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探讨在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线

[10-04 19:50:32]   来源:http://www.67jzw.com  建筑电气   阅读:8150

概要:已完成250KW和2MW MCFC的现场示范,预计2002年进行20MW的示范;2003年左右,使250KW和MW级MCFC达到商业化;2010年,燃用天然气的250KW一20MW MCFC分散电源达到商业化,100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化; 2020年,100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃,发电效率达到60%(LHV),组成联合循环的发电效率为70%(LHV),热电联产的热效率达到85%(LHV)以上。目前,己完成25kw和100kw SOFC现场试验,正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右,进行MW级SOFC示范;2003年左右,100kw一1MW SOFC进行商业化:2010年,250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化,100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化;2020年,100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是:运行温度为1000℃,发电效率达到62%(LHV),组成联合循环的发电效率达到72%(LHV),

探讨在我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线,标签:建筑电气工程技术,建筑电气与智能化,http://www.67jzw.com

  已完成250KW和2MW MCFC的现场示范,预计2002年进行20MW的示范;2003年左右,使250KW和MW级MCFC达到商业化;2010年,燃用天然气的250KW一20MW MCFC分散电源达到商业化,100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化; 2020年,100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃,发电效率达到60%(LHV),组成联合循环的发电效率为70%(LHV),热电联产的热效率达到85%(LHV)以上。

  目前,己完成25kw和100kw SOFC现场试验,正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右,进行MW级SOFC示范;2003年左右,100kw一1MW SOFC进行商业化:2010年,250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化,100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化;2020年,100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是:运行温度为1000℃,发电效率达到62%

  (LHV),组成联合循环的发电效率达到72%(LHV),热电联产的热效率达到85%(LHV)以上,燃煤时发电效率可达到65%(LHV),这一目标预计2010完成。

  美国是最早研究开发PEFC的国家,但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源,实现热电联供。Plug Power公司与GE合作,计划2001年使10kw PEFC进入商业化,价格达到S750-1000/kw,大批量生产后,使PEFC的价格达到$350/kw.

  (2)市场预测

  美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为:在2005年一2010年,美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW.现在美国的燃料电池年生产能力为60MW,商业化的价格为$2000一$3000/kw,若年生产能力达到100MW/a,商业化的价格则可达到$l000-$1500/Kw. 若能达到(2000-4000)MW/a的生产能力,燃料电池的原材料费仅$200一$300/kw.那么燃料电池的价格则有可能达到$900-$l100/kw,此时可完全与常规的发电方式竞争。

  3.2 日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测

  (1)发展进程

  日本在PAFC研究方面,走的是一条引进合作、消化吸收、再提高的路线。1972年东京煤气公司从美国引进两台PAFC燃料电池发电机组,大阪煤气公司也在1973年引进两台PAFC机组。日本政府于1981年设立了以开发节能技术为宗旨的“月光计划”,燃料电池发电是其中一项重要内容。此后,日本国内的电力公司、煤气公司和一些大型的制造厂纷纷投入燃料电池的研究开发,并与美国IFC合作,使日本的PAFC得到更大的发展。目前,日本的 PAFC技术已赶上了美国,商业化程度超过了美国。5MW(富士电机制造)和11MW(东芝与IFC 合制)均在日本投运,日本公司制造的PAFC机组已运行了近100多台。

  日本有关MCFC的研究是从1981年开始的,通过自主开发并与美国合作。1987年10kw MCFC开发成功,1993年100kw加压型MCFC开发成功,1997年开发出1MW先导型MCFC发电厂,并投入运行。MCFC已被列为日本“新阳光计划”的一个重点,目标是2000年一2010年,实现燃用天然气的10MW一50MW分布式MCFC发电机组的商业化,并进行100MW以上燃用天然气的MCFC联合循环发电机组的示范,2010年后,实现煤气化MCFC联合循环发电,并逐步替代常规火电厂。

  日本的SOFC技术也是从1981年的“月光计划”开始研究的,立足于自主开发。1989年一1991年,开发出l00W一400W SOFC电池堆,1992年一1997年开发出l0kw平板型SOFC.SOFC的研究进展也远远落后于NEDO原来的计划。 “新阳光计划”中预计2000年一2010年,使SOFC达到MW级,并形成联合循环发电。日本的PEFC也被列入“新阳光计划”,目前开发的容量为(1-2)kw.

  (2)政府采取的措施

  日本政府在“月光计划”和“新阳光计划”中,先后资助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC;1台100kw和1台1MW的MCFC示范电站研究开发、建设及运行。

  在通产省和NEDO的统一组织和管理下,使公用事业单位(电力公司和煤气公司)和开发商及研究单位紧密结合,实现燃料电池研究开发和商业示范应用一体化。日本电力公司和煤气公司,过去十年来安装了约80多台燃料电池机组,装机容量达到20.1MW,燃料电池及 电厂的费用主要由业主承担,但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研 究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策:燃料电池的相关设备,在未超过一定规模时,其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组,政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10%的免税额,并获有30%的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目,日本开发银行将提供投资额40%的低息贷款。

  (3)市场预测

  1990年,日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告,预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW;2010年约10720MW,电力系统用5500MW,其中约有2400MW是 MCFC和SOFC高温型燃料电池;2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化;发电效率达到50%一60%。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破,进展速度低于预期值,因此日本目前已将原目标做了修正,预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW,其中分布式电源l12MW,工业用热电联产型为88MW;2010年将达到2200MW,其中分布式电源型为 735MW,工业用热电联产型为1465MW.

  3.3其它国家和地区的发展进程

  目前,欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组,自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程,由IFC供应,BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作,于1993年在米兰建了一座l00kw MCFC电厂,1996年投运。德国正在开发250kw MCFC.德国西门 子公司于1998年收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后,现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。

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