分布式燃料電池示范電站項(xiàng)目投資調(diào)研報(bào)告

分布式燃料電池示范電站工程調(diào)研報(bào)告〔北京材料進(jìn)展中心投資進(jìn)展部經(jīng)理譚永東〕一、北京進(jìn)展分布式電站的重要意義求現(xiàn)場(chǎng)依據(jù)用戶對(duì)能源的不同需求，實(shí)現(xiàn)對(duì)口供給電能，將輸送環(huán)節(jié)的損耗降至最低。分布式電站的特點(diǎn)是〔〕〔2〕供電牢靠性提高：由于在用戶近旁直接安置的分布式能源系統(tǒng)的動(dòng)力裝置相互獨(dú)立，災(zāi)難性后果的發(fā)生〔3〕殊用戶，這種供能方式最大的優(yōu)點(diǎn)是可進(jìn)展遙控和監(jiān)測(cè)區(qū)域電力質(zhì)量和性能，輸電損失少，運(yùn)行安全牢靠〔4〕〔5〕而且需要其它能量形式時(shí)，分布式電站可在小范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)熱、電、冷聯(lián)產(chǎn)。2023GDP48～93.54.5～5.512億噸以上電力用煤，由此將對(duì)資源、采掘、運(yùn)輸及環(huán)境帶來(lái)難以承受之重。另外，我國(guó)能源資源分布很不均衡。煤炭探明儲(chǔ)量的70%以上分布在華北和西北，可開(kāi)發(fā)水能資源的68%集中在西南，而東部沿海興盛地區(qū)及北京等能源電高，高效、低污染的分布式電源系統(tǒng)日益受到重視。近年來(lái)美國(guó)、加拿大、臺(tái)灣相繼發(fā)生因中有很多分布式電源在運(yùn)轉(zhuǎn)，供電的牢靠性將會(huì)大大提高。對(duì)于北京而言，作為首都，擁有會(huì)使供電的牢靠性和電力質(zhì)量大大提高。建設(shè)分布式電站可以是我國(guó)特別是北京這樣的用電緊急地區(qū)緩解電力缺口拓產(chǎn)業(yè)應(yīng)用市場(chǎng)的一個(gè)對(duì)策。二、承受質(zhì)子交換膜型燃料電池技術(shù)路線的可行性分析1、分布式電站動(dòng)力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備技術(shù)的種類與群控優(yōu)化技術(shù)、綜合系統(tǒng)優(yōu)化技術(shù)、資源深度利用技術(shù)。動(dòng)力與能源轉(zhuǎn)換設(shè)備技術(shù)包括：(1)小型燃?xì)廨啓C(jī)--在小型航空渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)技術(shù)的根底智能把握水平；(2)微型燃?xì)廨啓C(jī)--(3)燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)--內(nèi)燃機(jī)技術(shù)對(duì)于我國(guó)已經(jīng)格外成放把握、電子把握和設(shè)備大修周期等，此外，國(guó)外正在進(jìn)展的預(yù)燃、回?zé)?、增壓渦輪技術(shù)，(4)斯特林發(fā)動(dòng)機(jī)--外燃式斯特林技術(shù)我國(guó)已經(jīng)711電效率，以及自動(dòng)化把握水平；(5)燃料電池--該技術(shù)有質(zhì)子交換膜、固體氧化物、熔融硅酸整合，發(fā)電效率將可能到達(dá)80％，是將來(lái)最具有進(jìn)展價(jià)值的技術(shù)；(6)微型蒸汽輪機(jī)--蒸汽輪制冰機(jī)組供給低溫冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量；(7)微型水輪機(jī)和微型抽水蓄能電站--小型、微型水輪機(jī)組不僅可以在任何有水位落差和水利壓差的地方使用，而且可以廣泛利電能品質(zhì)。該技術(shù)可以在一個(gè)孤網(wǎng)運(yùn)行系統(tǒng)中，供給大功率啟動(dòng)電能；(8)太陽(yáng)能發(fā)電和太陽(yáng)熱發(fā)電--利用太陽(yáng)能量的發(fā)電技術(shù)，關(guān)鍵是降低本錢，同時(shí)需要爭(zhēng)論與其他能源利用方式和與照明技術(shù)整合等等；(9)風(fēng)能--利用大型風(fēng)機(jī)發(fā)電將可以代替現(xiàn)有的火力發(fā)電系統(tǒng)題；(10)余熱制冷系統(tǒng)--利用動(dòng)力機(jī)產(chǎn)生的余熱供熱制冷是分布式熱電冷三聯(lián)供系統(tǒng)的重要--動(dòng)力轉(zhuǎn)換--低溫制冷等技術(shù)，這些技術(shù)均比較成熟，關(guān)鍵是系統(tǒng)的集成和提高效率，以及降低造價(jià)等問(wèn)題；(11)熱泵--利用地源、水源和其他溫差資源的能源利用技術(shù)，重點(diǎn)在于提高效率和增加與其他能源利用技術(shù)的整合力氣；(12)能量回收系統(tǒng)--諸如將建筑物內(nèi)電梯下行、汽車制動(dòng)、自來(lái)水減壓等能量回收的技術(shù)以及應(yīng)用設(shè)備的研發(fā)。2、燃料電池技術(shù)的特點(diǎn)燃料電池(FuelCell,FC)是一種可將燃料(主要是H2)和氧化劑(02)中的化學(xué)能池具有以下優(yōu)點(diǎn)：(1)理論發(fā)電效率高，進(jìn)展?jié)摿Υ?。燃料電池本體的發(fā)電效率可到達(dá)50%60％，組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在(10—50)MW70％以上的發(fā)電效率。(2)C024060NOx2ppmSOx1ppm。(3)小型高效，可提高供電牢靠性。燃料電池的發(fā)電效率受負(fù)荷和容量的影響較小，在低負(fù)荷時(shí)發(fā)電效率還會(huì)上升。(4)低噪音。在距發(fā)3英尺(1．044米)60dB(A)。(5)電力質(zhì)量高。電流諧波和電壓諧波均滿足IEEE519(6)(8lO％)／min，負(fù)荷變化的范圍大(20%一120%)。(7)燃料電池可使用的燃料有氫氣、甲醇、煤氣、沼氣、自然氣、輕油、柴油等。(8)模塊化構(gòu)造，擴(kuò)容和增容簡(jiǎn)潔，建廠時(shí)間短。(9)lm2／KW。(10)自動(dòng)化程度高，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作?！脖确絻?nèi)燃機(jī)250KW—lOMW的功率范圍內(nèi)，具有與目前數(shù)百兆瓦中心電站相當(dāng)甚至更高的發(fā)電效率。燃料電池具有高效率、低污染、低噪聲、模塊化構(gòu)造、體積小、牢靠性高、電力質(zhì)量好等突出特點(diǎn)，是抱負(fù)的分布式電源。3、分布式燃料電池電站技術(shù)的市場(chǎng)潛力分散式電源作為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充己得到很多國(guó)家的重視約在17000MW/年以上。我國(guó)電網(wǎng)的容量大、技術(shù)水平和牢靠性還較低、抵抗各種災(zāi)難的力氣較差，在這種狀況下，小型高效的分布式燃料電池電站隨著技術(shù)的商業(yè)化市場(chǎng)潛力巨大，17000MW/年。據(jù)日本政府推想，2023年分布式燃料電池裝機(jī)容735MW。4、燃料電池技術(shù)的種類燃料電池歷經(jīng)一百多年進(jìn)展，依據(jù)電池中所用電解質(zhì)不同已形成六類：堿性燃料電池AFC、磷酸型燃料電池PAF、熔融碳酸鹽燃料電池MCF、固體氧化物燃料電池SOF、直接氧化甲醇燃料電池DMF、質(zhì)子交換膜型燃料電池PEMF。前兩種MCFC工作溫度約600℃，可以使用脫硫煤氣作燃料，具有較高的熱效率，構(gòu)造簡(jiǎn)潔，是美、日、歐進(jìn)展的重點(diǎn)，目前主要技術(shù)問(wèn)題已接近解決，進(jìn)入了建立百千瓦級(jí)試驗(yàn)電站的階段。SOFC是以煤造氣為燃料的最抱負(fù)的電池，工作溫度為90100℃，能供給優(yōu)質(zhì)的余熱，熱電效率高6％，利于煤氣化聯(lián)合運(yùn)轉(zhuǎn)，目前處于材料、構(gòu)造、制造技術(shù)攻關(guān)階段。DMFC以液體甲醇作燃料直接氧化PEMFC的工作溫度低，一般為60－100℃，它以全氟化的磺酸型固體聚合物為電解質(zhì)，鉑作為電催化劑，純氫為燃料，空氣為氧化劑，可以室溫啟動(dòng)。種類表質(zhì)子交換膜燃料電池各種燃料電池性能參數(shù)比較堿性燃料固體氧化物電 池燃料電池可溶性碳酸鹽燃料電池磷酸燃料電〔PEMFC〕〔AFC〕 〔SOFC〕〔MCFC〕性能運(yùn)行溫度〔℃〕8080 1000650200動(dòng)力/質(zhì)量〔瓦/340～150035～105 15～2030～40120～180千克〕效率40%～60%40%～ 45%～50%60%50%～57%40%～47%啟動(dòng)時(shí)間秒分 大于10小時(shí)10小時(shí)2～4燃料類型純氫 自然氣自然氣自然氣氣中提取的合成氣合成氣純氫是否承受鉑金是否 否否是說(shuō)明電解液材料用陶瓷作為承受液態(tài)電是一層很薄電解液材料解液的固態(tài)聚合體隔膜5、質(zhì)子交換膜燃料電池技術(shù)的特點(diǎn)及在電站領(lǐng)域的示范應(yīng)用PEMFC技術(shù)的特點(diǎn)有：運(yùn)行溫度低、可在低溫下起動(dòng)和工作，且無(wú)腐蝕性電解質(zhì)，運(yùn)行安全牢靠，運(yùn)行壽命長(zhǎng)；負(fù)載連續(xù)；無(wú)運(yùn)動(dòng)部件、無(wú)震驚、無(wú)噪音；模塊構(gòu)造、積木性強(qiáng)，1000W/L1W/CM20%～30%1.7公斤/1.0立升/公斤；零排放。PEMFCPEMFCPlug-Power3～5kw級(jí)利用自然氣，經(jīng)過(guò)PEM燃料電池發(fā)電裝置，其所發(fā)電力的本錢比電網(wǎng)電價(jià)降低約20%。供熱型的5～7kwPEMFCPlug-PowerGE202310kwPEMFC進(jìn)入商業(yè)化，價(jià)格到達(dá)S750—1000／kw，大批量生產(chǎn)后，使PEMFC到達(dá)$350／kw。加拿大在PEMFC250kwPEMFC示范電站，250kwPEMPCBallard200～250kwPEM“PEMPEMFC(—2)k。我國(guó)全面開(kāi)展了質(zhì)子交換膜燃料電池1kW-2kW、5kW25kWPEMFC分布能源，上海神力科技研5－10kw2023991000三、北京進(jìn)展分布式PEMFC燃料電池電站的框架思路1、進(jìn)展戰(zhàn)略近期可瞄準(zhǔn)為2023年奧運(yùn)場(chǎng)館的廣告牌、記分牌、照明供給電力及可作為備用電源，PEMFC源體系戰(zhàn)略的實(shí)施逐步進(jìn)軍環(huán)渤海地區(qū)乃至全國(guó)市場(chǎng)，建成的產(chǎn)業(yè)亮點(diǎn)。2、技術(shù)方向PEMFC立核心競(jìng)爭(zhēng)力。3、行業(yè)主體北京在PEMFC燃料電池行業(yè)的主體主要有：200WPEMFC6.3V，電流30A。目前一種更小的PEMFC1020見(jiàn)下表。從表中可見(jiàn)，如能提高清華大學(xué)核研院的PEMFC電堆的電流密度，減薄端版厚度，則其性能可與美國(guó)H-Power公司相當(dāng)。目前，改進(jìn)工作仍在進(jìn)展中。清華大學(xué)核研院小型PEMFC的特點(diǎn)是：使用自行研制的電催化劑，大幅度地降低了本錢。使用自行研制的薄金屬雙極板，大大減輕了電堆重量。國(guó)家“九五”攻關(guān)燃料電池工程中的催化劑子課題。清華大學(xué)還在研制Pt/C及抗CO9Pt/CE-Tech0.6-0.8E-Tech公司同類產(chǎn)品。目前，正實(shí)行的措施爭(zhēng)取進(jìn)一步提高清華大學(xué)的產(chǎn)品性能?？笴O多元催PEMFC電堆施加反向電壓可提高PEMFC的更有用的方法，該方法的工程應(yīng)用還需進(jìn)一步爭(zhēng)論。美國(guó)H-Power公司 學(xué)核研院額定功率〔W〕 40 30額定電壓〔V〕 9 9電流密度(mA/cm2) 450 330單電池?cái)?shù)目 16 15額定電壓〔V〕 6,9,12. 6,166長(zhǎng)x寬x高〔cm〕 5.1x6.4x5.8 4.9x6.0x6.0端板厚度〔cm〕 0.3 0.6重量〔kg〕 0.36 0.46北京快速綠能電源技術(shù)有限責(zé)任公司――以開(kāi)發(fā)質(zhì)子交換膜燃料電池〔PEMFC〕為主攻5000多萬(wàn)元在中關(guān)村永豐基地建有燃料電池中試基地。在根底爭(zhēng)論領(lǐng)域與清華大學(xué)核研院聯(lián)合，目前已開(kāi)發(fā)出額定功率為150W、250W、5kW、6.5kW、18kW及30kW六種型號(hào)的燃料電池〔燃料為氫、氧或氫、空〕并擁有五項(xiàng)專利技術(shù)和21項(xiàng)專有技術(shù)。公司開(kāi)發(fā)重點(diǎn)是電動(dòng)汽車用質(zhì)子交換膜燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)，產(chǎn)品功率密度高〔到達(dá)650W/k、單體功率大。與國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的相比，質(zhì)量性能相差不大，但價(jià)格卻遠(yuǎn)低于國(guó)外同類產(chǎn)品。估量中試成功進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化后，年產(chǎn)量可達(dá)5000千瓦，產(chǎn)值可達(dá)1000萬(wàn)元人民幣。北京世紀(jì)富原燃料電池――特地從事質(zhì)子交換膜燃料電池(PEMFC)及其關(guān)鍵原1995年與加拿大能源公司合作進(jìn)展PEMFC5kWPEMFC1.5kW、5kW、10kW、30kW、45kW、75kW3W30W300W863PEMFC關(guān)鍵原材料方面的主要產(chǎn)品有：全氟磺酸質(zhì)子交換膜、全氟磺酸溶液、SJTBDDSL、碳復(fù)合板、碳載鉑催化劑和多孔集中電極。其中，全氟磺酸質(zhì)子交換膜和DDSL模壓雙極板先后通過(guò)了北京市科委主持的科技成果鑒定，其主要性能指標(biāo)到達(dá)了國(guó)際先進(jìn)水平，本錢低于國(guó)外同類產(chǎn)品。公司在亦莊開(kāi)發(fā)區(qū)投資6,500503000〔EW1100，膜厚50μm，膜電導(dǎo)率≥0.09S/cm(25℃)，膜含水率≥45%(100℃,1h)，拉伸模量≥270MPa(50%RH,23℃)，各向同性；高性能全氟質(zhì)子交換溶液5wt.EW110性能優(yōu)于國(guó)外同類產(chǎn)品；高活性純鉑和碳載鉑納米催化劑；高功率密度雙網(wǎng)絡(luò)膜電極〔>0.3W/cm>0.6W/cm；超大容量便攜自控式氫源〔質(zhì)量?jī)?chǔ)氫率5-％；超大容量便攜燃料電池500-1000Wh/k。4、風(fēng)險(xiǎn)因素PEMFC燃料電池這一最前沿的高技術(shù)，在分布式電站領(lǐng)域目前處于示范應(yīng)用階段，其會(huì)配套設(shè)施等一攬子方案予以化解。生產(chǎn)本錢昂揚(yáng)制約PEMFC合系統(tǒng)的簡(jiǎn)潔性；三是溫度局限性；四是生產(chǎn)工藝；五是電力密度。技術(shù)創(chuàng)太快染物〔一氧化碳、硫等〕的容忍程度；二是的燃料電池材料；三是的燃料電池發(fā)電廠系統(tǒng)。燃料電池適應(yīng)性受限受性。系統(tǒng)集成簡(jiǎn)潔系統(tǒng)。為此，需在以下方面加強(qiáng)爭(zhēng)論：一是電力變流器；二是電力調(diào)整器；三是混合系統(tǒng)設(shè)計(jì)；四是混合系統(tǒng)集成和測(cè)試；五是運(yùn)行和維護(hù)；六是綜合系統(tǒng)的把握。5〕耐性和牢靠性不夠耐久性；四是電極連接性能。其它非技術(shù)性障礙·燃料電池產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)及其生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)；·CO2和污染物的排放標(biāo)準(zhǔn)；·燃料電池裝置能否得到充分的保險(xiǎn)；·大規(guī)模的根底設(shè)施建設(shè)；·國(guó)家及地方的能源產(chǎn)業(yè)政策。四、結(jié)論P(yáng)EMFC技術(shù)路線具有PEMFCPEMFC燃料電池產(chǎn)業(yè)化前景是五、有關(guān)資訊〔1〕2023227審會(huì)。對(duì)北京電力公司和清華大學(xué)電機(jī)系提出的報(bào)告進(jìn)展評(píng)審?！侗本┦蟹植际诫娫?/p>