2 為什么要在我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)?

2.1 采用燃料電池發(fā)電是提高化石燃料發(fā)電效率的重要途徑之一

以高溫燃料電池組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，可使發(fā)電效率達(dá)到60%-75%(LHV)，這一目標(biāo)將在2005年左右實(shí)現(xiàn)。預(yù)計(jì)到2010年，發(fā)電效率可超過(guò)72%。煤氣化燃料電池聯(lián)合循環(huán)(IGFC)的發(fā)電效率可達(dá)到62%以上。以燃料電池組成的熱電聯(lián)產(chǎn)機(jī)組的總熱效率可達(dá)到85%以上。燃料電池本體的發(fā)電效率基本不隨容量的變化而變化，這使得燃料電池既可用作小容量分散電源，又可用于集中發(fā)電應(yīng)用范圍廣泛。

2.2 燃料電池發(fā)電可有效地降低火力發(fā)電的污染物和溫室氣體排放量

燃料電池發(fā)電中幾乎沒(méi)有燃燒過(guò)程，NOx排放量很小，一般可達(dá)到(O.139一 0.236)kg/MW·h以下，遠(yuǎn)低于天然氣聯(lián)合循環(huán)的NOx排放量(1kg/MW·h一3kg/MW.h)。由于燃料進(jìn)入燃料電池之前必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的凈化處理，碳?xì)浠衔镆脖仨氈卣蓺錃夂虲O， 因此，尾氣中S02、碳?xì)浠衔锖凸虘B(tài)粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。與常規(guī)燃煤發(fā)電機(jī)組相比，C02的排放量可減少40%一60%.在目前CO2分離和隔絕技術(shù)尚不成熟的狀況下，通過(guò)提高能源轉(zhuǎn)換效率減少CO2排放是必然的選擇。

2. 3 采用燃料電池發(fā)電可提高供電的靈活性和可靠性

燃料電池具有高效率、低污染、低噪聲、模塊化結(jié)構(gòu)、體積小、可靠性高等突出特點(diǎn)，是理想的分布式電源。與目前一些可做為分布式電源的內(nèi)燃機(jī)相比，燃料電池的發(fā)電效率更高、污染更低。在250KW-lOMW的功率范圍內(nèi)，具有與目前數(shù)百兆瓦中心電站相當(dāng)甚至更高的發(fā)電效率。作為備用電源的柴油發(fā)電機(jī)由于污染和噪聲大不宜在未來(lái)的城市中應(yīng)用。低溫燃料電池不僅發(fā)電效率高，而且啟動(dòng)快、變負(fù)荷能力強(qiáng)，是很好的備用電源。現(xiàn)代社會(huì)對(duì)供電的可靠性和環(huán)境的兼容性要求越來(lái)越高，高效、低污染的分布式電源系統(tǒng)日益受到重視。近年來(lái)美國(guó)、加拿大、臺(tái)灣相繼發(fā)生因自然災(zāi)害或人為因素造成的大面積停電，許多重要用戶(hù)長(zhǎng)期不能恢復(fù)供電，給社會(huì)和經(jīng)濟(jì)造成了巨大的損失。北約轟炸南聯(lián)盟，使電力系統(tǒng)嚴(yán)重受損。這些由不可抗力引起的電網(wǎng)破壞無(wú)不使人引發(fā)出一個(gè)重要的思考：提高我國(guó)電力系統(tǒng)供電的可靠性和供電質(zhì)量，雖然主要依靠電網(wǎng)的改造和技術(shù)革新，但如果在電網(wǎng)中有許多分布式電源在運(yùn)轉(zhuǎn)，供電的可靠性將會(huì)大大提高。

對(duì)于象軍事基地、指揮中心、醫(yī)院、數(shù)據(jù)處理和通訊中心、商業(yè)大樓、娛樂(lè)中心、政府要害部門(mén)、制藥和化學(xué)材料工業(yè)、精密制造工業(yè)等部門(mén)，對(duì)電力供應(yīng)的可靠性和質(zhì)量要求很高。目前采用的備用電源效率低、污染嚴(yán)重、電壓波動(dòng)大。而采用燃料電池作為分布式電源向這些部門(mén)提供電力，會(huì)使供電的可靠性和電力質(zhì)量大大提高。他們將是燃料電池發(fā)電技術(shù)的第一批用戶(hù)。

對(duì)于邊遠(yuǎn)地區(qū)，負(fù)荷小且分散，若建設(shè)完善的電網(wǎng)，不僅投資大，線(xiàn)損大，且電網(wǎng)末端地區(qū)電力質(zhì)量不穩(wěn)定。對(duì)于這些區(qū)域若輔助燃料電池發(fā)電的分布式電源，更能有效地解決這些地區(qū)的電力供應(yīng)問(wèn)題。燃料電池的重量比功率和體積比功率均比常規(guī)的小型發(fā)電裝置大，因此，它也是理想的移動(dòng)電源，適合于各種建設(shè)工地、野外作業(yè)和臨時(shí)急用。

2.4 發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是提高國(guó)家能源和電力安全的戰(zhàn)略需要

美國(guó)已將燃料電池發(fā)電列為國(guó)家安全關(guān)鍵技術(shù)之一。美、日之所以能在燃料電池技術(shù)方面處于世界領(lǐng)先地位，與國(guó)家從戰(zhàn)略高度予以組織、資助和推動(dòng)密不可分。在目前復(fù)雜的國(guó)際環(huán)境下，高技術(shù)的壟斷日趨嚴(yán)重，掌握清潔高效發(fā)電的高新技術(shù)對(duì)未來(lái)國(guó)家的能源和電力安全具有重要的戰(zhàn)略意義，而燃料電池發(fā)電技術(shù)，正是這種高效清潔的高新發(fā)電技術(shù)之一。燃料電池突出的優(yōu)點(diǎn)，以及發(fā)達(dá)國(guó)家竟相投入巨資研究開(kāi)發(fā)的行動(dòng)，足以說(shuō)明燃料電池發(fā)電技術(shù)在21世紀(jì)會(huì)起到越來(lái)越重要的作用。

2.5 發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是國(guó)電公司“加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，形成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)”的需要

燃料電池發(fā)電技術(shù)是電力工業(yè)中的高新技術(shù)，己受到普遍重視。美國(guó)燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)主要由美國(guó)能源部組織實(shí)施，其中一個(gè)重要的目的就是形成新的高技術(shù)產(chǎn)業(yè)，為美國(guó)的經(jīng)濟(jì)注入新的活力。日本的東京電力公司、關(guān)西電力公司及其它公用事業(yè)單位是日本燃料電池開(kāi)發(fā)及商業(yè)化的主要承擔(dān)者和推動(dòng)者，其目的也是為電力公司注入新的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)以獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

國(guó)家電力公司處在完成“兩型”、“兩化”、 “進(jìn)入世界500強(qiáng)”的歷史時(shí)刻，恰逢黨中央國(guó)務(wù)院號(hào)召全國(guó)各行業(yè)“加強(qiáng)技術(shù)創(chuàng)新，發(fā)展高科技，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化”的有利時(shí)機(jī)，在國(guó)家電力公司內(nèi)不失時(shí)機(jī)地進(jìn)行燃料電池發(fā)電技術(shù)的研究開(kāi)發(fā)是非常必要的。采取引進(jìn)、消化、吸收和再創(chuàng)新的技術(shù)路線(xiàn)，以高起點(diǎn)，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)初步形成自主產(chǎn)權(quán)的燃料電池發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)，不僅可以使我國(guó)在燃料電池發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域與國(guó)外的差距大大縮小，而且，對(duì)國(guó)家電力公司進(jìn)行發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)調(diào)整、技術(shù)創(chuàng)新、形成高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)、實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)、提高國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)能力都具有非常重要的意義。

2.6 燃料電池發(fā)電技術(shù)在我國(guó)有廣闊的發(fā)展前景

未來(lái)二十年，隨著我國(guó)“西氣東送”，全國(guó)天然氣管網(wǎng)的不斷完善及液化天然氣(LNG)的廣泛應(yīng)用，燃用天然氣的燃料電池發(fā)電將會(huì)有很大市場(chǎng)。煤層氣也是燃料電池的理想燃料。我國(guó)豐富的煤層氣資源也將是燃料電池發(fā)電的巨大潛在能源之一。燃料電池可與常規(guī) 燃?xì)庖徽羝?lián)合循環(huán)結(jié)合，形成更高效率的發(fā)電方式。與煤氣化聯(lián)合循環(huán)(IGCC)結(jié)合，形成數(shù)百兆瓦級(jí)的大型、高效、低污染的中心發(fā)電站，比IGCC效率更高，污染更小。

燃料電池可與水電、風(fēng)電和太陽(yáng)能發(fā)電等結(jié)合，在高出力時(shí)，利用電解水制氫，低出力時(shí)用燃料電池發(fā)電，達(dá)到既儲(chǔ)能，又高效發(fā)電的目的。采取氣化或厭氧處理的方法將生物質(zhì)變?yōu)槿剂蠚?，通過(guò)燃料電池發(fā)電，提高能源轉(zhuǎn)換效率，并降低污染物排放量。對(duì)一些經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)但有豐富的沼氣資源的地區(qū)，利用燃料電池發(fā)電技術(shù)有可能更有有效地解決這些地區(qū)的電力供應(yīng)問(wèn)題。

2.7 與國(guó)外有較大的差距

在燃料電池發(fā)電技術(shù)方面，我國(guó)與國(guó)際先進(jìn)水平有較大的差距。在MCFC和SOFC技術(shù)方面，國(guó)外已分別示范成功了2MW和100KW的燃料電池發(fā)電機(jī)組，而我國(guó)在這方面才剛剛起步，2000年才可望研制出2KW左右的試驗(yàn)裝置。在PAFC和PEFC技術(shù)方面，國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距更大。倘若我們現(xiàn)在不開(kāi)始研究開(kāi)發(fā)燃料電池發(fā)電技術(shù)，等到燃料電池完全成熟后再引進(jìn)，不但會(huì)受制于人，還將付出更大的經(jīng)濟(jì)代價(jià)，更談不上盡快形成燃料電池發(fā)電的產(chǎn)業(yè)化。若不能形成燃料電池的產(chǎn)業(yè)化并在電力系統(tǒng)廣泛應(yīng)用，那么，也談不上提高發(fā)電效率和降低污染物的排放。只有從現(xiàn)在開(kāi)始，在國(guó)外的基礎(chǔ)上，高起點(diǎn)研究，經(jīng)過(guò)10-20年的努力，有可能在國(guó)電公司形成燃料電池的產(chǎn)業(yè)和廣泛的商業(yè)應(yīng)用。

2.8 在我國(guó)電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下的迫切要求

分散式電源作為大電網(wǎng)的有效補(bǔ)充己得到許多國(guó)家的重視，而電源提供者的多元化更是一種趨勢(shì)。我國(guó)電網(wǎng)的容量大、技術(shù)水平和可靠性還較低、抵御各種災(zāi)害的能力較差，在這種情況下，小型高效的燃料電池分布式電源隨著技術(shù)的商業(yè)化市場(chǎng)潛力巨大。

倘若電力系統(tǒng)不及時(shí)進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)，在未來(lái)幾年內(nèi)，有可能被國(guó)外企業(yè)和國(guó)內(nèi)其它其它行業(yè)或民營(yíng)企業(yè)占領(lǐng)燃料電池分散電源市場(chǎng)。在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)條件下，國(guó)電公司既是用戶(hù)，又是開(kāi)發(fā)者。對(duì)于燃料電池這樣重要的發(fā)電高新技術(shù)，應(yīng)不失時(shí)機(jī)地著手研究開(kāi)發(fā)，聯(lián)合國(guó)內(nèi)一些基礎(chǔ)研究單位，爭(zhēng)取納入國(guó)家的攻關(guān)計(jì)劃，獲得國(guó)家支持，在盡可能短的時(shí)間內(nèi)，形成燃料電池發(fā)電技術(shù)研究開(kāi)發(fā)的優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)燃料電池發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)和成套技術(shù)，形成國(guó)電公司的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，既可優(yōu)化調(diào)整電力結(jié)構(gòu)，又能滿(mǎn)足市場(chǎng)的不同需求。