燃料電池的歷史及發展的必要性

㈠ 燃料電池簡史是什麼

燃料電池歷史可以追溯到19世紀。1839年英國法官和科學家威廉·格羅夫（William Robert Grove）所進行的電解實驗，即使用電將水分解成氫和氧，後來被人們稱為燃料電池。

從格羅夫第一次進行燃料電池的實驗到現在，人們對燃料電池的研究已有160多年的歷史。1889年，英國人Ludwig Mond和Charles Langer兩位化學家試圖用空氣和工業煤氣製造一個實用的能提供電能的裝置，「燃料電池」一詞也就隨著他們的發明而誕生了。20世紀初，W.H.Nernst和F.Haber對碳的直接氧化式燃料電池進行了許多研究。20世紀中葉以來，燃料電池的研究得到迅速發展。20世紀50年代末，英國劍橋大學的培根（Bacon）教授用高壓氫、氧氣體演示了功率為5千瓦的燃料電池，工作溫度為150℃。隨後建造了一個6千瓦高壓氫氧燃料電池的發電裝置。進入60年代，由美國通用電器公司（GE）把該系統加以發展，成功地給阿波羅（Appollo）等登月飛船提供電力。除了用於航天工業，在地面實用燃料電池電站的研究中，幾兆瓦級的磷酸燃料電池的發電裝置已經研製成功，在日本東京灣附近已建成一套示範性裝置。200多台燃料電池電站在世界各地運行。日本首相成為燃料電池轎車的第一位顧客；聯邦快遞公司用燃料電池汽車忙碌奔波於東京街頭；燃料電池公共汽車在歐美十幾個城市進行預商業化示範；全世界人通過互聯網看到美國總統布希試用燃料電池手機；美國士兵配備著移動式燃料電池在伊拉克作戰；德國的燃料電池潛艇在水下悄無聲息地游弋。可見燃料電池已受到了普遍的關注，而且它在很多領域都發揮著較大的優勢和作用。

㈡ 燃料電池的發展和應用

編輯本段國際發展狀況
燃料電池
發達國家都將大型燃料電池的開發作為重點研究項目，企業界也紛紛斥以巨資，從事燃料電池技術的研究與開發，現在已取得了許多重要成果，使得燃料電池即將取代傳統發電機及內燃機而廣泛應用於發電及汽車上。值得注意的是這種重要的新型發電方式可以大大降低空氣污染及解決電力供應、電網調峰問題，2MW、4.5MW、11MW成套燃料電池發電設備已進入商業化生產，各等級的燃料電池發電廠相繼在一些發達國家建成。燃料電池的發展創新將如百年前內燃機技術突破取代人力造成工業革命，也像電腦的發明普及取代人力的運算繪圖及文書處理的電腦革命，又如網路通訊的發展改變了人們生活習慣的信息革命。燃料電池的高效率、無污染、建設周期短、易維護以及低成本的潛能將引爆21世紀新能源與環保的綠色革命。如今，在北美、日本和歐洲，燃料電池發電正以急起直追的勢頭快步進入工業化規模應用的階段，將成為21世紀繼火電、水電、核電後的第四代發電方式。燃料電池技術在國外的迅猛發展必須引起我們的足夠重視，現在它已是能源、電力行業不得不正視的課題。 磷酸型燃料電池(PAFC) 燃料電池
受1973年世界性石油危機以及美國PAFC研發的影響，日本決定開發各種類型的燃料電池，PAFC作為大型節能發電技術由新能源產業技術開發機構（NEDO）進行開發。自1981年起，進行了1000kW現場型PAFC發電裝置的研究和開發。1986年又開展了200kW現場性發電裝置的開發，以適用於邊遠地區或商業用的PAFC發電裝置。 富士電機公司是目前日本最大的PAFC電池堆供應商。截至1992年，該公司已向國內外供應了17套PAFC示範裝置，富士電機在1997年3月完成了分散型5MW設備的運行研究。作為現場用設備已有50kW、100kW及500kW總計88種設備投入使用。下表所示為富士電機公司已交貨的發電裝置運行情況，到1998年止有的已超過了目標壽命4萬小時。 東芝公司從70年代後半期開始，以分散型燃料電池為中心進行開發以後，將分散電源用11MW機以及200kW機形成了系列化。11MW機是世界上最大的燃料電池發電設備，從1989年開始在東京電力公司五井火電站內建造，1991年3月初發電成功後，直到1996年5月進行了5年多現場試驗，累計運行時間超過2萬小時，在額定運行情況下實現發電效率43.6%。在小型現場燃料電池領域，1990年東芝和美國IFC公司為使現場用燃料電池商業化，成立了ONSI公司，以後開始向全世界銷售現場型200kW設備"PC25"系列。PC25系列燃料電池從1991年末運行，到1998年4月，共向世界銷售了174台。其中安裝在美國某公司的一台機和安裝在日本大阪梅田中心的大阪煤氣公司2號機，累計運行時間相繼突破了4萬小時。從燃料電池的壽命和可靠性方面來看，累計運行時間4萬h是燃料電池的長遠目標。東芝ONSI已完成了正式商用機PC25C型的開發，早已投放市場。PC25C型作為21世紀新能源先鋒獲得日本通商產業大獎。從燃料電池商業化出發，該設備被評價為具有高先進性、可靠性以及優越的環境性設備。它的製造成本是$3000/kW，近期將推出的商業化PC25D型設備成本會降至$1500/kW，體積比PC25C型減少1/4，質量僅為14t。明年即2001年，在中國就將迎來第一座PC25C型燃料電池電站，它主要由日本的MITI（NEDO）資助的，這將是我國第一座燃料電池發電站。 PAFC作為一種中低溫型（工作溫度180-210℃）燃料電池，不但具有發電效率高、清潔、無噪音等特點，而且還可以熱水形式回收大部分熱量。下表給出先進的ONSI公司PC25C型200kWPAFC的主要技術指標。最初開發PAFC是為了控制發電廠的峰谷用電平衡，近來則側重於作為向公寓、購物中心、醫院、賓館等地方提供電和熱的現場集中電力系統。 PAFC用於發電廠包括兩種情形：分散型發電廠，容量在10-20MW之間，安裝在配電站；中心電站型發電廠，容量在100MW以上，可以作為中等規模熱電廠。PAFC電廠比起一般電廠具有如下優點：即使在發電負荷比較低時，依然保持高的發電效率；由於採用模塊結構，現場安裝簡單，省時，並且電廠擴容容易。 質子交換膜燃料電池(PEMFC) 著名的加拿大Ballard公司在PEMFC技術上全球領先，現在它的應用領域從交通工具到固定電站，其子公司BallardGenerationSystem被認為在開發、生產和市場化零排放質子交換膜燃料電池上處於世界領先地位。BallardGenerationSystem最初產品是250kW燃料電池電站，其基本構件是Ballard燃料電池，利用氫氣（由甲醇、天然氣或石油得到）、氧氣（由空氣得到）不燃燒地發電。Ballard公司正和世界許多著名公司合作以使BallardFuelCell商業化。BallardFuelCell已經用於固定發電廠：由BallardGenerationSystem，GPUInternationalInc.，AlstomSA和EBARA公司共同組建了BallardGenerationSystem，共同開發千瓦級以下的燃料電池發電廠。經過5年的開發，第一座250kW發電廠於1997年8月成功發電，1999年9月送至IndianaCinergy，經過周密測試、評估，並提高了設計的性能、降低了成本，這導致了第二座電廠的誕生，它安裝在柏林，250kW輸出功率，也是在歐洲的第一次測試。很快Ballard公司的第三座250kW電廠也在2000年9月安裝在瑞士進行現場測試，緊接著，在2000年10月通過它的夥伴EBARABallard將第四座燃料電池電廠安裝在日本的NTT公司，向亞洲開拓了市場。在不同地區進行的測試將大大促進燃料電池電站的商業化。第一個早期商業化電廠將在2001年底面市。下圖是安裝在美國Cinergy的Ballard燃料電池裝置，目前正在測試。 圖是安裝在柏林的250kW PEMFC燃料電池電站： 在美國，PlugPower公司是最大的質子交換膜燃料電池開發公司，他們的目標是開發、製造適合於居民和汽車用經濟型燃料電池系統。1997年，PlugPower模塊第一個成功地將汽油轉變為電力。最近，PlugPower公司開發出它的專利產品PlugPower7000居民家用分散型電源系統。商業產品在2001年初推出。家用燃料電池的推出將使核電站、燃氣發電站面臨挑戰，為了推廣這種產品，1999年2月，PlugPower公司和GEMicroGen成立了合資公司，產品改稱GEHomeGen7000，由GEMicroGen公司負責全球推廣。此產品將提供7kW的持續電力。GE/Plug公司宣稱其2001年初售價為$1500/kW。他們預計5年後，大量生產的燃料電池售價將降至$500/kW。假設有20萬戶家庭各安裝一個7kW的家用燃料電池發電裝置，其總和將接近一個核電機組的容量，這種分散型發電系統可用於尖峰用電的供給，又因分散式系統設計增加了電力的穩定性，即使少數出現了故障，但整個發電系統依然能正常運轉。 在Ballard公司的帶動下，許多汽車製造商參加了燃料電池車輛的研製，例如：Chrysler(克萊斯勒)、Ford(福特)、GM(通用)、Honda(本田)、Nissan(尼桑)、VolkswagenAG(大眾)和Volvo(富豪)等，它們許多正在使用的燃料電池都是由Ballard公司生產的，同時，它們也將大量的資金投入到燃料電池的研製當中，克萊斯勒公司最近給Ballard公司注入4億5千萬加元用於開發燃料電池汽車，大大的促進了PEMFC的發展。1997年，Toyota公司就製成了一輛RAV4型帶有甲醇重整器的跑車，它由一個25kW的燃料電池和輔助干電池一起提供了全部50kW的能量，最高時速可以達到125km/h，行程可達500km。目前這些大的汽車公司均有燃料電池開發計劃，雖然現在燃料電池汽車商業化的時機還未成熟，但幾家公司已確定了開始批量生產的時間表，Daimler-Benz公司宣布，到2004年將年產40000輛燃料電池汽車。因而未來十年，極有可能達到100000輛燃料電池汽車。 PEMFC是一種新型、有遠大前途的燃料電池，經過從80年代初到現在的近20年的發展，質子交換膜燃料電池起了翻天覆地的變化。這種變化從其膜電極的演變過程可見一斑。膜電極是PEMFC的電化學心臟，正是因為它的變化，才使得PEMFC呈現了今天的蓬勃生機。早期的膜電極是直接將鉑黑與起防水、粘結作用的Tefion微粒混合後熱壓到質子交換膜上製得的。Pt載量高達10mg/cm2。後來，為增加Pt的利用率，使用了Pt/C催化劑，但Pt的利用率仍非常低，直到80年代中期，PEMFC膜電極的Pt載量仍高達4mg/cm2。80年代中後期，美國LosAlamos國家實驗室（LANL）提出了一種新方法，採用Nafion質子交換聚合物溶液浸漬Pt/C多孔氣體擴散電極，再熱壓到質子交換膜上形成膜電極。此法大大提高了Pt的利用率，將膜電極的載鉑量降到了0.4mg/cm2。1992年，LANL對該法進行了改進，使膜電極的Pt載量進一步降低到0.13mg/cm2。1995年印度電化學能量研究中心（CEER）採用噴塗浸漬法製得了Pt載量為0.1mg/cm2的膜電極，性能良好。據報道，現在LANL試驗的一些單電池中，膜電極上鉑載量已降到0.05mg/cm2。膜電極上鉑載量的減少，直接可以使燃料電池的成本降低，這就為其商品化的實現准備了條件。 熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC) 50年代初，熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）由於其可以作為大規模民用發電裝置的前景而引起了世界范圍的重視。在這之後，MCFC發展的非常快，它在電池材料、工藝、結構等方面都得到了很大的改進，但電池的工作壽命並不理想。到了80年代，它已被作為第二代燃料電池，而成為近期實現兆瓦級商品化燃料電池電站的主要研究目標，研製速度日益加快。現在MCFC的主要研製者集中在美國、日本和西歐等國家。預計2002年將商品化生產。 美國能源部（DOE）去年已撥給固定式燃料電池電站的研究費用4420萬美元，而其中的2/3將用於MCFC的開發，1/3用於SOFC的開發。美國的MCFC技術開發一直主要由兩大公司承擔，ERC（EnergyResearchCorporation）（現為FuelCellEnergyInc.）和M-CPower公司。他們通過不同的方法建造MCFC堆。兩家公司都到了現場示範階段：ERC1996年已進行了一套設於加州聖克拉拉的2MW的MCFC電站的實證試驗，目前正在尋找3MW裝置試驗的地點。ERC的MCFC燃料電池在電池內部進行無燃氣的改質，而不需要單獨設置的改質器。根據試驗結果，ERC對電池進行了重新設計，將電池改成250kW單電池堆，而非原來的125kW堆，這樣可將3MW的MCFC安裝在0.1英畝的場地上，從而降低投資費用。ERC預計將以$1200/kW的設備費用提供3MW的裝置。這與小型燃氣渦輪發電裝置設備費用$1000/kW接近。但小型燃氣發電效率僅為30%，並且有廢氣排放和雜訊問題。與此同時，美國M-CPower公司已在加州聖迭戈的海軍航空站進行了250kW裝置的試驗，現在計劃在同一地點試驗改進75kW裝置。M-CPower公司正在研製500kW模塊，計劃2002年開始生產。 日本對MCFC的研究，自1981年"月光計劃"時開始，1991年後轉為重點，每年在燃料電池上的費用為12-15億美元，1990年政府追加2億美元，專門用於MCFC的研究。電池堆的功率1984年為1kW，1986年為10kW。日本同時研究內部轉化和外部轉化技術，1991年，30kW級間接內部轉化MCFC試運轉。1992年50-100kW級試運轉。1994年，分別由日立和石川島播磨重工完成兩個100kW、電極面積1m2，加壓外重整MCFC。另外由中部電力公司製造的1MW外重整MCFC正在川越火力發電廠安裝，預計以天然氣為燃料時，熱電效率大於45%，運行壽命大於5000h。由三菱電機與美國ERC合作研製的內重整30kWMCFC已運行了10000h。三洋公司也研製了30kW內重整MCFC。目前，石川島播磨重工有世界上最大面積的MCFC燃料電池堆，試驗壽命已達13000h。日本為了促進MCFC的開發研究，於1987年成立了MCFC研究協會，負責燃料電池堆運轉、電廠外圍設備和系統技術等方面的研究，現在它已聯合了14個單位成為日本研究開發主力。 歐洲早在1989年就制定了1個Joule計劃，目標是建立環境污染小、可分散安裝、功率為200MW的"第二代"電廠，包括MCFC、SOFC和PEMFC三種類型，它將任務分配到各國。進行MCFC研究的主要有荷蘭、義大利、德國、丹麥和西班牙。荷蘭對MCFC的研究從1986年已經開始，1989年已研製了1kW級電池堆，1992年對10kW級外部轉化型與1kW級內部轉化型電池堆進行試驗，1995年對煤制氣與天然氣為燃料的2個250kW系統進行試運轉。義大利於1986年開始執行MCFC國家研究計劃，1992-1994年研製50-100kW電池堆，義大利Ansodo與IFC簽定了有關MCFC技術的協議，已安裝一套單電池（面積1m2）自動化生產設備，年生產能力為2-3MW，可擴大到6-9MW。德國MBB公司於1992年完成10kW級外部轉化技術的研究開發，在ERC協助下，於1992年-1994年進行了100kW級與250kW級電池堆的製造與運轉試驗。現在MBB公司擁有世界上最大的280kW電池組體。 資料表明，MCFC與其他燃料電池比有著獨特優點： a．發電效率高比PAFC的發電效率還高； b．不需要昂貴的白金作催化劑，製造成本低； c．可以用CO作燃料； d．由於MCFC工作溫度600-1000℃，排出的氣體可用來取暖，也可與汽輪機聯合發電。若熱電聯產，效率可提高到80%； e．中小規模經濟性與幾種發電方式比較，當負載指數大於45%時，MCFC發電系統成本最低。與PAFC相比，雖然MCFC起始投資高，但PAFC的燃料費遠比MCFC高。當發電系統為中小規模分散型時，MCFC的經濟性更為突出； f．MCFC的結構比PAFC簡單。 固體氧化物燃料電池(SOFC) SOFC由用氧化釔穩定氧化鋯（YSZ）那樣的陶瓷給氧離子通電的電解質和由多孔質給電子通電的燃料和空氣極構成。空氣中的氧在空氣極/電解質界面被氧化，在空氣燃料之間氧的分差作用下，在電解質中向燃料極側移動，在燃料極電解質界面和燃料中的氫或一氧化碳反應，生成水蒸氣或二氧化碳，放出電子。電子通過外部迴路，再次返回空氣極，此時產生電能。 SOFC的特點如下： 由於是高溫動作（600-1000℃），通過設置底面循環，可以獲得超過60%效率的高效發電。 由於氧離子是在電解質中移動，所以也可以用CO、煤氣化的氣體作為燃料。 由於電池本體的構成材料全部是固體，所以沒有電解質的蒸發、流淌。另外，燃料極空氣極也沒有腐蝕。l動作溫度高，可以進行甲烷等內部改質。 與其他燃料電池比，發電系統簡單，可以期望從容量比較小的設備發展到大規模設備，具有廣泛用途。 在固定電站領域，SOFC明顯比PEMFC有優勢。SOFC很少需要對燃料處理，內部重整、內部熱集成、內部集合管使系統設計更為簡單，而且，SOFC與燃氣輪機及其他設備也很容易進行高效熱電聯產。下圖為西門子-西屋公司開發出的世界第一台SOFC和燃氣輪機混合發電站，它於2000年5月安裝在美國加州大學，功率220kW，發電效率58%。未來的SOFC/燃氣輪機發電效率將達到60-70%。 被稱為第三代燃料電池的SOFC正在積極的研製和開發中，它是正在興起的新型發電方式之一。美國是世界上最早研究SOFC的國家，而美國的西屋電氣公司所起的作用尤為重要，現已成為在SOFC研究方面最有權威的機構。 早在1962年，西屋電氣公司就以甲烷為燃料，在SOFC試驗裝置上獲得電流，並指出烴類燃料在SOFC內必須完成燃料的催化轉化與電化學反應兩個基礎過程，為SOFC的發展奠定了基礎。此後10年間，該公司與OCR機構協作，連接400個小圓筒型ZrO2-CaO電解質，試制100W電池，但此形式不便供大規模發電裝置應用。80年代後，為了開辟新能源，緩解石油資源緊缺而帶來的能源危機，SOFC研究得到蓬勃發展。西屋電氣公司將電化學氣相沉積技術應用於SOFC的電解質及電極薄膜制備過程，使電解質層厚度減至微米級，電池性能得到明顯提高，從而揭開了SOFC的研究嶄新的一頁。80年代中後期，它開始向研究大功率SOFC電池堆發展。1986年，400W管式SOFC電池組在田納西州運行成功。 1987年，又在日本東京、大阪煤氣公司各安裝了3kW級列管式SOFC發電機組，成功地進行連續運行試驗長達5000h，標志著SOFC研究從實驗研究向商業發展。進入90年代DOE機構繼續投資給西屋電氣公司6400餘萬美元，旨在開發出高轉化率、2MW級的SOFC發電機組。1992年兩台25kW管型SOFC分別在日本大阪、美國南加州進行了幾千小時實驗運行。從1995年起，西屋電氣公司採用空氣電極作支撐管，取代了原先CaO穩定的ZrO2支撐管，簡化了SOFC的結構,使電池的功率密度提高了近3倍。該公司為荷蘭Utilies公司建造100kW管式SOFC系統，能量總利用率達到75%，已經正式投入使用。目前，SiemensWestinghouse宣布有兩座250kWSOFC示範電廠很快將在挪威和加拿大的多倫多附近建成。下圖為西屋公司在荷蘭安裝的SOFC示範電廠，它可以提供110kW的電力和64kW的熱，發電效率達到46%，運行14000h。 燃料電池 編輯本段評估
燃料電池運行時必須使用流動性好的氣體燃料。低溫燃料電池要用氫氣，高溫燃料電池可以直接使用天然氣、煤氣。這種燃料的前景如何呢？我國的天然氣儲量是十分豐富的，現已探明陸地上儲量為1.9萬億m3，專家認為我國已探明天然氣儲量為30萬億m3。中國還將利用豐富的鄰國天然氣資源，俄羅斯西西伯利亞已探明天然氣儲量為38.6萬億m3，可向我國年供氣200~300億m3；俄羅斯的東西伯利亞已探明天然氣儲量3.13萬億m3，可向我國年供氣100~200億m3；俄遠東地區、薩哈林島探明天然氣儲量1萬億m3，可向我國東北年供氣100億m3以上。中亞地區的哈薩克、烏茲別克和土庫曼三國探明的天然氣儲量6.77萬億m3，可向外供氣300億m3。我國規劃在2010年以前鋪設天然氣管線9000km，屆時有望在全國形成「兩縱、兩橫、四樞紐、五氣庫」的格局，形成可靠的供氣系統。其中的兩縱是南北的輸氣干線，即薩哈林島--大慶--沈陽干線和伊爾庫茨克--北京--日照--上海輸氣干線。目前我國的生產能力約為300億m3/a，2010年為700億m3，2020年為1000～1100億m3。天然氣主要成分為CH4（佔90%左右），熱值高（每立方米天然氣熱值為8600～9500千卡），便於運輸，在3000公里的距離內運用管道輸送都是十經濟的。 半個世紀以來，世界大多數國家時早以完成了由煤炭時代向石油時代的轉換，正在向石油、天然氣時代過度。如1950年在世界能源結構中煤炭所佔的比例為57.5%，而到1996年則下降為26.9%，天然氣佔23.5%石油佔39%兩者共佔63%。能源界預測目前的消費量，石油只能再用20年，而天然氣則可用100年，為此稱21世紀是"天然氣世紀"。中國的能源工業也必將跟上世界能源消費潮流。 另外由於環保的需要和IGCC技術的推動，煤的大型氣化裝置技術已經過關。煤炭部門的有關專家介紹，目前的技術完全可以把煤轉換為氫氣，轉換效率可達80%，供給燃料電池作燃料，其效率要比常規熱動力裝置效率高得多。
編輯本段經濟性
燃料電池是一種正在逐步完善的能源利用方式。其投資正在不斷的降低，目前PEMFC的中國國外商業價格為$1500/kW，PAFC的價格為$3000/kW。中國國內富原公司公布其PEMFC接受訂貨的價格為10000元/kW。其他燃料電池國內暫無商業產品。 燃料電池發電與常規的火電投資比較不能單考慮電源投資，還應將長距離輸電、配電投資與廠用電、輸電能耗和兩種能源轉換裝置的效率考慮在內。如此來計算綜合投資大型的火電廠每千瓦約為1.3~1.5萬元。發電消耗的燃料為燃料電池的兩倍以上，按目前在中國天然氣最低市價（產地市價人民幣1元/m3）計算，當發電時間超過70000h以後，用燃料電池發電將比用傳統的熱機發電更經濟。在實際發電工程中還應考慮傳統的熱機發電佔地面積大，環境污染重的問題。隨著燃料電池發電技術的不斷完善，造價將不斷的降低，特別是在規模化生產後，其造價將大幅度的下降，有理由相信，不久的將來這種發電方式會對傳統熱機發電構成挑戰。
編輯本段展望
中國稀土資源豐富，發展MCFC和SOFC技術具有十分有利的條件。以天然氣和凈化煤氣為燃料的MCFC和SOFC發電效率高達55%～65%，而且還可提供優質余熱用於聯合循環發電，是一種優良的區域性供電電站。熱電聯供時,燃料利用率高達80%以上。專家們認為它與各種大型中心電站的關系，頗類似於個人電腦與大型中心計算機的關系，二者互為補充。二十一世紀，這種區域性、環境友好的、高效的發電技術有可能發展成為一種主要的供電方式。 最近日本提出2010年普及燃料電池的應用，並向發達歐美國家建議制定安全基準和通用規格。隨著其生產成本的降低，燃料電池也將在我國獲得快速的發展，它將對傳統的熱機發電構成有利的挑戰。展望其對電力系統的影響如下：
調峰能力增加
應用氫氣做燃料PEMFC已經商業化，在國外容量為3kW、5kW、7kW等熱電聯用的燃料電池正在源源不斷地進入家庭，數百kW的燃料電池正在源源不斷地進入旅館、飯店商廈等場所。這些電力裝置同小型光伏發電裝置一樣可以獨立發電，也可與電力網相連。為了獲得氫燃料，目前在非純氫燃料電池前均加了燃料改質器。據專家介紹，碳納米管儲氫技術已獲得突破，隨著其商業化的發展，實行家庭發電將像用煤氣灶與煤氣罐配合使用一樣方便，購一罐氫氣可以發電數月（3kg氫氣能量可以使一般轎車行駛500km）。在有煤
節約配電網的建設費用
中國有許多偏遠的山村和海島，遠離電網或處在電網的末端，用電量不大。從商業角度考慮，架設高電壓等級的線路是不合算的，但不架設又難以實現村村通電的目標。有了燃料電池，用當地生物質氣體為燃料，再配合當地的風能、太陽能等，就可以滿足當地的長期的電能需求。這樣可以使投資更加合理，又提高電網的經濟效益。
提高電網的安全性
電網均採用高壓長距離輸電的方式使偏僻山區的水電和坑口、路口以及海口處的火電輸送到負荷中心地帶。中外近年多次電網事故證明，在地震、水災、暴風、冰雪、雷電等自然災害面前，這種系統往往是十分脆弱的。而星羅棋布的燃料電池加入到電網中供電，將會大大提高電網的安全性。在某個遠距離的基本負荷電源跳閘時，燃料電池可以對電網起到一定的支承作用，保證重要用戶的電能需求。隨著MCFC、SOFC技術的突破、天然氣管線的鋪通和大型煤氣化技術的解決，屆時人們會看到，對於大規模的應用化石能源的電力系統來說，變長距離輸電為長距離輸氣，應用大中小相結合的各種燃料電池靠近負荷供電供熱會更經濟、更安全。
電網管理
燃料電池發電將增加管理的復雜性。一是燃料電池發的均是直流電，需變頻後入網，如此將需要對諧波進行控制；二是價格管理，每一個小的系統與電網均有電量交換，需要進行合理的價格管理，這與其他新能源入網問題一樣（如太陽能、風能、生物質能發電），入網電量小，管理量不小。

㈢ 燃料電池的原理及意義

燃料電池原理如下：
(僅供參考：福建亞南集團氫燃料電池,亞小南為您解答回4000-080-999)
燃料電池其原理答是一種電化學裝置，其組成與一般電池相同。其單體電池是由正負兩個電極(負極即燃料電極和正極即氧化劑電極)以及電解質組成。不同的是一般電池的活性物質貯存在電池內部，因此，限制了電池容量。而燃料電池的正、負極本身不包含活性物質，只是個催化轉換元件。因此燃料電池是名符其實的把化學能轉化為電能的能量轉換機器。電池工作時，燃料和氧化劑由外部供給，進行反應。原則上只要反應物不斷輸入，反應產物不斷排除，燃料電池就能連續地發電。
意義：
①氫是世界上最多的元素，氫氣來源極其廣泛並且是可再生資源，所以用氫氣作為「燃料」似乎最合適不過。
②由於燃料電池是化學能直接轉換為電能，相比內燃機的燃燒作用不會產生大量廢氣與廢熱，轉化效率更可超過50%（內燃機轉化效率為10%），排放物也只有水，也不會對環境溫度造成影響。
③使用壽命長於電化學電池並且電池維護工作量很小。
④相比於純電動車的充電時間來說，燃料電池加註氫氣的時間很短，幾乎與內燃機汽車添加燃油時間相當，大約在3-5分鍾左右。

㈣ 燃料電池的發展前景

燃料電池運行時必須使用流動性好的氣體燃料。低溫燃料電池要用氫氣，高溫燃料電池可以直接使用天然氣、煤氣。我國的天然氣儲量是十分豐富的，現已探明陸地上儲量為1.9萬億m3，專家認為我國已探明天然氣儲量為30萬億m3。中國還將利用豐富的鄰國天然氣資源，俄羅斯西西伯利亞已探明天然氣儲量為38.6萬億m3，可向我國年供氣200~300億m3；俄羅斯的東西伯利亞已探明天然氣儲量3.13萬億m3，可向我國年供氣100~200億m3；俄遠東地區、薩哈林島探明天然氣儲量1萬億m3，可向我國東北年供氣100億m3以上。中亞地區的哈薩克、烏茲別克和土庫曼三國探明的天然氣儲量6.77萬億m3，可向外供氣300億m3。我國規劃在2010年以前鋪設天然氣管線9000km，屆時有望在全國形成「兩縱、兩橫、四樞紐、五氣庫」的格局，形成可靠的供氣系統。其中的兩縱是南北的輸氣干線，即薩哈林島--大慶--沈陽干線和伊爾庫茨克--北京--日照--上海輸氣干線。目前我國的生產能力約為300億m3/a，2010年為700億m3，2020年為1000～1100億m3。天然氣主要成分為CH4（佔90%左右），熱值高（每立方米天然氣熱值為8600～9500千卡），便於運輸，在3000公里的距離內運用管道輸送都是十經濟的。
燃料電池是一種正在逐步完善的能源利用方式。其投資正在不斷的降低，PEMFC的中國國外商業價格為$1500/kW，PAFC的價格為$3000/kW。中國國內富源公司公布其PEMFC接受訂貨的價格為10000元/kW。其他燃料電池國內暫無商業產品。
燃料電池發電與常規的火電投資比較不能單考慮電源投資，還應將長距離輸電、配電投資與廠用電、輸電能耗和兩種能源轉換裝置的效率考慮在內。

㈤ 試述燃料電池的優越性，設想它的發展遠景

燃料電池的特點是能量轉換效率高、無污染、無雜訊、無震動、製造維護簡便，可適合於野外作業、航天、汽車等子領域。

㈥ 燃料電池的歷史沿革

1839年英國的Grove發明了燃料電池，並用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。1889年Mood和Langer首先採用了燃料電池這一名稱，並獲得200mA/m2電流密度。
對於大型電站，火力發電由於機組的規模足夠大才能獲得令人滿意的效率，但裝有巨型機組的發電廠又受各種條件的限制不能貼進用戶，因此只好集中發電由電網輸送給用戶。但是機組大了其發電的靈活性又不能適應戶戶的需要，電網隨用戶的用電負荷變化有時呈現為高峰，有時則呈現為低谷。為了適應用電負荷的變化只好備用一部分機組或修建抽水蓄能電站來應急，這在總體上都是以犧牲電網的效益為代價的。傳統的火力發電站的燃燒能量大約有近70%要消耗在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上，燃燒時還會排放大量的有害物質。而使用燃料電池發電，是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，沒有轉動部件，理論上能量轉換率為100%，裝置無論大小實際發電效率可達40%～60%，可以實現直接進入企業、飯店、賓館、家庭實現熱電聯產聯用，沒有輸電輸熱損失，綜合能源效率可達80%，裝置為積木式結構，容量可小到只為手機供電、大到和火力發電廠相比，非常靈活。

㈦ 燃料電池歷史沿革的介紹

1839年英國的Grove發明了燃料電池，並用這種以鉑黑為電極催化劑的簡單的氫氧燃料電池點亮了倫敦講演廳的照明燈。1889年Mood和Langer首先採用了燃料電池這一名稱，並獲得200mA/m2電流密度。 對於大型電站，火力發電由於機組的規模足夠大才能獲得令人滿意的效率，但裝有巨型機組的發電廠又受各種條件的限制不能貼進用戶，因此只好集中發電由電網輸送給用戶。但是機組大了其發電的靈活性又不能適應戶戶的需要，電網隨用戶的用電負荷變化有時呈現為高峰，有時則呈現為低谷。為了適應用電負荷的變化只好備用一部分機組或修建抽水蓄能電站來應急，這在總體上都是以犧牲電網的效益為代價的。傳統的火力發電站的燃燒能量大約有近70%要消耗在鍋爐和汽輪發電機這些龐大的設備上，燃燒時還會排放大量的有害物質。而使用燃料電池發電，是將燃料的化學能直接轉換為電能，不需要進行燃燒，沒有轉動部件，理論上能量轉換率為100%，裝置無論大小實際發電效率可達40%～60%，可以實現直接進入企業、飯店、賓館、家庭實現熱電聯產聯用，沒有輸電輸熱損失，綜合能源效率可達80%，裝置為積木式結構，容量可小到只為手機供電、大到和火力發電廠相比，非常靈活。

㈧ 燃料電池有什麼樣的發展歷程

這種先進的發電技術原理，早在19世紀前半葉就由英國科學家格勞勃發明了，但由於技術和經濟原因，長期未能應用於實際。到本世紀60年代，隨著航天技術發展的需要，為解決其電源問題而開發應用了這種發電技術，才由美國公司研製成功，隨後就首先隨阿波羅登月船上了月球。與此同時，1967美國煤氣公司還制訂了燃料電池民用計劃，開始進行研究開發。隨後，日本、歐洲一些國家也參與了這項高技術的研究工作。

近20年來，美、日對燃料電池的發展都很重視。投入研究與發展經費大、進展快，效果好。

美國是發展燃料電池最快的國家，到1990年時已有23台燃料電池機組在運行，總裝機容量已達11萬千瓦。美國發展燃料電池的技術重點是提高燃料利用率，降低燃料電池的生產費用和發電成本，並注重多途徑開發技術。

1990年初，美國貝爾實驗室採用製造半導體所用的類似技術研製成功了微晶元式燃料電池，它能將混合氣體（煤氣）做燃料直接轉化成電，每公斤煤氣可發電1千瓦。這種燃料電池是由一個不到5000億分之一米厚的可滲透煤氣的氧化鋁薄膜夾在兩個薄鉑片之間組成。其優點是重量輕，成本低，充電方便，只需更換煤氣膠囊。可取代目前使用的蓄電池和攜帶型發電器。美國西屋公司已建成磷酸型1500千瓦級的燃料電池電站，現正建造7500千瓦級的新電站。美國還開發成功3千瓦固體燃料電池，正在研製25千瓦級固體電池。

美國能源部最近又研製成功一種陶瓷燃料電池，這種電池是將液體或氣體燃料放在兩塊波紋狀陶瓷片裡面，使燃料同氧化劑直接進行化學反應獲得電能，因而它可不需要一般燃料電池所需的燃料箱。它同其他燃料電池相比，釋放的功率高2倍，發電效率已達55%～60%。

日本對燃料電池的開發也比較早，從1961年日本富士電機公司開始研製，到1972年製成10千瓦的鹼性電池，1973年又轉入磷酸型電池開發，發展也很快。80年代初，日本就將發展燃料電池列入「月光計劃」，1986年起在某些地區就已推廣燃料電池發電。1991年5月12日，日本東京電力公司在千葉縣五井發電廠成功地建成了目前世界上最大功率的磷酸型燃料電池發電裝置，輸出功率達1.1萬千瓦。發電效率為41%。該燃料電池為磷酸水冷式，屬第一代產品。據估算，這套燃料電池組進入實用階段後，至少可滿足5000戶民用住宅的電力需求，因此，有人把它視為燃料電池步入商業化的第一步，具有較高開發價值。

1989年日本已建成200千瓦的這類電站，正著手建造4500千瓦級的電站。

第二代燃料電池是熔融碳酸鹽燃料電池，也已進入工業試驗階段。日本已在30千瓦級水平上獲得了成功。第三代燃料電池是固體電解質燃料電池，日本已在1千瓦級水平上試驗成功。1991年末，日本各電力公司和城市燃氣公司在大阪組成了磷酸型燃料電池發電技術研究合作社，計劃在1991年底前建成功率為5000千瓦和1000千瓦的新型燃料電池，1992年，日、美又決定聯合共同研製燃料電池，是以氣化煤作燃料的加高壓反應的類型，目標是在21世紀初，使30萬千瓦級電池達到實用化。

日本政府已在實施一項長期的推進燃料電池計劃，要在20世紀90年代初在商業區、醫院、體育場所等部門大面積地使用燃料電池；90年代中、後期，在工業企業推廣；21世紀初達到全國發電總量的13%，使燃料電池成為未來的重要新能源。目前正在籌建5000千瓦級燃料電池電站，能連續運行8000小時，動力效率為40%，混合熱效率80%，預計2005年，日本將有1000萬千瓦的燃料電池廣泛應用於各個領域。

90年代初，日本還開始研製一種超微型「生物燃料電池」，它的原理同以氫為燃料的電池一樣，但它是以人的血液中的葡萄糖為主要燃料的。它的主要用途是為人造胰臟器官提供動力，將其埋藏於病人體內。它可產生的最高電壓估計為1.1伏特，電流強度為0.1安培。

專家們預測，隨著燃料電池發電技術的進一步突破，作為新型電源供應系統，到21世紀中期，有可能取代火力發電，形成強大的燃料電池發電網路，成為重要的二次能源。

㈨ 燃料電池的發展現狀和前景

在中國的燃料電池研究始於1958年原電子工業部天津電源研究所最早開展了MCFC的研究。70年代在航天事業的推動下，中國燃料電池的研究曾呈現出第一次高潮。其間中國科學院大連化學物理研究所研製成功的兩種類型的鹼性石棉膜型氫氧燃料電池系統（千瓦級AFC）均通過了例行的航天環境模擬試驗。1990年中國科學院長春應用化學研究所承擔了中科院PEMFC的研究任務，1993年開始進行直接甲醇質子交換膜燃料電池（DMFC）的研究。電力工業部哈爾濱電站成套設備研究所於1991年研製出由7個單電池組成的MCFC原理性電池。「八五」期間，中科院大連化學物理研究所、上海硅酸鹽研究所、化工冶金研究所、清華大學等國內十幾個單位進行了與SOFC的有關研究。到90年代中期，由於國家科技部與中科院將燃料電池技術列入"九五"科技攻關計劃的推動，中國進入了燃料電池研究的第二個高潮。在中國科學工作者在燃料電池基礎研究和單項技術方面取得了不少進展，積累了一定經驗。但是，由於多年來在燃料電池研究方面投入資金數量很少，就燃料電池技術的總體水平來看，與發達國家尚有較大差距。我國有關部門和專家對燃料電池十分重視，1996年和1998年兩次在香山科學會議上對中國燃料電池技術的發展進行了專題討論，強調了自主研究與開發燃料電池系統的重要性和必要性。近幾年中國加強了在PEMFC方面的研究力度。 2000年大連化學物理研究所與中科院電工研究所已完成30kW車用用燃料電池的全部試驗工作。北京富原公司也宣布，2001年將提供40kW的中巴燃料電池，並接受訂貨。科技部副部長徐冠華在EVS16屆大會上宣布，中國將在2000年裝出首台燃料電池電動車。此前參與燃料電池研究的有關概況如下：
1：PEMFC的研究狀況
中國最早開展PEMFC研製工作的是長春應用化學研究所，該所於1990年在中科院扶持下開始研究PEMFC，工作主要集中在催化劑、電極的制備工藝和甲醇外重整器的研製已製造出100WPEMFC樣機。1994年又率先開展直接甲醇質子交換膜燃料電池的研究工作。該所與美國CaseWesternReserve大學和俄羅斯氫能與等離子體研究所等建立了長期協作關系。 中國科學院大連化學物理所於1993年開展了PEMFC的研究，在電極工藝和電池結構方面做了許多工作，現已研製成工作面積為140cm2的單體電池，其輸出功率達0.35W/cm2。

㈩ 燃料電池的發展是什麼

近些年，各國越來越重視對燃料電池的開發與研究，燃料電池的研究技術也不斷進步，並取得了很大的成效。