北極星儲能網訊:燃料電池為什么要搞中高溫的燃料電池，低溫的質子膜燃料電池對燃料的要求比較高，純度要求很高，對內部的硫，鹵化物和粉塵要求比較高，最核心的還是要用鉑作為催化劑，非常昂貴，還一個是壽命和造價這方面的需求，所以都在開發中高溫的燃料電池，中高溫的燃料電池主要有兩種，一種是熔融碳酸鹽燃料電池，一種是固體氧化物燃料電池，應該說這化學過程里有一條普遍的規律，在溫度和催化劑之間的選擇。

高溫燃料電池在400度以上運行，可以實現冷熱電聯供，發電效率也都可以達到50%以上，甚至最高的可以達到65%以上，熱電聯產聯供效率可以達到90%以上，這是常規發電方式里很難達到的。

為推動氫能創新、探索技術應用，11月9日，由北京未來科學城氫能技術協同創新平臺主辦的首屆北京未來科學城氫能與燃料電池技術發展大會順利召開，會上華能集團清潔能源研究院有限公司董事長許世森做了題為“高溫燃料電池發電技術進展”的專題報告。

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以下為發言實錄：

給各位介紹一下關于燃料電池里中高溫部分的內容。制氫這塊前面很多專家都講了，我不講了。研發的背景也不講了，因為前面幾位專家都講了很多，直接講燃料電池這塊。

燃料電池為什么要搞中高溫的燃料電池，前面幾位專家也講到了，低溫的質子膜燃料電池對燃料的要求比較高，純度要求很高，對內部的硫，鹵化物和粉塵要求比較高，最核心的還是要用鉑作為催化劑，非常昂貴，還一個是壽命和造價這方面的需求，所以都在開發中高溫的燃料電池，中高溫的燃料電池主要有兩種，一種是熔融碳酸鹽燃料電池，一種是固體氧化物燃料電池，應該說這化學過程里有一條普遍的規律，在溫度和催化劑之間的選擇，低溫下要實現電化學反應，必須要有比較特殊的催化劑，還有一條途徑就是提高反應的溫度，溫度提高以后，對催化劑的要求就會適當的降低，所以任何事情都是有代價的，溫度提高有溫度提高的問題，溫度越高，催化劑的要求越低，但是溫度越高帶來運行、開發包括一系列的問題，高溫燃料電池也有高溫燃料電池的問題。

它的優勢就是燃料的適應性比較好，現在有一個概念叫氫能和燃料電池，往往我們把氫能和燃料電池放在一起，這里可能特指的還是低溫的燃料電池。低溫的燃料電池和氫能之間是密不可分的，但實際上高溫燃料電池并不是依賴氫，所以剛才前面幾位專家都講到了，制氫、儲氫、運氫還有很多障礙，但是高溫燃料電池可以直接運用天然氣含氫的燃料，沼氣、甲醇，氫也是最好的原料，這是它的優勢。

高溫燃料電池在400度以上運行，可以實現冷熱電聯供，發電效率也都可以達到50%以上，甚至最高的可以達到65%以上，熱電聯產聯供效率可以達到90%以上，這是常規發電方式里很難達到的。另外可以用廉價的化石燃料，最便宜的化石燃料就是煤，煤基的化石發電，應該是高溫燃料電池推動的主要的動力，天然氣的高溫燃料電池應該是最先的。日本的戰略思考值得我們國家值得借鑒，我們知道日本沒有能源，所以它在提高能效，能源的選擇，包括技術路線的選擇方面，它考慮的更加深入、更加長遠，從目前低碳經濟或者是減排二氧化碳的方向，節能的角度，應該說日本把未來提高化石燃料發電的效率作為它未來不斷追求的目標，同時也要實現二氧化碳的低成本的富集，把希望都寄托在高溫燃料電池發電方向，希望進一步提高效率，進一步降低造價和降低二氧化碳的成本。應該說在左邊的方式上看，高溫的燃料電池，不管是熔融碳酸鹽的燃料電池還是固體氧化物燃料電池，應該說在發電效率方面還是有它突出的優勢，這也是這種發電技術進一步開發的動力所在。

關于二氧化碳這些年我們也做了這方面的工作，常規化石燃料發電系統里的二氧化碳的補及和處理成本是很高的，既然用了廉價的化石燃料，但是又排放出大量的二氧化碳，二氧化碳要把它再補及回收處理要花很大的代價。高溫燃料電池有一個關于二氧化碳低成本富集的功能，在800度以下，400度以上，這個區間運行的時候，反應發電的時候，不產生或者少產生NOx，在化石燃料不產生NOx的情況下，它可以實現二氧化碳的低成本的富集，因為在反應過程中最后生成就是水和二氧化碳，把后面的尾氣一冷卻，二氧化碳自己就富集起來。剛才提到熱電聯供的系統就可以做到，這和所有的化石燃料相比，未來處理二氧化碳的成本是最低的。另外降低空間的成本很大，由于用貴金屬作為催化劑，現在降成液氫合金甚至還有更廉價的技術氧化物作為催化劑，所以它不存在降低成本的障礙，只要批量化，只要大家都在開發，成本一定能夠降下來，電力工業，尤其是發電，我相信很多工業過程都證明了這一點。另外，燃料的適用范圍非常廣泛，還有就是現在更多的適應于模塊化，靈活性的建設，現在集中式的，大機組，集中式的發電方式經過我們國家40多年的改革開放發展階段以后，更多的需要就是分布式，靈活式的供電供冷和供氣的方式，燃料電池，高溫燃料電池會發揮它特有的優勢，同時它具有負荷響應，跟蹤負荷非常好的匹配的效率。比如一千瓦的燃料電池發電機組或者是發電模塊，凈效率和百萬等級的超超臨界，最先進煤電機組的效率是相當的，過去我們只能是把機組做大，才能獲得高效率，現在用燃料電池這種方式，可以在靈活性能，分散式上仍然獲得比較高的效率，這是高溫燃料電池未來應用前景。同時，也可以與可再生能源和發電聯合應用，避免季節性的調節，包括季節性的棄風、棄電、棄光中間的轉化裝置。

分布式發電里面，現在市場上用的比較多的還是內燃機，我們知道備用電源，過去備用電源是內燃機，柴油發動機，噪聲非常大，NOx排放也非常高，效率非常低，現在已經在很多地方很難適用，微型燃氣輪機和中小型燃氣輪機也有相關的問題，一個是容量的問題，還有噪聲的問題，同時也有響應的問題，比較而言未來高溫燃料電池在熱電聯供綜合能源系統里會發揮越來越重要的作用。

這是現在應用的情況，左邊的圖是韓國引進的項目，特點就是模塊化，隨著園區負荷的增加布置電源，右邊這個是美國的電站，應該說現在在國外這種分布式的發電方式已經得到了商業推廣的應用。在固體氧化物方面，在美國、歐洲，包括國內應該說在這方面也有很重要的進展，下午有很多的報告會講到，這里要提一下這家公司，BloomEnergy，在SOFC上面是重要的后起之秀，最標志性的就是實現了商業化，2018年就開始進行公開的募股，說明這個產業發展是呈現了良好的狀態。

前面專家也都提到了家用的，包括日本、歐洲、美國家用的燃料電池，熱電聯供的系統已經實現了商業化。大型的固定電站現在也在發展，應該說未來從小到大，發展的前景還是發展廣闊的。更大型以后，和一些微型燃機要進行競爭，應該說燃料電池發電系統有它比較合適的應用范圍，比方說我們認為100兆瓦以下，幾百千瓦到100兆瓦或者50兆瓦以下，有它特殊的意義。熔融碳酸鹽燃料電池是目前實現商業化程度最高，規模最大的一種燃料電池，最著名的還是美國Fuelcell這家公司。關于在熱電聯產混合發電，整體煤氣化熔融等方面都有應用。現在國際上也正在開發剛才說的吃天然氣、沼氣，甚至煤氣化的系統，核心就是要組成一個聯合循環的熱電聯供的系統，發電效率已經達到了60%，熱電聯供效率達到了90%以上。組成一個大的系統，和交通能源用的燃料電池相比，固定電站不追求比功率，就是單位體積和單位重量的功率，所以它可以進行系統方面進一步的研究和開發延伸，目標是提高效率，延長壽命，降低造價，在這方面現在提升的空間還是比較大的，研究的潛力也是比較大的。

煤基是未來一個非常重要的方向，現在先用天然氣，先用潔凈的燃料，未來還是要開發煤基的，美國在方面也是走的比較先進，在2003年在美國一家IGCC電站建成了IGFC發電系統，由于后來美國頁巖氣革命以后，帶來了美國天然氣價格的降低，這些技術的發展受到了一些限制，但是從美國的戰略看，對這些技術還是非常重視的。

下面簡單介紹一下我們在這方面做的工作，未來科學城的創新平臺，華能或者電力系統在燃料電池方面著手還是比較早的，1996年當時國家電力部就在研究這方面的方向，當時有幸參與這方面的研究，實際上現在走過來也有好幾個五年計劃，這些年走下來還是非常艱辛，燃料電池可能在座的都有同感，燃料電池技術發展還是非常難的。另外，西方國家是嚴格封鎖，合作起來也非常難，但是走過了這些年以后，我們現在主要還是瞄準熔融碳酸鹽燃料電池方向，能把這個技術開發出來，我們認為也是不錯的，但是難度還是挺大的，確實沒有其他的精力開發其他的固體氧化物的燃料電池，當然我們有別的團隊在開發。目前已經開發出來10千瓦的基準堆，同時也在組建100千瓦的單元，現在從材料、膜電極、電解質，包括電池堆的組裝，電池系統的開發和運行，形成了自主知識產權的技術。可以這樣講，熔融碳酸鹽燃料電池，我們團隊或者我們國家掌握了最核心的技術，當然跟國外還是有比較大差距，我們認為差距是在規模，在長周期的考驗，現在技術指標我們認為應該是可以達到國際上的水平。這是我們開發的一些東西，10千瓦的堆是我們國內第一個，這個是一些試驗的情況。成本的分析是這樣，我們認為未來幾年應該是可以降到每千瓦8000塊錢以下，因為我們所有的材料都是自主掌握以后，未來是可以實現的，如果我們現在做了一個跟微型燃機或者跟柴油發電機相比較作為分布式發電，在8000塊錢以下是具有競爭力的，主要原因是它的效率比柴油內燃機高，另外就是NOx和靜音的優勢，實際上在比較發達的地區，京津冀，包括長三角、珠三角一帶還是有廣闊的應用前景。

另外，我們跟國家能源集團，包括在座很多單位合作，承擔國家重點研發計劃，這是關于整體燃料電池系統研發和開發，國家在2030重點專項里也部署了5兆瓦和50兆瓦的示范，我們也在承擔國家這個項目，現在也在開發相關的技術，現在的目標是在明年和后年把200千瓦或者250千瓦的系統在天津的IGCC示范運行。