李赏:中国低温燃料电池发展现状

   日期:2018-06-04     来源:中国储能网    浏览:686    评论:0    
核心提示:5月19日至21日,第八届中国国际储能大会在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等
 5月19日至21日,“第八届中国国际储能大会”在深圳隆重召开, 来自中国、美国、德国、英国、加拿大、西班牙、日本、韩国、澳大利亚等国和地区1500余位政府机构、科研院所、行业组织、电力公司、新能源项目单位、系统集成商等代表出席本次大会。

来自武汉理工大学的李赏教授发表了题为"中国低温燃料电池发展现状"的精彩演讲。

演讲内容如下:


李赏:各位来宾,大家下午好!很感谢储能协会的邀请,刚才说的潘老师因为临时有事,所以由我来代表潘老师给大家介绍一下国内外燃料技术的进展。潘老师对国内外燃料电池发电技术方面的进展情况非常的关注和了解。

近几年在燃料电池发电技术方面的进展,上面的图中可以看到,亚洲2015年、2016年燃料电池在发电技术方面取得很大的进展,2016年固定式燃料电池从4.7万个单元增加到5.5万个单元,发电功率从184MW增加到200MW,2016年比之前的MW数增加了很多,尤其从2015年开始到2016年增加了大概2/3。在交通方面,燃料电池增加的也挺多。从2001年,美国加利福利亚一个自我激励计划的支持下,安装400多个燃料电池系统,使加州成为固定式燃料电池安装领先的州。整个燃料电池容量超过175MW,包括40MW的CHP燃料电池系统和135MW只用于发电的燃料电池。

燃料电池发电技术的分类,在比较小的低功率主要是热点联供系统,还有工厂用的,大概就是到千瓦级和兆瓦级,还有几十兆瓦级的发电系统,一个是备用电源和移动电源,从这个表当中可以看出,前四个比较大的发电电力设备这一大块来说,SOFC每个都用到,研究最广泛。大型的电力设备和小型电源的主要竞争对手是燃气轮机和锂电都很强大。

家用热电联供系统,一个是欧盟在成员国项目的支持下,到2014年安装了800个CHP系统,计划还会更多。有一些欧洲的制造商朝着大规模生产的目标开始进行放大。在这个功率范围内到2023年有望达到一个成千上万台,计划是3600台。但是这个安装的量和日本比起来就小多了,日本目前已经安装了20万台的热电联供系统,目标是2020年安装140万台,到2030年安装530万台,也就是说它从今年到2020年的3年中安装120万台,平均每年都要安装40万台。欧洲推广的比较而言,家用热电联供系统要小得多,因为欧洲的电功率比日本大,每台价格也大得多,日本只需要700W每台。SOFC的增速,红圈当中明显高于PEMFC,大家都认为SOFC价格下降空间比PEMFC大,但是实际下降的幅度还是比PEMFC小。

德国固定式燃料电池的情况(见PPT)。在欧盟的项目下有1200个热电联供的应用,工厂应用是100-400KW,推向市场的计划是2016年8月开始的,在它起初的两个月当中就安装了大约343个单元。这就是热电联供方面介绍了这些热电联供国际上的发展情况。根据欧美的指标来说,主要是两个,一是价格,到2023年要降至1万欧元每千瓦,还有电效率和热效率加在一起要达到85%。从上面可以看到SOFC在热电联供的系统是主要的应用。我们国家在SOFC方面积累了比较好的经验,一个是宁波材料所颜值了10KW的系统在半山电厂演示,发电是8756.8W,而且提出了盘式SOFC结构,冲击25KW。华科是5KW的发电系统。张家口风电能转换的氢能储存系统,也是用PEMFC做的,这个装机容量大于0.5MW,产氢能力达到了每小时20NM3/H。发电系统净输出功率大于30KW,这是在2016年的后半年,我们国家就统计了弃风式是371亿KWH,每年丢弃的风电可以产氢165亿立方米,而我们每年从俄罗斯进口的天然气是380亿立方米,如果我们能把这个弃风利用起来产氢,可以弥补这块的缺口。

美国用在冷冻集装箱当中的固定式的电源。燃料电池代替了内燃机,降低燃料成本和排放,在一个20英尺的集装箱里面有一个100KW的燃料电池和氢的储存系统。它的电源最大连续运营的时间达到11小时21分钟,平均输出功率29.4KW,最大连续5分钟输出的功率达到了91KW,6个月运行时间达到了278小时,发电总量为7285KWHR。采用燃料电池的效率比内燃机提高了30%。这是它统计的发生故障,集装箱的电源发生故障的情况,最右边是燃料电池发生故障,上面是发生故障次数,只发生一次,故障次数是最少的,但是就这一次故障导致整个停机时间就接近30天,所以燃料电池的耐久性也是很值得大家去关注和提高的方面。日本商业燃料电池的考虑,日本做燃料电池只考虑SOFC,现在的电效率大概在50%左右。商业用燃料电池的指标(见PPT),电效率、热效率加起来是70%-80%。

发电站的情况,这是我们国家在辽宁营口由荷兰做的发电站,大概是200个10KW燃料电池堆,用的是PEMFC燃料电池,一般燃料电池输出功率是2000KW,燃料电池的效率大概是55%,辅助消耗120KW,总效率在75%。这是美国电网的发电站,是由美国Bloom Energy公司,它主要的客户包括苹果、谷歌这些大的企业数据中心供电以及楼宇用电,2016年的产量大约在200MW。这是他的一个单元,这个单元的功率是250KW,大概是7个这样的模组控制的。提到这个就不得不提我们国家的三环陶瓷集团,这个集团是我们国家先进的陶瓷上市龙头企业,大家都知道SOFC主要用的是陶瓷材料,它从2004年开始,SOFC的研发和产业化,现在已经成为全球SOFC电解质的隔膜片,单电池的核心组件,膜电极的供应商,主要是给前面提到的公司供SOFC的膜电机。2016年完成的产值将近3亿人民币,这是值得我们骄傲的公司。

电网用发电站,这是在韩国京畿道燃料电池的电站,用熔融碳酸盐燃料电池,用2.8MW×21组成的一个电池组。这是在发电站上,欧盟对电池燃料的要求,到2023年,它的成本要控制在1500-2500欧元每KW,热效率和电效率大概要达到60%以上。下面介绍后面两个小型备用电源和移动电源的情况。这是在美国,51个州都安装了备用电源的单位,全球安装了近1万台备用电池。发展百余套系统,累计运行31441天,这些系统遍布我们国家江苏、上海、福建这些地区。燃料电池在无人机方面的应用(见PPT)。这个比锂电储能要多。下面是移动式的,主要是用直接醇燃料电池做的,直接醇燃料电池可以做到377WH/KG,和锂电相比有比较高的竞争力。这种燃料电池也是直接醇的燃料电池,它的功率可以达到620WH/KG。直接醇的燃料电池主要是中科院长春应化所和大连化物所研制了功率范围从100-500W等多款直接醇的电源,在军工上有应用。燃料电池在发电技术方面主要是效率和价格,目前燃料电池微型、热点联产系统的效率大概是42%,高出内燃机微型热点联产系统10%,固定燃料电池的关键是提高效率,并且确保废热的利用。它占整个系统总成本的30%,有待进一步下降。

报告的结论:1、发电用燃料电池似乎以SOFC为主,因为国外都是以SOFC为主,主要原因发电效率更高,初始效率达到60%,而且成本降低的空间也大一些。2、我们国家目前还是以PEMFC为主,功率在10-30KW,PEMFC在发电技术中不是主流,后面的主流还是SOFC。目前我们国家在这方面的成熟度比较低。3、我们国家更多前期工作在备用电源和移动电源方面。4、发电这块,效率、寿命和高的比能量的电源密度,像程老师说的,廉价、高效和长寿命的燃料电池也是以后大力发展的目标。

谢谢各位。敬请指正。

(本文根据现场录音整理,未经本人审核)
 
标签: 李赏 低温电池
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