翻新时间:2023-05-15
探讨在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线(1)论文
作者: 许世森(国家电力公司热工研究院) 【论文摘要】本文介绍了燃料电池发电技术的特点和应用形式,论证了在我国电力系统发展燃料电池发电技术的必要性。概述了国外燃料电池的发展计划和市场预测,总结了国外发展燃料电池的经验。
通过技术比较,提出了在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线。 燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程,其发电效率不受卡诺循环的限制,发电效率可达到50%一70%,被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。
目前,国际上磷酸型燃料电池已进入商业化,其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术,国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。
l 燃料电池发电的技术特点和应用形式 1.1 技术特点 燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H
2)和氧化剂(空气中的0
2)发电化学反应,将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同:只要有燃料和氧化剂供给,就会有持续不断的电力输出。
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池具有以下优点:
(1)理论发电效率高,发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50%一60%,组成的联合循环发电系统在(10-
50)MW规模即可达到70%以上的发电效率。
(2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比,C02排出量可减少40%一60%。Nox(<2ppm)和SOx(<1ppm)排放量很少。
(3)小型高效,可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。
(4)低噪音。在距发电设备3英尺(1.044米)处噪音小于60dB(A)。
(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。
(6)变负荷率高。变负荷率可达到(8%一lO%)/min,负荷变化的范围大(20%一120%)。
(7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。
(8)模块化结构,扩容和增容容易,建厂时间短。
(9)占地面积小,占地面积小于lm2/KW。
(10)自动化程度高,可实现无人操作。 总之,燃料电池是一种高效、洁净的发电方式,既适合于作分布式电源,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。
制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是:高价格和寿命问题。 2.1 燃料电池的应用形式
(1)现场热电联供,常用的容量为200KW一1MW。
(2)分布式电源,容量比现场用燃料电池大,约(2-
20)MW。
(3)基本负荷的发电站(中心发电站),容量为(100-300MW)。
(4)燃料电池还可用于100W-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 为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术? 2.1 采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一 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),这一目标将在2005年左右实现。
预计到2010年,发电效率可超过72%。煤气化燃料电池联合循环(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。燃料电池本体的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源,又可用于集中发电应用范围广泛。
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