| 是氫領(lǐng)導(dǎo)了經(jīng)濟(jì)發(fā)展嗎？不間斷電源，工業(yè)電池替代品，以及相關(guān)的控制措施俯拾皆是，答案不言而喻。 綠色電力倡議者正在展望氫氣時(shí)代的到來(lái)，在該時(shí)代，我們的能源需求都可以由這一結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單而含量極其豐富的物質(zhì)滿足。汽車將由它來(lái)驅(qū)動(dòng)，排出的尾氣卻只有水蒸氣。每個(gè)家庭將擁有自己的燃料電池發(fā)電廠。排放溫室氣體污染物的集中燃煤鍋爐將會(huì)消失，分布熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)將會(huì)得到更大的發(fā)展。這是科學(xué)幻想嗎？目前來(lái)看，是的。但固定式工業(yè)燃料電池（在能源供應(yīng)方面）已經(jīng)擁有一席之地。大大小小的燃料電池技術(shù)需求內(nèi)含于儀表和電力控制中；包括電池替代品，不間斷電源（UPS），以及交流或直流電源的應(yīng)用。未來(lái)的工廠能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電嗎？
燃料電池是一種與電池原理相似的電化學(xué)裝置，不同之處是，只要燃料供應(yīng)不斷，燃料電池內(nèi)的化學(xué)反應(yīng)就能重復(fù)發(fā)生并連續(xù)產(chǎn)生電流。氫氣乃是多種燃料電池技術(shù)中的主要燃料（附：燃料電池工作原理介紹）。反應(yīng)物氫氣（或其他氣體燃料）和大氣中的氧氣被輸入后發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電流，并排出熱量和水蒸氣。根據(jù)燃料的不同可能會(huì)產(chǎn)生二氧化碳，但正常反應(yīng)下并不會(huì)燃燒出火焰。產(chǎn)生的直流電根據(jù)電網(wǎng)以及工業(yè)的需求被轉(zhuǎn)換成交流電。（燃料電池）系統(tǒng)通常還包含一個(gè)內(nèi)部緩沖組件，如超級(jí)電容組，以便協(xié)助處理突發(fā)性的需求變化。據(jù)用戶所說(shuō)，燃料電池的工作過(guò)程是“計(jì)算機(jī)級(jí)”的，幾乎沒(méi)有電氣噪音。
圖：Sierra Nevada Brewing 公司的電力供應(yīng)來(lái)自其安裝的一臺(tái)1MW 的MCFC電池，而其燃料大多來(lái)自其廢水處理設(shè)施。 燃料電池中燃料反應(yīng)產(chǎn)生的有效能量比任何一種燃燒過(guò)程都高，尤其是廢熱可被再利用。大型固定式電廠的單機(jī)發(fā)電效率可達(dá)60%，通過(guò)運(yùn)用熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)（CHP）發(fā)電效率更可達(dá)85%。相比之下，臨界燃煤鍋爐和天然氣聯(lián)合循環(huán)電廠的發(fā)電效率分別為35%和50%。燃料電池也是可移動(dòng)式的，因此無(wú)需為了獲得更高的發(fā)電效率而追求更大的電廠規(guī)模，分布式發(fā)電完全可行。
燃料電池的問(wèn)題在于它的初始成本。從操作的角度看，相比其他熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，燃料電池優(yōu)勢(shì)明顯。但是加上資本投入的砝碼，天平就將向傳統(tǒng)的發(fā)電技術(shù)傾斜。在現(xiàn)有技術(shù)條件下，相對(duì)于當(dāng)前的天然氣價(jià)格水平，燃料電池的使用壽命成本高高在上。磷酸燃料電池（PAFC）總的壽命成本是0.18-0.20美元/千瓦時(shí)，設(shè)計(jì)更簡(jiǎn)潔效率更高的熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）總的壽命成本則是0.15-0.17美元/千瓦時(shí)。相比而言，微型燃?xì)廨啓C(jī)的成本是0.14美元/千瓦時(shí)，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)的成本是0.10-0.12美元/千瓦時(shí)。到目前為止燃料電池的使用不是出于示范目的就是依靠補(bǔ)貼，才能克服其高昂成本。戴維保羅，UTC Power公司的營(yíng)銷部經(jīng)理表示很期待著燃料電池的美好未來(lái)。“燃料電池技術(shù)已經(jīng)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)發(fā)電技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)包括其低噪音，低振動(dòng)和超低排放等。”他說(shuō)，“UTC Power公司正在積極開(kāi)發(fā)中的下一代燃料電池的使用壽命成本僅為目前產(chǎn)品的一半。”
盡管成本居高不下，與之相對(duì)的則是燃料電池的廣為看好的市場(chǎng)前景。據(jù)Fuel Cell Today——一個(gè)行業(yè)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)稱，2006年是燃料電池的使用創(chuàng)記錄的一年，全球燃料電池新裝機(jī)容量超過(guò)了18兆瓦。在超過(guò)100兆瓦的全球總裝機(jī)容量中半數(shù)以上安裝在北美地區(qū)。然而，單個(gè)中型燃煤發(fā)電廠的容量大約是600兆瓦，因此，固定式燃料電池發(fā)電量仍是發(fā)電系統(tǒng)這塊大餅上很小的一個(gè)薄片。
燃料電池應(yīng)該用于何處？
燃料電池一個(gè)最大的優(yōu)點(diǎn)是可靠性。只要有可靠的燃料供應(yīng)，單個(gè)電池的有效性能可達(dá)到并超過(guò)99%。在必須使用不間斷供電的情況下，燃料電池技術(shù)很具吸引力，比如電話交換，關(guān)鍵的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，以及類似的領(lǐng)域。同時(shí)請(qǐng)不要忘記了，大型燃料電池不必通過(guò)扳動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)啟動(dòng)，完全關(guān)閉的情況下一經(jīng)啟動(dòng)，電流就會(huì)迅速攀升到有效值并可持續(xù)數(shù)小時(shí)或數(shù)天，所以只要有需要，燃料電池就可以連續(xù)供電。此外，由于成本評(píng)估取決于發(fā)電效率，燃料電池通常是基荷負(fù)載發(fā)電，以充分利用自身的低發(fā)電成本。
對(duì)廢熱的再利用提高了（燃料電池的）經(jīng)濟(jì)效益。食品加工廠，釀酒廠，酒店，醫(yī)院和其他需要大量供應(yīng)熱水或蒸汽的工廠可以利用燃料電池產(chǎn)生的廢熱。即使辦公室及商業(yè)大廈也能將熱能導(dǎo)入到吸收式制冷機(jī)用于夏季空調(diào)制冷或者干脆用于冬季取暖。
使用低價(jià)或免費(fèi)燃料的電池可以節(jié)約成本提高效益。一些氯酸鹽生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品氫氣可被用做燃料。更為常見(jiàn)的燃料來(lái)源是廢水處理廠，農(nóng)業(yè)廢棄物，乳品加工，填埋氣體，釀酒廠等產(chǎn)生的ADG（厭氧氣體，主要是甲烷）。作為溫室氣體，甲烷的危害比二氧化碳強(qiáng)許多倍，因此將ADG經(jīng)處理后作為燃料的額外好處是能夠?qū)⑽廴疚镛D(zhuǎn)化為為能量來(lái)源。如果我們能將ADG回收起來(lái)的話，養(yǎng)豬場(chǎng)和污水處理廠有可能成為未來(lái)的主要電力來(lái)源。
已有一些國(guó)家和民族都開(kāi)始推動(dòng)燃料電池技術(shù)發(fā)展已解決能源短缺問(wèn)題�？的腋裰萦�(jì)劃在2008年前實(shí)現(xiàn)可再生燃料發(fā)電達(dá)到100兆瓦。除了太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電外，毫無(wú)疑問(wèn)也包括燃料電池發(fā)電。加州，韓國(guó)和日本也在積極籌劃建立采用可替代燃料的燃料電池以減少溫室氣體排放。這將成為燃料電池生產(chǎn)業(yè)追求產(chǎn)量和降低成本的強(qiáng)大動(dòng)力。
不同的技術(shù)，不同的燃料
大型固定式發(fā)電主要采用三種燃料電池技術(shù)。當(dāng)然還有其他許多燃料電池技術(shù)，比如用于發(fā)動(dòng)汽車，為掌上電腦供電方面的電池技術(shù)，這些似乎更受人們的關(guān)注，不過(guò)這些技術(shù)對(duì)分布式發(fā)電作用甚微。
在這三種技術(shù)中，PAFCs的供電時(shí)間幾乎是最長(zhǎng)的，它適用于固定式發(fā)電和大型交通工具。它們通常以純氫為燃料，純氫可通過(guò)單獨(dú)的氣體反應(yīng)階段由天然氣或ADG制得。PAFCs所需的工作溫度是這三種技術(shù)中最低的，為150-200攝氏度。低溫工作可以說(shuō)是一把雙刃劍。低溫能使反應(yīng)更快地啟動(dòng)起來(lái)，但同時(shí)需要昂貴的鉑催化劑參與反應(yīng)，而且反應(yīng)產(chǎn)生的低溫廢氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的比率也較MCFCs或者SOFCs低。。雖然PAFCs的直線電機(jī)發(fā)電的效率最低，但如廢熱可以被有效利用，其熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）的效率也可以與其他技術(shù)的不相上下。
MCFCs成為燃料電
池應(yīng)用的主流技術(shù)主要是因?yàn)樗鼈兛梢圆捎枚喾N物質(zhì)作為燃料，包括煤氣和碳的氧化物。MCFC工作溫度高（600-700攝氏度），所以不需要昂貴的催化劑，并且能在內(nèi)部進(jìn)行氣體反應(yīng)，產(chǎn)生燃料。其主要缺點(diǎn)是由于高溫及電解液腐蝕性導(dǎo)致電池使用壽命較短。希望通過(guò)對(duì)新材料和反應(yīng)過(guò)程的研究能顯著提高它們的壽命。
盡管目前SOFCs應(yīng)用最少，但卻越來(lái)越受歡迎。該電池的工作溫度最高，需要1000攝氏度，因此需要廣泛熱屏蔽，除固定式發(fā)電外幾乎無(wú)用武之地。其電解質(zhì)是一種固體耐高溫多孔陶瓷，不需要貴金屬催化劑。SOFCs也可以在內(nèi)部進(jìn)行氣體反應(yīng)，并且對(duì)于硫具有最大的耐腐蝕性，因此，研究者們期待將來(lái)能使用煤炭衍生物作其發(fā)電燃料。
燃料電池的應(yīng)用現(xiàn)狀
Verizon Communications公司在長(zhǎng)島區(qū)花園市創(chuàng)建了它的“未來(lái)中央辦公室”，內(nèi)部配備了燃料電池，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，廢熱回收和不間斷供電設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)Verizon的有線通訊功能，中央辦公室中安置了重要的電子開(kāi)關(guān)以及后備電源設(shè)備。設(shè)備要消耗掉大量的能量，也會(huì)產(chǎn)生很多廢熱。冷卻及空調(diào)系統(tǒng)耗能更多。位于花園市的辦公室是利用新技術(shù)探索提高效率和節(jié)約成本途徑的典型示范。292，000平方英尺的建筑群通常要用掉由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電組和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)共同提供的2.7兆瓦的電功率。由UTC Power公司采用PAFC技術(shù)設(shè)計(jì)燃料電池，單機(jī)容量為200千瓦。安裝電池后，花園市發(fā)電量高達(dá)1.4兆瓦成為了世界上最大的燃料電池工廠。Marine Interface公司總裁Eric Breen先生，是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，他回憶到，“該項(xiàng)目實(shí)際上源于2003年的大停電事件�！痹谀侵�，Verizon就希望成為最可靠的電信運(yùn)營(yíng)商。
去年夏天，Sierra Nevada Brewing Co.公司配備了1兆瓦的燃料電池發(fā)電廠，該燃料電池使用了以天然氣為燃料的MCFCs技術(shù)，由FuelCell Energy公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)安裝。這一系統(tǒng)除滿足公司正常需求外甚至還能向電網(wǎng)輸送電力。它原先僅以天然氣為燃料，現(xiàn)在通過(guò)內(nèi)部廢水處理過(guò)程從廢物中提取的ADG也可滿足25%-40%的燃料需求。這一簡(jiǎn)單的過(guò)程提供了廉價(jià)的甲烷，并使它從潛在的污染物變廢為寶。“通過(guò)將燃料電池工廠的燃料來(lái)源轉(zhuǎn)變?yōu)锳DG，我們向著公司的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)又邁進(jìn)了一步，而且降低了能源和廢物處理成本。”Sierra Nevada Brewing Co.公司的Ken Grossman說(shuō)。此外，燃料電池輸出的熱能可以用來(lái)產(chǎn)生反應(yīng)所需蒸汽，否則，還需要從天然氣鍋爐獲取這些蒸汽。
未來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益
通過(guò)實(shí)際使用，燃料電池顯然已經(jīng)充分證明了自己的價(jià)值。唯一有待解決的就是經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。隨著生產(chǎn)商不斷研發(fā)出更新的方案，更好的材料，更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，新的燃料電池系統(tǒng)的初始成本無(wú)疑會(huì)下降。與之相對(duì)的是傳統(tǒng)發(fā)電所需燃料價(jià)格則會(huì)不斷上漲。這兩種趨勢(shì)將會(huì)共同提升燃料電池技術(shù)的吸引力。燃料電池在汽車領(lǐng)域的推廣應(yīng)用可能因氫氣分布和管理問(wèn)題而滯后，不過(guò)隨著燃料種類更加廣泛——從煤炭到沼氣，規(guī)模更大的固定式燃料電池電站短期內(nèi)便會(huì)越來(lái)越具魅力。
隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部格局也會(huì)發(fā)生震動(dòng)。技術(shù)不斷推陳出新，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，優(yōu)勝劣汰，適者生存。，然而，但目前為止，各公司仍處于市場(chǎng)開(kāi)辟階段。
FuelCell Energy公司銷售和市場(chǎng)副總裁Bruce Ludemann先生認(rèn)為燃料電池成本將繼續(xù)下降�！半S著技術(shù)的不斷提高，成本也會(huì)繼續(xù)下降”，他說(shuō)，“道理很簡(jiǎn)單：成本走低，銷量才能大漲，競(jìng)爭(zhēng)力同時(shí)得到加強(qiáng)�！�
UTC Power，曾經(jīng)參與阿波羅登月題。康涅狄格州計(jì)劃在2008年前實(shí)現(xiàn)可再生燃料發(fā)電達(dá)到100兆瓦。除了太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電外，毫無(wú)疑問(wèn)也包括燃料電池發(fā)電。加州，韓國(guó)和日本也在積極籌劃建立采用可替代燃料的燃料電池以減少溫室氣體排放。這將成為燃料電池生產(chǎn)業(yè)追求產(chǎn)量和降低成本的強(qiáng)大動(dòng)力。
不同的技術(shù)，不同的燃料
大型固定式發(fā)電主要采用三種燃料電池技術(shù)。當(dāng)然還有其他許多燃料電池技術(shù)，比如用于發(fā)動(dòng)汽車，為掌上電腦供電方面的電池技術(shù)，這些似乎更受人們的關(guān)注，不過(guò)這些技術(shù)對(duì)分布式發(fā)電作用甚微。
在這三種技術(shù)中，PAFCs的供電時(shí)間幾乎是最長(zhǎng)的，它適用于固定式發(fā)電和大型交通工具。它們通常以純氫為燃料，純氫可通過(guò)單獨(dú)的氣體反應(yīng)階段由天然氣或ADG制得。PAFCs所需的工作溫度是這三種技術(shù)中最低的，為150-200攝氏度。低溫工作可以說(shuō)是一把雙刃劍。低溫能使反應(yīng)更快地啟動(dòng)起來(lái)，但同時(shí)需要昂貴的鉑催化劑參與反應(yīng)，而且反應(yīng)產(chǎn)生的低溫廢氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的比率也較MCFCs或者SOFCs低。。雖然PAFCs的直線電機(jī)發(fā)電的效率最低，但如廢熱可以被有效利用，其熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）的效率也可以與其他技術(shù)的不相上下。
MCFCs成為燃料電
池應(yīng)用的主流技術(shù)主要是因?yàn)樗鼈兛梢圆捎枚喾N物質(zhì)作為燃料，包括煤氣和碳的氧化物。MCFC工作溫度高（600-700攝氏度），所以不需要昂貴的催化劑，并且能在內(nèi)部進(jìn)行氣體反應(yīng)，產(chǎn)生燃料。其主要缺點(diǎn)是由于高溫及電解液腐蝕性導(dǎo)致電池使用壽命較短。希望通過(guò)對(duì)新材料和反應(yīng)過(guò)程的研究能顯著提高它們的壽命。
盡管目前SOFCs應(yīng)用最少，但卻越來(lái)越受歡迎。該電池的工作溫度最高，需要1000攝氏度，因此需要廣泛熱屏蔽，除固定式發(fā)電外幾乎無(wú)用武之地。其電解質(zhì)是一種固體耐高溫多孔陶瓷，不需要貴金屬催化劑。SOFCs也可以在內(nèi)部進(jìn)行氣體反應(yīng)，并且對(duì)于硫具有最大的耐腐蝕性，因此，研究者們期待將來(lái)能使用煤炭衍生物作其發(fā)電燃料。
燃料電池的應(yīng)用現(xiàn)狀
Verizon Communications公司在長(zhǎng)島區(qū)花園市創(chuàng)建了它的“未來(lái)中央辦公室”，內(nèi)部配備了燃料電池，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，廢熱回收和不間斷供電設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)Verizon的有線通訊功能，中央辦公室中安置了重要的電子開(kāi)關(guān)以及后備電源設(shè)備。設(shè)備要消耗掉大量的能量，也會(huì)產(chǎn)生很多廢熱。冷卻及空調(diào)系統(tǒng)耗能更多。位于花園市的辦公室是利用新技術(shù)探索提高效率和節(jié)約成本途徑的典型示范。292，000平方英尺的建筑群通常要用掉由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電組和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)共同提供的2.7兆瓦的電功率。由UTC Power公司采用PAFC技術(shù)設(shè)計(jì)燃料電池，單機(jī)容量為200千瓦。安裝電池后，花園市發(fā)電量高達(dá)1.4兆瓦成為了世界上最大的燃料電池工廠。Marine Interface公司總裁Eric Breen先生，是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，他回憶到，“該項(xiàng)目實(shí)際上源于2003年的大停電事件�！痹谀侵�，Verizon就希望成為最可靠的電信運(yùn)營(yíng)商。
去年夏天，Sierra Nevada Brewing Co.公司配備了1兆瓦的燃料電池發(fā)電廠，該燃料電池使用了以天然氣為燃料的MCFCs技術(shù)，由FuelCell Energy公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)安裝。這一系統(tǒng)除滿足公司正常需求外甚至還能向電網(wǎng)輸送電力。它原先僅以天然氣為燃料，現(xiàn)在通過(guò)內(nèi)部廢水處理過(guò)程從廢物中提取的ADG也可滿足25%-40%的燃料需求。這一簡(jiǎn)單的過(guò)程提供了廉價(jià)的甲烷，并使它從潛在的污染物變廢為寶�！巴ㄟ^(guò)將燃料電池工廠的燃料來(lái)源轉(zhuǎn)變?yōu)锳DG，我們向著公司的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)又邁進(jìn)了一步，而且降低了能源和廢物處理成本�！盨ierra Nevada Brewing Co.公司的Ken Grossman說(shuō)。此外，燃料電池輸出的熱能可以用來(lái)產(chǎn)生反應(yīng)所需蒸汽，否則，還需要從天然氣鍋爐獲取這些蒸汽。
未來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益
通過(guò)實(shí)際使用，燃料電池顯然已經(jīng)充分證明了自己的價(jià)值。唯一有待解決的就是經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。隨著生產(chǎn)商不斷研發(fā)出更新的方案，更好的材料，更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，新的燃料電池系統(tǒng)的初始成本無(wú)疑會(huì)下降。與之相對(duì)的是傳統(tǒng)發(fā)電所需燃料價(jià)格則會(huì)不斷上漲。這兩種趨勢(shì)將會(huì)共同提升燃料電池技術(shù)的吸引力。燃料電池在汽車領(lǐng)域的推廣應(yīng)用可能因氫氣分布和管理問(wèn)題而滯后，不過(guò)隨著燃料種類更加廣泛——從煤炭到沼氣，規(guī)模更大的固定式燃料電池電站短期內(nèi)便會(huì)越來(lái)越具魅力。
隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部格局也會(huì)發(fā)生震動(dòng)。技術(shù)不斷推陳出新，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，優(yōu)勝劣汰，適者生存。，然而，但目前為止，各公司仍處于市場(chǎng)開(kāi)辟階段。
FuelCell Energy公司銷售和市場(chǎng)副總裁Bruce Ludemann先生認(rèn)為燃料電池成本將繼續(xù)下降�！半S著技術(shù)的不斷提高，成本也會(huì)繼續(xù)下降”，他說(shuō)，“道理很簡(jiǎn)單：成本走低，銷量才能大漲，競(jìng)爭(zhēng)力同時(shí)得到加強(qiáng)�！�
UTC Power，曾經(jīng)參與阿波羅登月題�？的腋裰萦�(jì)劃在2008年前實(shí)現(xiàn)可再生燃料發(fā)電達(dá)到100兆瓦。除了太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電外，毫無(wú)疑問(wèn)也包括燃料電池發(fā)電。加州，韓國(guó)和日本也在積極籌劃建立采用可替代燃料的燃料電池以減少溫室氣體排放。這將成為燃料電池生產(chǎn)業(yè)追求產(chǎn)量和降低成本的強(qiáng)大動(dòng)力。
不同的技術(shù)，不同的燃料
大型固定式發(fā)電主要采用三種燃料電池技術(shù)。當(dāng)然還有其他許多燃料電池技術(shù)，比如用于發(fā)動(dòng)汽車，為掌上電腦供電方面的電池技術(shù)，這些似乎更受人們的關(guān)注，不過(guò)這些技術(shù)對(duì)分布式發(fā)電作用甚微。
在這三種技術(shù)中，PAFCs的供電時(shí)間幾乎是最長(zhǎng)的，它適用于固定式發(fā)電和大型交通工具。它們通常以純氫為燃料，純氫可通過(guò)單獨(dú)的氣體反應(yīng)階段由天然氣或ADG制得。PAFCs所需的工作溫度是這三種技術(shù)中最低的，為150-200攝氏度。低溫工作可以說(shuō)是一把雙刃劍。低溫能使反應(yīng)更快地啟動(dòng)起來(lái)，但同時(shí)需要昂貴的鉑催化劑參與反應(yīng)，而且反應(yīng)產(chǎn)生的低溫廢氣用于熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)的比率也較MCFCs或者SOFCs低。。雖然PAFCs的直線電機(jī)發(fā)電的效率最低，但如廢熱可以被有效利用，其熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）的效率也可以與其他技術(shù)的不相上下。
MCFCs成為燃料電
池應(yīng)用的主流技術(shù)主要是因?yàn)樗鼈兛梢圆捎枚喾N物質(zhì)作為燃料，包括煤氣和碳的氧化物。MCFC工作溫度高（600-700攝氏度），所以不需要昂貴的催化劑，并且能在內(nèi)部進(jìn)行氣體反應(yīng)，產(chǎn)生燃料。其主要缺點(diǎn)是由于高溫及電解液腐蝕性導(dǎo)致電池使用壽命較短。希望通過(guò)對(duì)新材料和反應(yīng)過(guò)程的研究能顯著提高它們的壽命。
盡管目前SOFCs應(yīng)用最少，但卻越來(lái)越受歡迎。該電池的工作溫度最高，需要1000攝氏度，因此需要廣泛熱屏蔽，除固定式發(fā)電外幾乎無(wú)用武之地。其電解質(zhì)是一種固體耐高溫多孔陶瓷，不需要貴金屬催化劑。SOFCs也可以在內(nèi)部進(jìn)行氣體反應(yīng)，并且對(duì)于硫具有最大的耐腐蝕性，因此，研究者們期待將來(lái)能使用煤炭衍生物作其發(fā)電燃料。
燃料電池的應(yīng)用現(xiàn)狀
Verizon Communications公司在長(zhǎng)島區(qū)花園市創(chuàng)建了它的“未來(lái)中央辦公室”，內(nèi)部配備了燃料電池，內(nèi)燃發(fā)電機(jī)組，廢熱回收和不間斷供電設(shè)備。為實(shí)現(xiàn)Verizon的有線通訊功能，中央辦公室中安置了重要的電子開(kāi)關(guān)以及后備電源設(shè)備。設(shè)備要消耗掉大量的能量，也會(huì)產(chǎn)生很多廢熱。冷卻及空調(diào)系統(tǒng)耗能更多。位于花園市的辦公室是利用新技術(shù)探索提高效率和節(jié)約成本途徑的典型示范。292，000平方英尺的建筑群通常要用掉由現(xiàn)場(chǎng)發(fā)電組和當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)共同提供的2.7兆瓦的電功率。由UTC Power公司采用PAFC技術(shù)設(shè)計(jì)燃料電池，單機(jī)容量為200千瓦。安裝電池后，花園市發(fā)電量高達(dá)1.4兆瓦成為了世界上最大的燃料電池工廠。Marine Interface公司總裁Eric Breen先生，是該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者，他回憶到，“該項(xiàng)目實(shí)際上源于2003年的大停電事件。”在那之后，Verizon就希望成為最可靠的電信運(yùn)營(yíng)商。
去年夏天，Sierra Nevada Brewing Co.公司配備了1兆瓦的燃料電池發(fā)電廠，該燃料電池使用了以天然氣為燃料的MCFCs技術(shù)，由FuelCell Energy公司負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)安裝。這一系統(tǒng)除滿足公司正常需求外甚至還能向電網(wǎng)輸送電力。它原先僅以天然氣為燃料，現(xiàn)在通過(guò)內(nèi)部廢水處理過(guò)程從廢物中提取的ADG也可滿足25%-40%的燃料需求。這一簡(jiǎn)單的過(guò)程提供了廉價(jià)的甲烷，并使它從潛在的污染物變廢為寶�！巴ㄟ^(guò)將燃料電池工廠的燃料來(lái)源轉(zhuǎn)變?yōu)锳DG，我們向著公司的可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)又邁進(jìn)了一步，而且降低了能源和廢物處理成本�！盨ierra Nevada Brewing Co.公司的Ken Grossman說(shuō)。此外，燃料電池輸出的熱能可以用來(lái)產(chǎn)生反應(yīng)所需蒸汽，否則，還需要從天然氣鍋爐獲取這些蒸汽。
未來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益
通過(guò)實(shí)際使用，燃料電池顯然已經(jīng)充分證明了自己的價(jià)值。唯一有待解決的就是經(jīng)濟(jì)效益問(wèn)題。隨著生產(chǎn)商不斷研發(fā)出更新的方案，更好的材料，更先進(jìn)的生產(chǎn)技術(shù)，新的燃料電池系統(tǒng)的初始成本無(wú)疑會(huì)下降。與之相對(duì)的是傳統(tǒng)發(fā)電所需燃料價(jià)格則會(huì)不斷上漲。這兩種趨勢(shì)將會(huì)共同提升燃料電池技術(shù)的吸引力。燃料電池在汽車領(lǐng)域的推廣應(yīng)用可能因氫氣分布和管理問(wèn)題而滯后，不過(guò)隨著燃料種類更加廣泛——從煤炭到沼氣，規(guī)模更大的固定式燃料電池電站短期內(nèi)便會(huì)越來(lái)越具魅力。
隨著燃料電池技術(shù)的發(fā)展，行業(yè)內(nèi)部格局也會(huì)發(fā)生震動(dòng)。技術(shù)不斷推陳出新，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇，優(yōu)勝劣汰，適者生存。，然而，但目前為止，各公司仍處于市場(chǎng)開(kāi)辟階段。
FuelCell Energy公司銷售和市場(chǎng)副總裁Bruce Ludemann先生認(rèn)為燃料電池成本將繼續(xù)下降�！半S著技術(shù)的不斷提高，成本也會(huì)繼續(xù)下降”，他說(shuō)，“道理很簡(jiǎn)單：成本走低，銷量才能大漲，競(jìng)爭(zhēng)力同時(shí)得到加強(qiáng)�！�
UTC Power，曾經(jīng)參與阿波羅登月任務(wù)，而現(xiàn)今正致力于燃料電池的開(kāi)發(fā)�！肮緢�(jiān)信未來(lái)燃料電池技術(shù)的發(fā)展，”保羅說(shuō)�！拔覀儗�(duì)固定式電站和電力輸送這兩大市場(chǎng)的開(kāi)拓持同樣樂(lè)觀的態(tài)度。我們將精神抖擻的去迎接燃料電池的美好未來(lái)。” 燃料電池工作原理介紹
燃料電池的結(jié)構(gòu)與干電池的相似，包含電解質(zhì)以及被電解質(zhì)隔開(kāi)的正負(fù)電極。整個(gè)燃料電池系統(tǒng)還需要溫度傳感器，控制器，執(zhí)行器（閥門(mén)），網(wǎng)絡(luò)部署或其他通訊手段，通常與電源管理系統(tǒng)相連。工作時(shí)，消耗燃料，不消耗電極。電池的化學(xué)組成決定了發(fā)電效率，工作溫度和所需燃料。
Control Engineering根據(jù)美國(guó)能源部提供的信息撰寫(xiě)。
PEMFC（聚合類質(zhì)子交換膜燃料電池）是最常見(jiàn)的以純氫和空氣為燃料的汽車燃料電池。這種電池具有效率高（60%），體積小，啟動(dòng)速度快，工作溫度低，價(jià)格昂貴和對(duì)燃料純度要求高的特性。改造后的PEMFC可以以甲醇為燃料，為小型電子裝置供電。PEMFC 功率較小（小于10 千瓦），主要用做計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的后備電源。
PAFC（磷酸燃料電池）以含于干聚四氟乙烯燒結(jié)碳化硅基質(zhì)中的液體磷酸作為電解質(zhì)。電極是帶有鉑催化劑的多孔碳。雖然該種電池的燃料是純氫，但少量碳的氧化物的存在也不會(huì)影響電池的正常工作，因此可以用改造后的化石燃料例如天然氣做其燃料。磷酸燃料電池技術(shù)業(yè)已成熟，它也是最早商業(yè)化的燃料電池技術(shù)。雖然PAFC 發(fā)電效率較低（40%），但其有效的廢熱再利用使這一劣勢(shì)得以減緩。
MCFC（熔融碳酸鹽燃料電池）采用懸浮在惰性陶瓷氧化鋁和氧化鋰混合基質(zhì)中的熔融碳酸鹽合劑（鋰、鈉和鉀）為電解質(zhì)。該電池工作在高溫下，因此電極不需攜帶貴金屬催化劑，也不需要外部氣體配置。這兩點(diǎn)特性降低了電池的總體成本。MCFC 的發(fā)電效率可達(dá)60%。
SOFC（固體氧化物燃料電池）采用堅(jiān)硬的非多孔陶瓷氧化鋯和少量氧化釔的混合物為電解質(zhì)。由于該種電池的工作溫度較高，因此無(wú)需貴金屬催化劑和外部氣體配置，但是在首次啟動(dòng)時(shí)需要一個(gè)很長(zhǎng)的預(yù)熱周期。雖然在總體上SOFC 仍屬于試驗(yàn)性質(zhì)，但其發(fā)電效率可達(dá)60%。
|
