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发达国家燃料电池发电技术开发现状

发布时间:2021-07-15 17:53      发布人:handler  浏览量:198

1.磷酸型燃料电池(PAFC)

  PAFC技术开发的现状与动向:

  日本自实施月光计划以来,作为国家级项目,正在实施5000千瓦级加压型和1000千瓦级常压型电厂实证运行。目前,磷酸型燃料电池的发电效率为30%~40%,如果将热利用考虑进去,综合效率可高达60%~80%。

  除日本外,目前世界约有60台PAFC发电设备在运转,总输出功率约为4.1万千瓦。按国别和地区划分日本为2.9万千瓦,美国8000千瓦,欧洲3000千瓦,亚洲900千瓦。运转中的发电设备除3台(日本2台,意大利1台)为加压型外,其他均为常压型。磷酸型燃料电池的制造厂家目前主要为日本和美国,设备主要销往欧洲和亚洲。

  美国已完成基础研究,200千瓦级电厂用电池近期有望商品化,但大容量电厂用电池处于停滞状态。德国已引进美国200千瓦级电厂用电池进行试验运行。另外,瑞典、意大利、瑞士等国也引进日、美的电池进行试运行。

  2.熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC)

  日本对MCFC发电系统的技术开发始于1981年度的月光计划,该计划围绕开发1千瓦级发电机组这个目标展开了对MCFC燃料、电极等的开发。该开发研究进展顺利,从1984年开始,进而对10千瓦级发电机组进行研究开发。1986年,日立、东芝、富士电机、三菱电机、IHI分别对5台10千瓦级机组进行发电试验,其结果是输出功率为10千瓦,初期性能为电池电压0.75伏,电流密度150毫安/平方厘米。

  1987年起,日本在对1000千瓦级实验电场(外部改质型)进行主要开发的同时,对100千瓦级发电机组以及1000千瓦级机组的外围设备的开发研究也取得了进展。1993年度,日立、IHI的2台100千瓦级外部改质型机组和三菱电机的1台30千瓦级内部改质型机组开始试验发电运行。其试验结果以及1994年度进行的5-25千瓦级机组的试验结果表明,电池电压0.8伏,电流密度达15毫安/平方厘米,单位时间内的劣化率小于1%。

  在此基础上,1994年度起开始着手开发1000千瓦级试验工厂。1995年10月在中部电力(株)川越发电所开始建厂,确立了1000千瓦级实用化发电系统试验工厂的基本系统,对现有的事业用燃料电池电厂的运行进行评价,计划1999年开始试验运行,其目标为:燃料利用率为80%,千小时电池的劣化率小于1%,初期性能为:电池电压大于0.8伏,电流密度1500毫安/平方厘米,计划试验运行5000小时。

  为使电池实用化,在上述研究开发的基础上,还进行了机组长寿命化研究,计划连续实验运行4万小时,每千小时单位劣化率小于0.25%。除此之外,还在开发200千瓦级内部改质型燃料电池发电系统。

  美国能源部和美国电力研究所,正在积极开发MCFC。美国ERC公司开发的2兆瓦级内部改质型机组发电系统于1996年5月在圣克拉拉开始试验运行。MC-power公司开发的250千瓦级外部改质型机组发电系统,1997年2月起在圣迭戈开始试运行。

  在欧洲,MCFC作为共同项目正在研究开发,取得了一些进展,其主要项目如下:

  ①高级DIC-MCFC发展计划(1996-1998年)。

  荷兰、英、法、瑞典等国参加研究,欧洲在市场分析、系统开发以及内部改质型机组的开发等方面取得进展。

  ②ARGE项目(1990年起计划10年内完成)。德、丹麦参加,并在内部改质型发电系统的开发上取得进展。

  ③MOLCARE。由意、西班牙参加,并在外部改质型发电系统开发上取得进展。

  韩国从1993年起开始开发MCFC,1997年以开发100千瓦外部改质型发电系统为目标,开始了第二阶段研究开发工作。

  3.固体电解质型燃料电池(SOFC)

  作为SOFC开发的基础科学离子学,其开发历史很长,日、美、德等国已有30多年的开发史。日本工业技术院电子技术综合研究所从1974年起就开始研究SOFC,1984年进行了500瓦发电试验(最大输出功率为1.2千瓦)。美国西屋公司从1960年起开始开发SOFC,1987年该公司与日本东京煤气、大阪煤气共同开发出3千瓦热自立型电池模块,在国内外掀起了开发SOFC的高潮。

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