4 各種燃料電池發(fā)電技術(shù)綜合比較

(1)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(jià)格昂貴。電解質(zhì)的腐蝕嚴(yán)重，壽命較短，這些特點(diǎn)決定了AFC僅限于航天或軍事應(yīng)用，不適合于民用。

(2)PAFC：以磷酸做為電解質(zhì)，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(yīng)用或民用的燃料電池。與AFC相比它可以在180℃一210℃運(yùn)行，燃料氣和空氣的處理系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，加壓運(yùn)行時(shí)，可組成熱電聯(lián)產(chǎn)。但是，PAFC的發(fā)電效率目前僅能達(dá)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(huì)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(shí)。PAFC目前的技術(shù)已成熟，產(chǎn)品也進(jìn)入商業(yè)化，做為特殊用戶的分散式電源、現(xiàn)場(chǎng)可移動(dòng)電源和備用電源，PAFC還有市場(chǎng)，但用作大容量集中發(fā)電站比較困難。

(3)MCFC：在650℃一700℃運(yùn)行，可采用鎳做電催化劑，而不必使用貴重金屬：燃料可實(shí)現(xiàn)內(nèi)重整，使發(fā)電效率提高，系統(tǒng)簡(jiǎn)化;CO可直接用作燃料;余熱的溫度較高，可組成燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)，使發(fā)電容量和發(fā)電效率進(jìn)一步提高。與SOFC相比，MCFC的優(yōu)點(diǎn)是：操作溫度較低，可使用價(jià)格較低的金屬材料，電極、隔膜、雙極板的制造工藝簡(jiǎn)單，密封和組裝的技術(shù)難度相對(duì)較小，大容量化容易，造價(jià)較低。缺點(diǎn)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(diǎn)是啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，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(dá)到2MW。從MCFC的技術(shù)特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)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。

(4)SOFC：電解質(zhì)是固體，可以被做成管形、板形或整體形。與液體電解質(zhì)的燃料電池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了電解質(zhì)蒸發(fā)和電池材料的腐蝕問題，電池的壽命較長(zhǎng)(已達(dá)到70000小時(shí))。CO可做為燃料，使燃料電池以煤氣為燃料成為可能。SOFC的運(yùn)行溫度在1000℃左右，燃料可以在電池內(nèi)進(jìn)行重整。由于運(yùn)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(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，不適合作應(yīng)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(zhǎng)(可大于40000小時(shí));但SOFC面臨技術(shù)難度較大，價(jià)格可能比MCFC高。示范業(yè)績(jī)證明SOFC是未來化石燃料發(fā)電技術(shù)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?xì)廨喗Y(jié)合組成聯(lián)合循環(huán)發(fā)電的示范，將使SOFC的優(yōu)越性進(jìn)一步得到體現(xiàn)。

(5)PEFC：PEPC的運(yùn)行溫度較低(約80℃)，它的啟動(dòng)時(shí)間很短，在幾分鐘內(nèi)可達(dá)到滿負(fù)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(duì)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(zhì)燃料電池相比，它具有壽命長(zhǎng)，運(yùn)行可靠的特點(diǎn)。PEFC是理想的可移動(dòng)電源，是電動(dòng)汽車、潛艇、航天器等移動(dòng)工具電源的理想選擇之一。目前，在移動(dòng)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(chǎng)，不適合做大容量中心電站。

5 結(jié)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(shù)，應(yīng)綜合考慮以下幾點(diǎn)：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(shù)的先進(jìn)性及商業(yè)化進(jìn)程;運(yùn)行的可靠性和壽命;降低造價(jià)的潛力;國內(nèi)的基礎(chǔ)。綜合考慮以上幾點(diǎn)，對(duì)適合于我國電力系統(tǒng)發(fā)展的燃料電池發(fā)電技術(shù)，提出以下幾點(diǎn)選擇意見

(1)優(yōu)先發(fā)展高溫燃料電池發(fā)電技術(shù)。即選擇MCFC和SOFC為我國電力系統(tǒng)燃料電池發(fā)電技術(shù)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>

(2)MCFC和SOFC各有特點(diǎn)，都存在許多問題，尚未商業(yè)化。若考慮技術(shù)難度和成熟程度以及商業(yè)化的進(jìn)程，對(duì)于MCFC，應(yīng)走引進(jìn)、消化吸收、研究創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化的技術(shù)路線，并盡快投入商業(yè)應(yīng)用：對(duì)于SOFC，應(yīng)立足于自主開發(fā)，走創(chuàng)新和跨越式發(fā)展的技術(shù)發(fā)展路線。

(3) 隨著氫能技術(shù)的發(fā)展，PEFC在移動(dòng)電源、分散電源、應(yīng)急電源、家庭電源等方面具有一定優(yōu)勢(shì)和的市場(chǎng)潛力，國家電力公司應(yīng)密切跟蹤研究。

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

參考文獻(xiàn)

[1] 許世森，朱寶田等，在我國電力系統(tǒng)發(fā)展的燃料電池發(fā)電的技術(shù)路線和實(shí)施方案研究， 國家電力公司熱工研究院，1999.12