我国电力系统发展燃料电池发电的技术路线
燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程,其发电效率不受卡诺循环的限制,发电效率可达到50%一70%,被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。目前,国际上磷酸型燃料电池已进入商业化,其它几种燃料电池预计在2005年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术,国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。
1.1技术特点
(1)理论发电效率高,发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50%一60%,组成的联合循环发电系统在(10-50)MW规模即可达到70%以上的发电效率。
(3)小型高效,可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。
(5)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。
(7)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。
(9)占地面积小,占地面积小于lm2/KW.
总之,燃料电池是一种高效、洁净的发电方式,既适合于作分布式电源,又可在将来组成大容量中心发电站,是2l世纪重要的发电方式。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是:高价格和寿命问题。
(1)现场热电联供,常用的容量为200KW一1MW.
(3)基本负荷的发电站(中心发电站),容量为(100-300MW)。
2、为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术?
以高温燃料电池组成的联合循环发电系统,可使发电效率达到60%-75%(LHV),这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年,发电效率可超过72%。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62%以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85%以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化,这使得燃料电池既可用作小容量分散电源,又可用于集中发电应用范围广泛。
燃料电池发电中几乎没有燃烧过程,NOx排放量很小,一般可达到(0.139一0.236)kg/MW.h以下,远低于天然气联合循环的NOx排放量(1kg/MW.h一3kg/MW.h)。由于燃料进入燃料电池之前必须经过严格的净化处理,碳氢化合物也必须重整成氢气和CO,因此,尾气中S02、碳氢化合物和固态粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。与常规燃煤发电机组相比,C02的排放量可减少40%一60%.在目前CO2分离和隔绝技术尚不成熟的状况下,通过提高能源转换效率减少CO2排放是必然的选择。
燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、体积小、可靠性高等突出特点,是理想的分布式电源。与目前一些可做为分布式电源的内燃机相比,燃料电池的发电效率更高、污染更低。在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。作为备用电源的柴油发电机由于污染和噪声大不宜在未来的城市中应用。低温燃料电池不仅发电效率高,而且启动快、变负荷能力强,是很好的备用电源。现代社会对供电的可靠性和环境的兼容性要求越来越高,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、台湾相继发生因自然灾害或人为因素造成的大面积停电,许多重要用户长期不能恢复供电,给社会和经济造成了巨大的损失。北约轰炸南联盟,使电力系统严重受损。这些由不可抗力引起的电网破坏无不使人引发出一个重要的思考:提高我国电力系统供电的可靠性和供电质量,虽然主要依靠电网的改造和技术革新,但如果在电网中有许多分布式电源在运转,供电的可靠性将会大大提高。
对于边远地区,负荷小且分散,若建设完善的电网,不仅投资大,线损大,且电网末端地区电力质量不稳定。对于这些区域若辅助燃料电池发电的分布式电源,更能有效地解决这些地区的电力供应问题。燃料电池的重量比功率和体积比功率均比常规的小型发电装置大,因此,它也是理想的移动电源,适合于各种建设工地、野外作业和临时急用。
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