燃料电池发电和节能技术

1、班级学号姓名燃料电池发电和节能技术一、燃料电池(一燃料电池的历史与现状燃料电池的原理是W.Grove于1839年首先提出的,但直到20实际50年代才出现实用的燃料电池。与普通电池一样,燃料电池也是一种利用电化学反应产生电能的装置。燃料电池十分复杂,涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论,主要有能量转化率高,有害气体SOx、NOx及噪音排放都很低,燃料适用范围广积木化强负荷响应快,运行质量高等优点。中国的燃料电池研究始于1958年,原电子工业部天津电源研究所最早开展了MCFC的研究。在中国科学工作者在燃料电池基础研究和单项技术方面取得了不少进展,积累了一定经

2、验。但是,由于多年来在燃料电池研究方面投入资金数量很少,就燃料电池技术的总体水平来看,与发达国家尚有较大差距。我国有关部门和专家对燃料电池十分重视,1996年和1998年两次在香山科学会议上对中国燃料电池技术的发展进行了专题讨论,强调了自主研究与开发燃料电池系统的重要性和必要性。近几年中国加强了在PEMFC方面的研究力度。2000年大连化学物理研究所与中科院电工研究所已完成30kW车用用燃料电池的全部试验工作。北京富原公司也宣布,2001年将提供40kW的中巴燃料电池,并接受订货。科技部副部长徐冠华一年前在EVS16届大会上宣布,中国将在2000年装出首台燃料电池电动车。(二潜力用途燃料电池用

3、途广泛,既可应用于军事、空间、发电厂领域,也可应用于机动车、移动设备、居民家庭等领域。早期燃料电池发展焦点集中在军事空间等专业应用以及千瓦级以上分散式发电上。近来,电动车领域成为燃料电池应用的主要方向,市场已有多种采用燃料电池发电的自动车出现。另外,透过小型化的技术将燃料电池运用于一般消费型电子产品也是应用发展方向之一,在技术的进步下,未来小型化的燃料电池将可用以取代现有的锂电池或镍氢电池等高价值产品,作为用于笔记本电脑、无线电电话、录像机、照相机等携带型电子产品的电源。近20多年来,燃料电池经历了碱性、磷酸、熔融碳酸盐和固体氧化物等几种类型的发展阶段,燃料电池的研究和应用正以极快的速度在发展

4、。在所有燃料电池中,碱性燃料电池(AFC发展速度最快,主要为空间任务,包括航天飞机提供动力和饮用水;质子交换膜燃料电池(PEMFC已广泛作为交通动力和小型电源装置来应用;磷酸燃料电池(PAFC作为中型电源应用进入了商业化阶段,是民用燃料电池的首选;熔融碳酸盐型燃料电池(MCFC也已完成工业试验阶段;起步较晚的固态氧化物燃料电池(SOFC作为发电领域最有应用前景的燃料电池,是未来大规模清洁发电站的优选对象。多年来人们一直在努力寻找既有较高的能源利用效率又不污染环境的能源利用方式,而燃料电池就是比较理想的发电技术。(三价值评估燃料电池运行时必须使用流动性好的气体燃料。低温燃料电池要用氢气,高温燃料

5、电池可以直接使用天然气、煤气。这种燃料的前景如何呢?我国的天然气储量是十分丰富的,现已探明陆地上储量为1.9万亿m3,专家认为我国已探明天然气储量为30万亿m3。中国还将利用丰富的邻国天然气资源,俄罗斯西西伯利亚已探明天然气储量为38.6万亿m3,可向我国年供气200300亿m3;俄罗斯的东西伯利亚已探明天然气储量3.13万亿m3,可向我国年供气100200亿m3;俄远东地区、萨哈林岛探明天然气储量1万亿m3,可向我国东北年供气100亿m3以上。中亚地区的哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦和土库曼斯坦三国探明的天然气储量6.77万亿m3,可向外供气300亿m3。我国规划在2010年以前铺设天然气管线90

6、00km,届时有望在全国形成“两纵、两横、四枢纽、五气库”的格局,形成可靠的供气系统。其中的两纵是南北的输气干线,即萨哈林岛-大庆-沈阳干线和伊尔库茨克-北京-日照-上海输气干线。目前我国的生产能力约为300亿m3/a, 2010年为700亿m3,2020年为10001100亿m3。天然气主要成分为CH4 (占90%左右,热值高(每立方米天然气热值为86009500千卡,便于运输,在3000公里的距离内运用管道输送都是十经济的。半个世纪以来,世界大多数国家时早以完成了由煤炭时代向石油时代的转换,正在向石油、天然气时代过度。如1950年在世界能源结构中煤炭所占的比例为57.5%,而到1996年则

7、下降为26.9%,天然气占23.5%石油占39%两者共占63%。能源界预测目前的消费量,石油只能再用20年,而天然气则可用100年,为此称21世纪是"天然气世纪"。中国的能源工业也必将跟上世界能源消费潮流。二、节能技术节能技术是指采取先进的技术手段来实现节约能源的目的。具体可理解为,根据用能情况,能源类型分析能耗现状,找出能源浪费的节能空间,然后依此采取对应的措施减少能源浪费,达到节约能源的目的。能源作为新世纪发展的动力,是制约经济发展的重要因素,它关系着一个国家的经济安全和国家安全。随着中国经济的快速发展,中国对能源的消费日益增加,而现在占主导地位的能源都是一次性能源,是

8、不可再生的,因此这两者的矛盾会日益加剧。而由于人们生活水平的提高,对生活环境质量的要求日益提高,而现在的能源利用水平对环境的污染相当严重。鉴于此,大力发展能源和节能技术刻不容缓。中国能源开发利用呈现出以下主要特点:一是能源以煤炭为主,可再生资源开发利用程度很低。中国探明的煤炭资源占煤炭、石油、天然气、水能和核能等一次能源总量的90%以上,煤炭在中国能源生产与消费中占支配地位。20世纪60年代以前中国煤炭的生产与消费占能源总量的90%以上,70年代占80%以上,80年代以来煤炭在能源生产与消费中的比例占75%左右,其它种类的能源增长速度较快,但仍处于附属地位。1995年,世界能源生产总量达到12

9、3万亿吨标准煤,固体、液体、气体、水电和核电的比重分别为28.3%、38.4%、23.5%和9.8%。在世界能源由煤炭为主向油气为主的结构转变过程中,中国仍是世界上极少数几个能源以煤为主的国家之一。二是能源消费总量不断增长,能源利用效率较低。随着经济规模的不断扩大和中国经济的长期快速发展,中国的能源消费呈持续上升趋势。19571989年中国能源消费总量从9644万吨标准煤增加到96934万吨,增加了9倍。19891999年,中国能源消费,从96394万吨标准煤增加到122000万吨,增长26%。受资金、技术、能源价格等因素的影响,中国能源利用效率与发达国家比低很多。能源综合利用效率仅为32%,

10、只有发达国家的50%左右。1994年单位GNP能耗(吨标准煤/千美元比较,中国分别是瑞士、意大利、日本、法国、德国、英国、美国、加拿大的14.4倍、11.3倍、10.6倍、8.8倍、8.3倍、7.2倍、4.6倍、4.2倍。三是能源消费以国内供应为主,环境污染加剧,优质能源供应不足。中国经济发展主要建立在国内能源生产与供应基础之上,能源技术装备也主要依靠国内供应。90年代中期以前,中国能源供应的自给率达98%以上。随着能源消费量的持续上升,以煤炭为主的能源结构造成城市大气污染,过度消耗生物质能引起生态破坏,生态环境压力越来越大。世界银行认为,中国空气和水污染所造成的经济损失,大体占国内生产总值的3%8%。中国有的学者甚至认为中国环境破坏经济损失占到国民生产总值的10%。以上这几点对我国能源环境问题提出了严峻的要求,要实现可持续发展就要提高能源利用率,减低环境的破坏,加大新能源的开发利用力度,大力发展节能技术。当前,能源危机与环境污染已经成为制约人类社会可持续发展的重要问题,研究新能源与节能技术成为我们的重中之重。燃料电池技术,是采用氢气、甲醇等作为燃料,经过化学反应产生电流驱动汽车的一种新能源技术。燃料电池的能量是由