W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(guó)IPC合作，于1993年在米蘭建了一座l00kwMCFC電廠，1996年投運(yùn)。德國(guó)正在開(kāi)發(fā)250kwMCFC。德國(guó)西門子公司于1998年收購(gòu)了美國(guó)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(kāi)發(fā)交通用PEFC的同時(shí)，目前也將PEFC應(yīng)用于固定電站，已建成250kwPEFC示范電站，目標(biāo)是在近幾年內(nèi)使250kw級(jí)PEPC商業(yè)化。澳大利亞在1993年一1997年，共投資3000萬(wàn)美元，研究開(kāi)發(fā)平板型SOFC，目前正在開(kāi)發(fā)(20一25)kwSOFC電池堆。韓國(guó)電力公司于1993年從日本購(gòu)進(jìn)一座200kwPAFC進(jìn)行示范運(yùn)行。

3．4國(guó)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(guó)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)：

美國(guó)在燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)方面始終處于世界領(lǐng)先地位。除了雄厚的財(cái)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(shù)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(shù)戰(zhàn)略”中，并大力投入資金和力量研究開(kāi)發(fā)；二是燃料電池技術(shù)提高到“國(guó)家能源安全并大力投入資金和力量研究開(kāi)發(fā)；二是將燃料電池技術(shù)提高到“國(guó)家能源安全關(guān)鍵技術(shù)”的戰(zhàn)略高度，DOD和DOE均投入資金研究開(kāi)發(fā)；三是對(duì)燃料電池的應(yīng)用前景充滿信心，希望能形成新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，給美國(guó)的經(jīng)濟(jì)注入新的活力，政府和企業(yè)共同投入資金研究開(kāi)發(fā)，力圖保持領(lǐng)先地位。

日本走的是一條通過(guò)與美國(guó)合作、引進(jìn)技術(shù)并消化吸收實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的路線，并在PAFC的商業(yè)化方面己超過(guò)了美國(guó)，在MCFC的研究開(kāi)發(fā)方面也接近美國(guó)。成功的重要經(jīng)驗(yàn)也是政府對(duì)燃料電池給予高度重視，先后列入了“月光計(jì)劃”和“新陽(yáng)光計(jì)劃”，大力投入研究開(kāi)發(fā)。另一條經(jīng)驗(yàn)是研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)和用戶聯(lián)合，組成從研究、開(kāi)發(fā)到商業(yè)應(yīng)用一體化集團(tuán)，既承擔(dān)研究開(kāi)發(fā)的風(fēng)險(xiǎn)，也享受成功的優(yōu)惠。

加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的經(jīng)驗(yàn)告訴我們：只要堅(jiān)定不移地進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，一個(gè)小公司也能在10—20年內(nèi)成為舉世矚目的燃料電池技術(shù)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(shù)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于美國(guó)和日本。主要原因是政府和企業(yè)對(duì)燃料電池發(fā)電技術(shù)重視不夠。目前，歐洲已經(jīng)意識(shí)到這一點(diǎn)，成立了—個(gè)燃料電池發(fā)電技術(shù)集團(tuán)，引進(jìn)美國(guó)、日本的技術(shù)，并進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)。

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(guò)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)猓羝?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(lái)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(wèn)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(lái)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(guó)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(guó)內(nèi)的基礎(chǔ)。綜合考慮以上幾點(diǎn)，對(duì)適合于我國(guó)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(jiàn)：

(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(guó)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(wèn)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(guó)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(kāi)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(guó)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(guó)家電力公司研究開(kāi)發(fā)的方向。

參考文獻(xiàn)

[1]許世森，朱寶田等，在我國(guó)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(guó)家電力公司熱工研究院，1999．12