業(yè)對燃料電池發(fā)電技術重視不夠。目前，歐洲已經意識到這一點，成立了-個燃料電池發(fā)電技術集團，引進美國、日本的技術，并進行研究開發(fā)。

　　4、各種燃料電池發(fā)電技術綜合比較

　?。?）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僅限于航天或軍事應用，不適合于民用。

　?。?）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成為最早在地面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系統(tǒng)大大簡化，加壓運行時，可組成熱電聯(lián)產。但是，PAFC的發(fā)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的濃度必須小于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(yè)化，做為特殊用戶的分散式電源、現(xiàn)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(fā)電站比較困難。

　?。?）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(xiàn)內重整，使發(fā)電效率提高，系統(tǒng)簡化；CO可直接用作燃料；余熱的溫度較高，可組成燃氣／蒸汽聯(lián)合循環(huán)，使發(fā)電容量和發(fā)電效率進一步提高。與SOFC相比，MCFC的優(yōu)點是：操作溫度較低，可使用價格較低的金屬材料，電極、隔膜、雙極板的制造工藝簡單，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(huán)系統(tǒng)；要求燃料氣中H2S和CO小于0.5PPM；熔融碳酸鹽具有腐蝕性，而且易揮發(fā)；與SOFC相比，壽命較短；組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)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(yè)化，示范電站的規(guī)模已達到2MW.從MCFC的技術特點和發(fā)展趨勢看，MCFC是將來民用發(fā)電（分散電源和中心電站）的理想選擇之一。

　?。?）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(fā)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。由于運行溫度很高，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(lián)合循環(huán)的效率更高，壽命更長（可大于40000小時）；但SOFC面臨技術難度較大，價格可能比MCFC高。示范業(yè)績證明SOFC是未來化石燃料發(fā)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(lián)合循環(huán)發(fā)電的示范，將使SOFC的優(yōu)越性進一步得到體現(xiàn)。

　?。?）PEFC：PEPC的運行溫度較低（約80℃），它的啟動時間很短，在幾分鐘內可達到滿負荷。與PAFC相比，電流密度和比功率都較高，發(fā)電效率也較高（45％一50%（LHV）），對CO的容許值較高（＜10ppm）。PEFC的余熱溫度較低，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面有一定的市場，不適合做大容量中心電站。

　　5、結論

　　選擇適合于我國電力系統(tǒng)發(fā)展的燃料電池發(fā)電技術，應綜合考慮以下幾點：較高的發(fā)電效率；環(huán)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(lián)合循環(huán)中心發(fā)電站的發(fā)展?jié)摿?；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(yè)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，對適合于我國電力系統(tǒng)發(fā)展的燃料電池發(fā)電技術，提出以下幾點選擇意見：

　　（1）優(yōu)先發(fā)展高溫燃料電池發(fā)電技術。即選擇MCFC和SOFC為我國電力系統(tǒng)燃料電池發(fā)電技術的主要發(fā)展方向，這兩種燃料電池既能以天然氣為燃料作為高效清潔的分布電源，又具有形成大容量的聯(lián)合循環(huán)中心發(fā)電站（以天然氣或煤為燃料）的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

　?。?）MCFC和SOFC各有特點，都存在許多問題，尚未商業(yè)化。若考慮技術難度和成熟程度以及商業(yè)化的進程，對于MCFC，應走引進、消化吸收、研究創(chuàng)新，實現(xiàn)國產化的技術路線，并盡快投入商業(yè)應用：對于SOFC，應立足于自主開發(fā)，走創(chuàng)新和跨越式發(fā)展的技術發(fā)展路線。

　?。?） 隨著氫能技術的發(fā)展，PEFC在移動電源、分散電源、應急電源、家庭電源等方面具有一定優(yōu)勢和的市場潛力，國家電力公司應密切跟蹤研究。

　　（4） AFC不適合于民用發(fā)電。PAFC技術目前已趨于成熟，與MCFC、SOFC和PEFC比較，已相對落后。因此，AFC和PAFC不應做為國家電力公司研究開發(fā)的方向。