分布式燃料电池示范电站项目投资调研报告

分布式燃料电池示范电站工程调研报告〔北京材料进展中心投资进展部经理谭永东〕一、北京进展分布式电站的重要意义求现场依据用户对能源的不同需求，实现对口供给电能，将输送环节的损耗降至最低。分布式电站的特点是〔〕〔2〕供电牢靠性提高：由于在用户近旁直接安置的分布式能源系统的动力装置相互独立，灾难性后果的发生〔3〕殊用户，这种供能方式最大的优点是可进展遥控和监测区域电力质量和性能，输电损失少，运行安全牢靠〔4〕〔5〕而且需要其它能量形式时，分布式电站可在小范围内实现热、电、冷联产。2023GDP48～93.54.5～5.512亿吨以上电力用煤，由此将对资源、采掘、运输及环境带来难以承受之重。另外，我国能源资源分布很不均衡。煤炭探明储量的70%以上分布在华北和西北，可开发水能资源的68%集中在西南，而东部沿海兴盛地区及北京等能源电高，高效、低污染的分布式电源系统日益受到重视。近年来美国、加拿大、台湾相继发生因中有很多分布式电源在运转，供电的牢靠性将会大大提高。对于北京而言，作为首都，拥有会使供电的牢靠性和电力质量大大提高。建设分布式电站可以是我国特别是北京这样的用电紧急地区缓解电力缺口拓产业应用市场的一个对策。二、承受质子交换膜型燃料电池技术路线的可行性分析1、分布式电站动力与能源转换设备技术的种类与群控优化技术、综合系统优化技术、资源深度利用技术。动力与能源转换设备技术包括：(1)小型燃气轮机--在小型航空涡轮发动机技术的根底智能把握水平；(2)微型燃气轮机--(3)燃气内燃机--内燃机技术对于我国已经格外成放把握、电子把握和设备大修周期等，此外，国外正在进展的预燃、回热、增压涡轮技术，(4)斯特林发动机--外燃式斯特林技术我国已经711电效率，以及自动化把握水平；(5)燃料电池--该技术有质子交换膜、固体氧化物、熔融硅酸整合，发电效率将可能到达80％，是将来最具有进展价值的技术；(6)微型蒸汽轮机--蒸汽轮制冰机组供给低温冷能，可以更好地利用蒸汽中的能量；(7)微型水轮机和微型抽水蓄能电站--小型、微型水轮机组不仅可以在任何有水位落差和水利压差的地方使用，而且可以广泛利电能品质。该技术可以在一个孤网运行系统中，供给大功率启动电能；(8)太阳能发电和太阳热发电--利用太阳能量的发电技术，关键是降低本钱，同时需要争论与其他能源利用方式和与照明技术整合等等；(9)风能--利用大型风机发电将可以代替现有的火力发电系统题；(10)余热制冷系统--利用动力机产生的余热供热制冷是分布式热电冷三联供系统的重要--动力转换--低温制冷等技术，这些技术均比较成熟，关键是系统的集成和提高效率，以及降低造价等问题；(11)热泵--利用地源、水源和其他温差资源的能源利用技术，重点在于提高效率和增加与其他能源利用技术的整合力气；(12)能量回收系统--诸如将建筑物内电梯下行、汽车制动、自来水减压等能量回收的技术以及应用设备的研发。2、燃料电池技术的特点燃料电池(FuelCell,FC)是一种可将燃料(主要是H2)和氧化剂(02)中的化学能池具有以下优点：(1)理论发电效率高，进展潜力大。燃料电池本体的发电效率可到达50%60％，组成的联合循环发电系统在(10—50)MW70％以上的发电效率。(2)C024060NOx2ppmSOx1ppm。(3)小型高效，可提高供电牢靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小，在低负荷时发电效率还会上升。(4)低噪音。在距发3英尺(1．044米)60dB(A)。(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519(6)(8lO％)／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、自然气、轻油、柴油等。(8)模块化构造，扩容和增容简洁，建厂时间短。(9)lm2／KW。(10)自动化程度高，可实现无人操作。〔比方内燃机250KW—lOMW的功率范围内，具有与目前数百兆瓦中心电站相当甚至更高的发电效率。燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化构造、体积小、牢靠性高、电力质量好等突出特点，是抱负的分布式电源。3、分布式燃料电池电站技术的市场潜力分散式电源作为大电网的有效补充己得到很多国家的重视约在17000MW/年以上。我国电网的容量大、技术水平和牢靠性还较低、抵抗各种灾难的力气较差，在这种状况下，小型高效的分布式燃料电池电站随着技术的商业化市场潜力巨大，17000MW/年。据日本政府推想，2023年分布式燃料电池装机容735MW。4、燃料电池技术的种类燃料电池历经一百多年进展，依据电池中所用电解质不同已形成六类：碱性燃料电池AFC、磷酸型燃料电池PAF、熔融碳酸盐燃料电池MCF、固体氧化物燃料电池SOF、直接氧化甲醇燃料电池DMF、质子交换膜型燃料电池PEMF。前两种MCFC工作温度约600℃，可以使用脱硫煤气作燃料，具有较高的热效率，构造简洁，是美、日、欧进展的重点，目前主要技术问题已接近解决，进入了建立百千瓦级试验电站的阶段。SOFC是以煤造气为燃料的最抱负的电池，工作温度为90100℃，能供给优质的余热，热电效率高6％，利于煤气化联合运转，目前处于材料、构造、制造技术攻关阶段。DMFC以液体甲醇作燃料直接氧化PEMFC的工作温度低，一般为60－100℃，它以全氟化的磺酸型固体聚合物为电解质，铂作为电催化剂，纯氢为燃料，空气为氧化剂，可以室温启动。种类表质子交换膜燃料电池各种燃料电池性能参数比较碱性燃料固体氧化物电 池燃料电池可溶性碳酸盐燃料电池磷酸燃料电〔PEMFC〕〔AFC〕 〔SOFC〕〔MCFC〕性能运行温度〔℃〕8080 1000650200动力/质量〔瓦/340～150035～105 15～2030～40120～180千克〕效率40%～60%40%～ 45%～50%60%50%～57%40%～47%启动时间秒分 大于10小时10小时2～4燃料类型纯氢 自然气自然气自然气气中提取的合成气合成气纯氢是否承受铂金是否 否否是说明电解液材料用陶瓷作为承受液态电是一层很薄电解液材料解液的固态聚合体隔膜5、质子交换膜燃料电池技术的特点及在电站领域的示范应用PEMFC技术的特点有：运行温度低、可在低温下起动和工作，且无腐蚀性电解质，运行安全牢靠，运行寿命长；负载连续；无运动部件、无震惊、无噪音；模块构造、积木性强，1000W/L1W/CM20%～30%1.7公斤/1.0立升/公斤；零排放。PEMFCPEMFCPlug-Power3～5kw级利用自然气，经过PEM燃料电池发电装置，其所发电力的本钱比电网电价降低约20%。供热型的5～7kwPEMFCPlug-PowerGE202310kwPEMFC进入商业化，价格到达S750—1000／kw，大批量生产后，使PEMFC到达$350／kw。加拿大在PEMFC250kwPEMFC示范电站，250kwPEMPCBallard200～250kwPEM“PEMPEMFC(—2)k。我国全面开展了质子交换膜燃料电池1kW-2kW、5kW25kWPEMFC分布能源，上海神力科技研5－10kw2023991000三、北京进展分布式PEMFC燃料电池电站的框架思路1、进展战略近期可瞄准为2023年奥运场馆的广告牌、记分牌、照明供给电力及可作为备用电源，PEMFC源体系战略的实施逐步进军环渤海地区乃至全国市场，建成的产业亮点。2、技术方向PEMFC立核心竞争力。3、行业主体北京在PEMFC燃料电池行业的主体主要有：200WPEMFC6.3V，电流30A。目前一种更小的PEMFC1020见下表。从表中可见，如能提高清华大学核研院的PEMFC电堆的电流密度，减薄端版厚度，则其性能可与美国H-Power公司相当。目前，改进工作仍在进展中。清华大学核研院小型PEMFC的特点是：使用自行研制的电催化剂，大幅度地降低了本钱。使用自行研制的薄金属双极板，大大减轻了电堆重量。国家“九五”攻关燃料电池工程中的催化剂子课题。清华大学还在研制Pt/C及抗CO9Pt/CE-Tech0.6-0.8E-Tech公司同类产品。目前，正实行的措施争取进一步提高清华大学的产品性能。抗CO多元催PEMFC电堆施加反向电压可提高PEMFC的更有用的方法，该方法的工程应用还需进一步争论。美国H-Power公司 学核研院额定功率〔W〕 40 30额定电压〔V〕 9 9电流密度(mA/cm2) 450 330单电池数目 16 15额定电压〔V〕 6,9,12. 6,166长x宽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北京快速绿能电源技术有限责任公司――以开发质子交换膜燃料电池〔PEMFC〕为主攻5000多万元在中关村永丰基地建有燃料电池中试基地。在根底争论领域与清华大学核研院联合，目前已开发出额定功率为150W、250W、5kW、6.5kW、18kW及30kW六种型号的燃料电池〔燃料为氢、氧或氢、空〕并拥有五项专利技术和21项专有技术。公司开发重点是电动汽车用质子交换膜燃料电池发动机，产品功率密度高〔到达650W/k、单体功率大。与国外竞争对手的相比，质量性能相差不大，但价格却远低于国外同类产品。估量中试成功进入产业化后，年产量可达5000千瓦，产值可达1000万元人民币。北京世纪富原燃料电池――特地从事质子交换膜燃料电池(PEMFC)及其关键原1995年与加拿大能源公司合作进展PEMFC5kWPEMFC1.5kW、5kW、10kW、30kW、45kW、75kW3W30W300W863PEMFC关键原材料方面的主要产品有：全氟磺酸质子交换膜、全氟磺酸溶液、SJTBDDSL、碳复合板、碳载铂催化剂和多孔集中电极。其中，全氟磺酸质子交换膜和DDSL模压双极板先后通过了北京市科委主持的科技成果鉴定，其主要性能指标到达了国际先进水平，本钱低于国外同类产品。公司在亦庄开发区投资6,500503000〔EW1100，膜厚50μm，膜电导率≥0.09S/cm(25℃)，膜含水率≥45%(100℃,1h)，拉伸模量≥270MPa(50%RH,23℃)，各向同性；高性能全氟质子交换溶液5wt.EW110性能优于国外同类产品；高活性纯铂和碳载铂纳米催化剂；高功率密度双网络膜电极〔>0.3W/cm>0.6W/cm；超大容量便携自控式氢源〔质量储氢率5-％；超大容量便携燃料电池500-1000Wh/k。4、风险因素PEMFC燃料电池这一最前沿的高技术，在分布式电站领域目前处于示范应用阶段，其会配套设施等一揽子方案予以化解。生产本钱昂扬制约PEMFC合系统的简洁性；三是温度局限性；四是生产工艺；五是电力密度。技术创太快染物〔一氧化碳、硫等〕的容忍程度；二是的燃料电池材料；三是的燃料电池发电厂系统。燃料电池适应性受限受性。系统集成简洁系统。为此，需在以下方面加强争论：一是电力变流器；二是电力调整器；三是混合系统设计；四是混合系统集成和测试；五是运行和维护；六是综合系统的把握。5〕耐性和牢靠性不够耐久性；四是电极连接性能。其它非技术性障碍·燃料电池产品标准及其生产标准；·CO2和污染物的排放标准；·燃料电池装置能否得到充分的保险；·大规模的根底设施建设；·国家及地方的能源产业政策。四、结论PEMFC技术路线具有PEMFCPEMFC燃料电池产业化前景是五、有关资讯〔1〕2023227审会。对北京电力公司和清华大学电机系提出的报告进展评审。《北京市分布式电源