4月24-26日，由中國化學與物理電源行業協會儲能應用分會主辦的第九屆中國國際儲能大會在浙江省杭州市洲際酒店召開。在4月26日上午的“氫能與燃料電池“專場，中國華能集團清潔能源技術研究院有限公司清潔能源設計優化部副主任程健在會上分享了主題報告《熔融碳酸鹽燃料電池的研究進展與應用前景分析》，以下為演講實錄：

程健：各位來賓，各位專家，早上好！剛才各位專家對固體氧化物燃料電池和質子交換膜燃料電池的介紹比較多，今天我主要介紹一下目前技術比較成熟的熔融碳酸鹽燃料電池的研究和應用情況。

講熔融碳酸鹽燃料電池，首先從能源革命開始。人類文明是隨著技術進步在逐步發展的，從最初的薪柴到煤炭的利用，蒸汽機的出現促進了工業革命的發展，石油與天然氣的大量使用，促進了內燃機的發展，但是化石能源的大量使用帶來了環境和大氣的嚴重污染。進入新時代我們需要潔凈的空氣和優美的環境，就需要能源革命來改變目前的生產和消費模式，需要互聯網和新能源來達到我們的需求。風能光伏等新的能源出現就有一個氫儲能的問題。氫是未來低碳社會理想的能源載體，據國際氫能委員會預測，在未來的2050年的氫能社會中發電占了11.7%的比例，交通占了28.6%的比例，發電和交通利用氫能的終端技術都是燃料電池。

目前氫能在燃料電池上運用得比較廣泛。燃料電池有很多的優勢，主要是跟常規發電方式比，它的化學能直接轉換成電能，效率是比較高的。成熟應用的主要是質子交換膜燃料電池，熔融碳酸鹽燃料電池，固體氧化物燃料電池。質子交換膜燃料電池因為常溫啟動，比較迅速比較快，主要運用在備用電源、應急電源和車用方面。熔融碳酸鹽燃料電池首先裝機容量是目前最大的，主要用在固定電站。熔融碳酸鹽燃料電池有它的缺點，首先功率密度比較低，體積比較大。但優點是單電池的面積和功率都比較大，最適合運用于分布式電站和固定電站。固體氧化物燃料電池受單電池面積和功率的制約，主要應用在家用方面和能源數據中心方面。

在所有燃料電池里面的材料體系中，熔融碳酸鹽燃料電池是非常簡單的。電解質材料只有碳酸鋰、碳酸鉀；雙極板就是普通的316L不銹鋼材料，加工比較容易，面積也比較容易放大。熔融碳酸鹽燃料電池在國外已經進行了兆瓦級大規模的示范和應用，它的壽命基本上是在四萬小時以上。韓國建成世界上最大的59兆瓦的電站，已經開始在韓國京畿道的工業園區示范應用。國內的中廣核也投資了的韓國10兆瓦的熔融碳酸鹽燃料電池電站，也在示范應用。從目前的應用情況來看，兩種電池堆組合方式，其中一個是2.8MW的，由兩個發電模塊并聯組成，效率達到47%；另外一個是3.7MW的電站，由兩個模塊并聯，最后再串聯一個小的發電模塊，它的效率達到60%。

熔融碳酸鹽燃料電池技術一直為發達國家所掌握，我們想買國外的電堆是不可能的，只能靠自主研發。華能集團從2009年開始進行熔融碳酸鹽燃料電池的研究從粉末材料到電解質隔膜、電極、雙極板以及小電池堆大電池堆的組裝開始研究，目前已經掌握了熔融碳酸鹽燃料電池的核心關鍵技術，開發出了20千瓦的熔融碳酸鹽燃料電池系統，燃料利用率達到69%，發電效率達到51%。

在核心技術研發方面，首先批量化合成MCFC隔膜核心材料。采用納米級的堿性氧化鋁與碳酸鋰合成偏鋁酸鋰材料，純度達到96%以上，粉末粒徑在微米級以下。將合成的微米級偏鋁酸鋰材料制備漿料采用流延的方法進行隔膜的批量制備，已經在實驗室建成一個連續化的生產線打通了隔膜連續生產的路徑。電極也是采用流延的方式來制備的。隔膜與電極制備方法的最大優點是采用水為溶劑，一方面節約成本，一方面非常環保。雙極板的制備，國外主要采用沖壓焊接的方式，我們目前主要采用組合式，產業化后也可以采用沖壓焊接的方式將面積放大道1平方米。

我們下一步的計劃在2020年實現20-100kw的系統示范，發電效率達到47%。首先在國內的工業園區或者是制造廠來進行示范推廣。

下面我講一下燃料電池的應用市場分析。談到能源革命首先是消費和生產。能源革命首先需要技術的支持，我們需要合適的產品，才能進行消費的革命。分析一下2012-2018年國外的固定發電燃料電池市場，固定式發電燃料電池銷量保持持續增長。固體氧化物占了很大的比例，已經超過了熔融碳酸鹽的比例。為什么？因為國外有日本的ene-Farm計劃和美國Bloomenergy公司的推動。首先看日本的ENE-farm計劃，固體氧化物燃料電池家用熱電聯產系統的價格是大幅度下降的。單個系統功率700瓦的家用系統2005年的價格是40萬人民幣，成本非常高。到目前推廣銷售了25萬臺，價格降低到了8萬人民幣。它的最終目標是要降到三萬元每臺。日本的ENE-Farm計劃通過產業化，降低成本是非常迅速的，成本降低了90%。這就說明燃料電池只有產業化和示范應用才能降低它的成本。另外，固體氧化物燃料電池在歐洲和德國也進行了示范應用銷售了1500套，基本采用的是日本的技術，但是它的示范應用沒有日本的力度大。德國也有計劃來進行這樣的示范。

我們要分析原因，為什么日本和歐洲要大力推廣家用的燃料電池市場？首先看看日本的電網，日本電網分東西兩個電網，兩個電網之間的頻率是不一樣的。一個是50赫茲，一個60赫茲。兩個電網之間的聯系是非常脆弱的。另外，日本是多地震國家，供電穩定性需求非常高。另外日本資源缺乏需要發達高效的能源技術。歐洲國家也面臨著解決供暖問題同時面臨電網鋪設帶來高額的投資問題。另外，歐洲的燃氣管網是非常發達的，可以用家用的燃料電池系統來進行供電供熱。日本和歐洲大量應用固體氧化物燃料電池熱電聯產家用系統是符合基本國情和需要。

在看看我們國家，我們是社會主義特色的國家，我們的電網非常發達，尤其提倡一帶一路，不但要在國內實現聯網，要在亞洲也要進行電力輸出。我們國家的電網除了新疆、西藏沒有徹底聯網以外，其他地方都已經有一個完整的國家電網系統。現在采用的是特高壓輸電。目前農村取暖也是采用政府補貼的方式進行煤改電，城市采用集中供暖方式。國內很難推廣和發展一到五千瓦的家用燃料電池冷熱聯產技術。如果不考慮國情，這個東西很難推廣出去。

中國的氫能產業基礎設施發展路線圖當中，一方面要大力發展氫燃料電池車，另外發電方面2020年要實現20萬千瓦燃料電池的發電，2030年要實現一億萬千瓦的發電。再看需求方面，我們的京津冀、長三角、珠三角這些地區都是大氣污染防治的重點區域。目前建設了大量工業園區和商業建筑對熱冷負荷需求是非常旺盛的。在這些地區可以用燃料電池進行冷熱電聯產。去年和江蘇省做了一個項目。推廣分布式電站，采用的是內燃機的方面，但是環評和噪音是通不過的，就考慮到用燃料電池來代替。另外一方面，我們國家天然氣的需求在逐年增長。2020年比重要從3%提高到11.3%。這也給燃料電池的發展帶來了一個契機。熔融碳酸鹽燃料電池在效率、污染物排放、噪音和運維成本方面擁有先天優勢。

熔融碳酸鹽燃料電池的應用場景方面主要用來發電，百兆瓦級的大型電站可以用來并網發電。熔融碳酸鹽燃料電池另外一個優點可以進行二氧化碳的補給、濃縮。另外，可以跟可再生能源結合起來實行調峰制氫和供熱的功能。

從市場方面分析來看，我們國家的制氫工業基礎良好，每年都有大量的副產氫沒有充分利用。另外，氫能作為儲能建設能夠橫跨電力、供熱和燃料三個領域，可以促使能源供應端融合，提升能源使用效率。我國的環境壓力遠遠大于其他國家，在綠色低碳能源革命的市場環境下，它具有強大的發展優勢。

最后講一下經濟性與應用前景。熔融碳酸鹽燃料電池有各種各樣的含氫的氣體，只需要把這個氣體處理到75%的富氫氣體就可以利用了。在關鍵技術方面，完全掌握了電池堆的組裝和制備技術，用到樓宇、工業園區、醫院和分布式方面。整個產業鏈是非常完整的。任何一種產品要推向市場，主要是看成本問題。高溫燃料電池目前的價格基本上是在9000美元千瓦。這個成本是非常高的。這樣一個價格到市場上無法被接受。怎么降成本呢？只有達到和微型燃氣輪機、發動機同等水平才能在市場上應用。

熔融碳酸鹽燃料電池的成本具有很大的降低空間。目前來說，電堆的成本是1.2萬元每千瓦左右，雙極板的成本占到了65%，其他的占37%，熔融碳酸鹽燃料電池電堆的成本目前大量集中在雙極板方面。加工費用是材料成本的三倍，在電池堆成本方面降低空間非常大。隨著容量放大和技術進步可以大幅度降低，電堆成本可以達到6000元每千瓦以下，我們對這個非常有信心。

我們降低成本的步驟，第一步進行百千瓦的示范，系統成本降低到五萬元以下，這是最高限額了。所有輔助系統是外購的，電堆成本比較便宜。第二步，建立小型的生產線，進行批量化的制備，降低它的成本，再使系統的生產成本降低到兩萬元。

最后，展望一下，熔融碳酸鹽燃料電池首先是符合中國發展低碳綠色能源革命的國情。熔融碳酸鹽燃料電池可應用分布式冷熱電聯產也可以與可再生能源結合實現綠色低碳能源的智慧供給。財政補貼可以有效補貼大規模的示范項目，成功需要裝備成本的降低，可靠性的提高以及打開保守的傳統消費市場的商業模式。我們希望和廣大的制造商和應用伙伴來共同推動熔融碳酸鹽燃料電池在中國的市場化發展，發展我們自己的自主知識產權的節能環保技術。謝謝。