3 國外燃料電池發(fā)展計(jì)劃及商業(yè)化的預(yù)測

研究美、日、歐洲等國家和地區(qū)燃料電池的發(fā)展進(jìn)程及商業(yè)化的預(yù)測，對我們制定燃料電池的發(fā)展戰(zhàn)略和預(yù)測應(yīng)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(shù)研究開發(fā)狀況

(1)美國燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)計(jì)劃

1997年，美國總統(tǒng)克林頓頒發(fā)了"改善氣候行動計(jì)劃”， 燃料電池被確定為一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，聯(lián)邦政府為此制定了一項(xiàng)“美國聯(lián)邦燃料電池發(fā)展計(jì)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(xiàng)計(jì)劃中，對每一個燃料電池的新用戶資助l000/KW的優(yōu)惠。結(jié)果，僅在1998年，就有42臺200kw PAFC發(fā)電機(jī)組投入運(yùn)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(jī)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(shù)的另一個目的，就是要保持美國在這一領(lǐng)域的領(lǐng)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(shù)產(chǎn)業(yè)，為美國的經(jīng)濟(jì)注入新的活力，提供更多的就業(yè)機(jī)會。

美國DOE的燃料電池發(fā)展計(jì)劃

PAFC己商業(yè)化，不再投入資金進(jìn)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(chǎn)的熱效率為80%(LHV)。

已完成250KW和2MW MCFC的現(xiàn)場示范，預(yù)計(jì)2002年進(jìn)行20MW的示范;2003年左右，使250KW和MW級MCFC達(dá)到商業(yè)化;2010年，燃用天然氣的250KW一20MW MCFC分散電源達(dá)到商業(yè)化，100MW以上MCFC的中心電站也進(jìn)入商業(yè)化; 2020年，100MW以上燃煤MCFC中心發(fā)電站進(jìn)入商業(yè)化。MCFC技術(shù)目標(biāo)是運(yùn)行溫度為650℃，發(fā)電效率達(dá)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(chǎn)的熱效率達(dá)到85%(LHV)以上。

目前，己完成25kw和100kw SOFC現(xiàn)場試驗(yàn)，正在進(jìn)行SOFC的商業(yè)化設(shè)計(jì)。預(yù)計(jì)2002年左右，進(jìn)行MW級SOFC示范;2003年左右，100kw一1MW SOFC進(jìn)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(jìn)入商業(yè)化，100MW以上燃用天然氣的SOFC以中心電站形式進(jìn)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(jìn)入商業(yè)化。SOFC技術(shù)目標(biāo)是：運(yùn)行溫度為1000℃，發(fā)電效率達(dá)到62%(LHV)，組成聯(lián)合循環(huán)的發(fā)電效率達(dá)到72%(LHV)，熱電聯(lián)產(chǎn)的熱效率達(dá)到85%(LHV)以上，燃煤時發(fā)電效率可達(dá)到65%(LHV)，這一目標(biāo)預(yù)計(jì)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(yīng)用方面已落后于加拿大。目前美國生產(chǎn)的質(zhì)子交換膜仍居世界領(lǐng)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(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供。Plug Power公司與GE合作，計(jì)劃2001年使10kw PEFC進(jìn)入商業(yè)化，價格達(dá)到S750-1000/kw，大批量生產(chǎn)后，使PEFC的價格達(dá)到$350/kw。

(2)市場預(yù)測

美國能源部(DOE)對美國潛在的燃料電池市場的預(yù)測認(rèn)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(chǎn)能力為60MW，商業(yè)化的價格為$2000一$3000/kw，若年生產(chǎn)能力達(dá)到100MW/a，商業(yè)化的價格則可達(dá)到$l000-$1500/Kw。 若能達(dá)到(2000-4000)MW/a的生產(chǎn)能力，燃料電池的原材料費(fèi)僅$200一$300/kw。那么燃料電池的價格則有可能達(dá)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(shù)的發(fā)展進(jìn)程及應(yīng)用前景預(yù)測

(1)發(fā)展進(jìn)程

日本在PAFC研究方面，走的是一條引進(jìn)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(jìn)兩臺PAFC燃料電池發(fā)電機(jī)組，大阪煤氣公司也在1973年引進(jìn)兩臺PAFC機(jī)組。日本政府于1981年設(shè)立了以開發(fā)節(jié)能技術(shù)為宗旨的“月光計(jì)劃”，燃料電池發(fā)電是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。此后，日本國內(nèi)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(shù)已趕上了美國，商業(yè)化程度超過了美國。5MW(富士電機(jī)制造)和11MW(東芝與IFC 合制)均在日本投運(yùn)，日本公司制造的PAFC機(jī)組已運(yùn)行了近100多臺。

日本有關(guān)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(dǎo)型MCFC發(fā)電廠，并投入運(yùn)行。MCFC已被列為日本“新陽光計(jì)劃”的一個重點(diǎn)，目標(biāo)是2000年一2010年，實(shí)現(xiàn)燃用天然氣的10MW一50MW分布式MCFC發(fā)電機(jī)組的商業(yè)化，并進(jìn)行100MW以上燃用天然氣的MCFC聯(lián)合循環(huán)發(fā)電機(jī)組的示范，2010年后，實(shí)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(shù)也是從1981年的“月光計(jì)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(jìn)展也遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于NEDO原來的計(jì)劃。 “新陽光計(jì)劃”中預(yù)計(jì)2000年一2010年，使SOFC達(dá)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(jì)劃”，目前開發(fā)的容量為(1-2)kw。

(2)政府采取的措施

日本政府在“月光計(jì)劃”和“新陽光計(jì)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(shè)及運(yùn)行。

在通產(chǎn)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(jié)合，實(shí)現(xiàn)燃料電池研究開發(fā)和商業(yè)示范應(yīng)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(jī)組，裝機(jī)容量達(dá)到20.1MW，燃料電池及 電廠的費(fèi)用主要由業(yè)主承擔(dān)，但是制造商和政府也各承擔(dān)一部分。這種政府和企業(yè)聯(lián)合研 究開發(fā)的方式促進(jìn)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(guān)設(shè)備，在未超過一定規(guī)模時，其工程計(jì)劃僅須申報(bào)即可動工。對500kw以下的常壓燃料電池生產(chǎn)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(jī)組，政府提供的經(jīng)費(fèi)資助。新建的燃料電池發(fā)電設(shè)備享有10%的免稅額，并獲有30%的加速折舊。對裝設(shè)于電力公司或自備發(fā)電用的燃料電池項(xiàng)目，日本開發(fā)銀行將提供投資額40%的低息貸款。

(3)市場預(yù)測

1990年，日本通產(chǎn)省發(fā)表了“長期電源供需展望”報(bào)告，預(yù)計(jì)日本國內(nèi)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(dá)到實(shí)用化;發(fā)電效率達(dá)到50%一60%。由于燃料電池發(fā)電技術(shù)仍有許多技術(shù)上的難題沒有突破，進(jìn)展速度低于預(yù)期值，因此日本目前已將原目標(biāo)做了修正，預(yù)計(jì)2000年燃料電池裝機(jī)容量將達(dá)到200MW，其中分布式電源l12MW，工業(yè)用熱電聯(lián)產(chǎn)型為88MW;2010年將達(dá)到2200MW，其中分布式電源型為 735MW，工業(yè)用熱電聯(lián)產(chǎn)型為1465MW。

3.3其它國家和地區(qū)的發(fā)展進(jìn)程

目前，歐洲的燃料電池發(fā)電技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(shù)。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(shù)。1990年成立了一個“歐洲燃料電池集團(tuán)(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供應(yīng)，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(yùn)。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(shù)后，現(xiàn)在擁有世界上最先進(jìn)的平板型和管形SOFC技術(shù)。

加拿大在PEFC方面居世界領(lǐng)先地位，在繼續(xù)開發(fā)交通用PEFC的同時，目前也將PEFC應(yīng)用于固定電站，已建成250kw PEFC示范電站，目標(biāo)是在近幾年內(nèi)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(jìn)一座200kw PAFC進(jìn)行示范運(yùn)行。

3.4 國外發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

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(jīng)驗(yàn)。下面歸納幾點(diǎn)：