4 各種燃料電池發電技術綜合比較

(1)AFC：與其它燃料電池相比，AFC功率密度和比功率較高，性能可靠。但它要以純氫做燃料，純氧做氧化劑，必須使用Pt、Au、Ag等貴金屬做催化劑，價格昂貴。電解質的腐蝕嚴重，壽命較短，這些特點決定了AFC僅限于航天或軍事應用，不適合于民用。

(2)PAFC：以磷酸做為電解質，可容許燃料氣和空氣中C02的存在。這使得PAFC成為最早在地面上應用或民用的燃料電池。與AFC相比它可以在180℃一210℃運行，燃料氣和空氣的處理系統大大簡化，加壓運行時，可組成熱電聯產。但是，PAFC的發電效率目前僅能達到40%一45%(LHV)，它需要貴金屬鉑做電催化劑;燃料必須外重整：而且，燃料氣中C0的濃度必須小于1%(175℃)一2%(200℃)，否則會使催化劑中毒;酸性電解液的腐蝕作用，使PAFC的壽命難以超過40000小時。PAFC目前的技術已成熟，產品也進入商業化，做為特殊用戶的分散式電源、現場可移動電源和備用電源，PAFC還有市場，但用作大容量集中發電站比較困難。

(3)MCFC：在650℃一700℃運行，可采用鎳做電催化劑，而不必使用貴重金屬：燃料可實現內重整，使發電效率提高，系統簡化;CO可直接用作燃料;余熱的溫度較高，可組成燃氣/蒸汽聯合循環，使發電容量和發電效率進一步提高。與SOFC相比，MCFC的優點是：操作溫度較低，可使用價格較低的金屬材料，電極、隔膜、雙極板的制造工藝簡單，密封和組裝的技術難度相對較小，大容量化容易，造價較低。缺點是：必須配置C02循環系統;要求燃料氣中H2S和CO小于0.5PPM;熔融碳酸鹽具有腐蝕性，而且易揮發;與SOFC相比，壽命較短;組成聯合循環發電的效率比SOFC低。與低溫燃料電池相比，MCFC的缺點是啟動時間較長，不適合作備用電源。MCFC己接近商業化，示范電站的規模已達到2MW。從MCFC的技術特點和發展趨勢看，MCFC是將來民用發電(分散電源和中心電站)的理想選擇之一。

(4)SOFC：電解質是固體，可以被做成管形、板形或整體形。與液體電解質的燃料電池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC避免了電解質蒸發和電池材料的腐蝕問題，電池的壽命較長(已達到70000小時)。CO可做為燃料，使燃料電池以煤氣為燃料成為可能。SOFC的運行溫度在1000℃左右，燃料可以在電池內進行重整。由于運行溫度很高，要解決金屬與陶瓷材料之間的密封也很困難。與低溫燃料電池相比，SOFC的啟動時間較長，不適合作應急電源。與MCFC相比，SOFC組成聯合循環的效率更高，壽命更長(可大于40000小時);但SOFC面臨技術難度較大，價格可能比MCFC高。示范業績證明SOFC是未來化石燃料發電技術的理想選擇之一，既可用作中小容量的分布式電源(500kw一50MW)，也可用作大容量的中心電站(>l00MW)。尤其是加壓型SOFC與微型燃氣輪結合組成聯合循環發電的示范，將使SOFC的優越性進一步得到體現。

(5)PEFC：PEPC的運行溫度較低(約80℃)，它的啟動時間很短，在幾分鐘內可達到滿負荷。與PAFC相比，電流密度和比功率都較高，發電效率也較高(45%一50%(LHV))，對CO的容許值較高(<10ppm)。PEFC的余熱溫度較低，熱利用率較低。與PAFC和MCFC等液體電解質燃料電池相比，它具有壽命長，運行可靠的特點。PEFC是理想的可移動電源，是電動汽車、潛艇、航天器等移動工具電源的理想選擇之一。目前，在移動電源、特殊用戶的分布式電源和家庭用電源方面有一定的市場，不適合做大容量中心電站。

5 結論

選擇適合于我國電力系統發展的燃料電池發電技術，應綜合考慮以下幾點：較高的發電效率;環保性能好;既能作為高效、清潔的分布電源，又具有形成大容量的聯合循環中心發電站的發展潛力;既能以天然氣為燃料，又具有以煤為燃料的可能性;技術的先進性及商業化進程;運行的可靠性和壽命;降低造價的潛力;國內的基礎。綜合考慮以上幾點，對適合于我國電力系統發展的燃料電池發電技術，提出以下幾點選擇意見

(1)優先發展高溫燃料電池發電技術。即選擇MCFC和SOFC為我國電力系統燃料電池發電技術的主要發展方向，這兩種燃料電池既能以天然氣為燃料作為高效清潔的分布電源，又具有形成大容量的聯合循環中心發電站(以天然氣或煤為燃料)的發展潛力。

(2)MCFC和SOFC各有特點，都存在許多問題，尚未商業化。若考慮技術難度和成熟程度以及商業化的進程，對于MCFC，應走引進、消化吸收、研究創新，實現國產化的技術路線，并盡快投入商業應用：對于SOFC，應立足于自主開發，走創新和跨越式發展的技術發展路線。

(3) 隨著氫能技術的發展，PEFC在移動電源、分散電源、應急電源、家庭電源等方面具有一定優勢和的市場潛力，國家電力公司應密切跟蹤研究。

(4) AFC不適合于民用發電。PAFC技術目前已趨于成熟，與MCFC、SOFC和PEFC比較，已相對落后。因此，AFC和PAFC不應做為國家電力公司研究開發的方向。

參考文獻

[1] 許世森，朱寶田等，在我國電力系統發展的燃料電池發電的技術路線和實施方案研究， 國家電力公司熱工研究院，1999.12