燃料电池发电技术在电力系统中的应用.pdf

羹簧雯：燃料电池发电挂术在毫力系绫中的应用 燃料电池发电技术在电力系统中的应用 上海电力设计院有限公司 董菁雯 燃料电池是一种将储存在燃料和氧化荆中的化学能，直接转化为电能的装置。燃料电弛由3个主要部 分组成：燃料电极(阳极)、空气／氧气电极(阴檄)和离予导电的电解液构成．燃料在阳极氧化，氧化剂在阴极 还原，电子从阳极通过负载流向戮极扮戚电目路。依据电解质的不弱，燃斟电池分为碱性燃辫电池(㈣， 池(PEMFc)等。燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、 比功率高，既雕以集中供电，也适合分教供电，被誉为羔十一世纪重要的新就源发电技术之一。 1燃料电池发电的技术特点和应用骺式 1．1技术特点 燃料电池发电燕在一定条件下使燃料(主要是H：)和氧化荆(空气书的如)发搬化学反瘕，将化学能 盥接转换为电能和热能的过程。与常规电池不同，它只要有燃料和氧化荆源源不断地供给．就会有持续 不斯的电力输出．与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比 燃料电渣其骞以下优点： (1)发电效率高。燃料电池本体的发电效率可选蓟50“～60％，如果进一步将化学反应中产生的热 能加以利用，组成的联合循环发电系统在(io50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。 (2)设备可靠性高，对负荷的适应莪力强。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小．不管是 满负荷还是部分负荷、不管装置规模大小均能保持高发电效率；作为分布式电源有利于提高供电可靠性． (3)环境相窑性好，污染物排放量少，噪音低。由于整个能赣转换过穗中没有燃烧，CO,的排放量比 常规火电减步40---60％。NOx(2 ppm)和SOx(lppm)排放量更少。在距发电设备3荚尺(1．044 米)处噪音小于60dB(A)。 (4)可适用的燃料广泛。燃料电弛可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻．油、禁油等。 (5)模块亿结构。发电盘力由电秘坻的出力和缎数决定，机缱瓣容罄的自壶度大}扩骞和增容容易， 建厂时间短，占地面秘小。 120“)，甩乎电嚼谓峰优于其他发电方式。 (7)自动化程度商，可实现无人操作。 总之，燃料电池怒一种高效、浩净的发电方式，既适旨于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电 站。是2l世纪重要的发电方式。秘前制约燃料电池走岛大规模帮业化的主要因素是；高价格稚寿命问题。 L2燃料电池的应用形式 kW～lMw。 (1)现场热电联供，常用的容量为200 (2)分布式电源，容量臣理场蔫燃辩电弛大，终(2--20)MW。 (3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(i00～300MW)。 W～100 (4)燃料电池还W用于100kW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机 电源等。 2在电力系统采用燃料电池发电的必要性 (1)采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率酌重要逢轻之一 以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60“～75％(LHV)，煤气化燃料电淮 联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上．以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％ 以上。燃料电池本体舶发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电 探．叉可用于集中发电。应用蓖飘广泛。 一2l一 圭鬻幂毒至矗橥摹叁．2006年学术年☆沦文集(电站专妻备) (2)采藤髌菲电池发电蕈有效地降摄污染耪排教量 化娃理，碳氧化舍物也必须錾整成氢气相CO，因此，尾气中SOz、辏氢化合物翔匿态粒子等污染镌{季赞非 常低．与常规燃煤发电机组相比，co：的排放量可减少40％,60“． (3)采用燃料电池发电可提高供电的曼活性和可靠性 与隧蓠一些作为分布式电源豹内燃机相鹾：，燃辩电池的发电效率更高、污染更低，且具有摸块花结 kW～10 构、可靠性高等突出特点，是理想的分布式电源。在250