燃料电池发电系统
燃料电池发电技术
05 结论与展望
结论
高效环保
燃料电池发电技术具有高效率和 环保优势，其能量转换效率高达 50%以上，同时排放的废气主要
为水蒸气，对环境无污染。
灵活多样
燃料电池可以根据不同的应用场 景进行灵活配置，既可以作为分 布式电源使用，也可以组成大型
电站，满足不同规模的需求。
技术成熟
经过多年的研发和试验，燃料电 池发电技术已经逐渐成熟，并开
氢气循环系统
氢气循环系统是燃料电池发电技术中的重要组成部分，其作用是确保氢气在系统 中持续流动，并为燃料电池堆提供足够的氢气。
氢气循环系统通常包括氢气压缩机、冷却器和储气罐等设备。在系统中，氢气经 过压缩机的压缩后，通过冷却器降温，并储存在储气罐中。当需要为燃料电池堆 提供氢气时，储存在储气罐中的氢气会通过管道输送到燃料电池堆。
• 燃料电池发电技术的优势在于其高效、环保、可靠和灵活等。与传统的发电方 式相比，燃料电池发电技术具有更高的能量转换效率和更低的污染物排放。此 外，燃料电池发电技术还可以通过增加或减少燃料电池堆的数量来满足不同功 率的需求。
• 然而，燃料电池发电技术也存在一些局限。首先，氢气的储存和运输需要特殊 的安全措施；其次，氢气的生产成本较高，且目前还没有大规模的氢气生产设 施；最后，燃料电池发电技术的初期投资成本也较高。
固定式燃料电池发电站
环保性
固定式燃料电池发电站具 有环保性，可以实现零排 放，减少对环境的污染。
高效率
固定式燃料电池发电站具 有较高的发电效率，可以 提供稳定的电力输出。
维护成本高
固定式燃料电池发电站的 维护成本较高，需要定期 进行检修和维护。
04 燃料电池发电技 术的发展趋势与 挑战
提高燃料电池性能与降低成本
固体氧化物燃料电池_SOFC_发电系统示范工程_3_日本三菱重工的SOFC系统
第42卷中国电力科普园地固体氧化物燃料电池（SOFC ）与熔融碳酸盐燃料电池（MCFC ）相比，排气温度更高，有利于组织底部联合循环发电系统回收排气的余热。
SOFC 对燃气中杂质的容许值较高，更有利于与煤气化结合，以煤气做燃料电池的燃料，最后形成整体煤气化固体氧化物燃料电池（IG-SOFC ）发电系统。
IG-SOFC 发电系统中的煤气化过程与常规煤气化工艺不同，它所需的热量是由燃料电池的阴极排气提供，而不是由煤燃烧提供，避免了燃烧反应中的不可逆热损失，提高了煤气化效率。
该系统的煤气化工艺的另一个特点是在气化过程中吸收了CO 2，使煤气以H 2为主要成分，CO 和CH 4（甲烷）的含量较少。
气化产生的粗煤气进入煤气净化工艺，煤气中的粉尘和H 2S 等杂质被去除。
净化后的煤气在煤气预热器中被加热到900℃，送入SOFC 的阳极。
在SOFC 的阳极通道内，煤气中的CH 4被重整为H 2和CO ，CO 与水蒸汽发生变化反应，生成H 2和CO 2。
按目前的技术水平，SOFC 实际的燃料利用率最高只能达到85%。
SOFC 发电后，其阳极排气温度约为940℃，未反应的燃料在燃烧室中与贫氧的阴极排气燃烧，使反应温度提高，进入燃气轮机发电机，产生电能。
排气压力降至常压、温度为661℃后，进入余热锅炉，产生蒸汽。
余热锅炉的排气（温度约为92℃）再进入冷凝器，将排气中的水蒸汽凝结并分离，用泵增压后送回系统中循环使用。
固体氧化物燃料电池（SOFC ）发电系统示范工程（1）：Sulzer Hexis 公司的SOFC 系统Sulzer Hexis 公司长期以来一直在进行管式固体氧化物燃料电池（SOFC ）发电系统示范工程的开发与运行改进工作，使SOFC 发电系统的许多性能得到了很大的提高，具体指标已达到：（1）运行时间总计超过90kh ；（2）发电量达56MW ·h ；（3）标准电能输出功率为1kW ；（4）电池堆最大电能效率为35%等。
燃料电池
五、固体氧化物燃料电池（SOFC）
3、固体氧化物燃料电池的特点 固体氧化物燃料电池除了具体燃料电池的一般优点外，它还具有以下特点： （1）对燃料的适应性强，能在多种燃料包括碳基燃料的情况下运行； （2）不需要使用贵金属催化剂； （3）使用全固态组件，不存在对漏液、腐蚀的管理问题； （4）积木性强，规模和安装地点灵活等。 固体氧化物燃料电池与磷酸型燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池相比有以下优点： （1）较高的电流密度和功率密度； （2）阳、阴极极化可忽略，彼化损失集中在电解质内阻降； （3）可直接使用氢气、烃类(甲烷)、甲醇等作燃料，而不必使用贵金属作催化剂； （4）避免了中、低温燃料电池的酸碱电解质或熔盐电解质的腐蚀及封接问题；
一、燃料电池类型
1）燃料供应系统。 燃料供应系统主要任务就是给燃料电池提供燃料。 2）氧化剂系统。 氧化剂系统主要给燃料电池提供氧气。可以从空气中获取氧气或从氧气罐中获取氧气，空气需 要用压缩机来提高压力，以增加燃料电池反应的速度。在燃料电池系统中，配套压缩机的性能有特 定的要求，压缩机质量和体积会增加燃料电池发动机系统的质量、体积和成本，压缩机所消耗的功 率会使燃料电池的效率降低。空气供应系统的各种阀、压力表、流量表等的接头要采取防泄漏措施 。在空气供应系统中还要对空气进行加湿处理，保证空气有一定的湿度。 3）发电系统。 发电系统是指燃料电池本身，它将燃料和氧化剂中的化学能直接变成电能，而不需要经过燃烧 的过程，它是一个电化学装置。
新能源汽车技术
——冷却系统
——燃料电池
2课时
提出任务
作为一名汽车专业的学生，你知道燃料电池有哪些类型及工 作原理？
燃料电池
燃料电池的类型 不同燃料电池的结构及工作原理
本节 重点
（1）了解燃料电池类型； （2）知道碱性燃料电池（AFC）的基本结构 与工作原理； （3）知道质子交换膜燃料电池（PEMFC）的 基本结构与工作原理； （4）知道固体氧化物燃料电池（SOFC）的基 本结构与工作原理。
重塑科技220kw燃料电池系统产品说明书
重塑科技220kw燃料电池系统产品说明书一、简介重塑科技一直致力于推动清洁能源技术的发展，特别是在燃料电池系统领域取得了突破性进展。
本产品说明书旨在全面介绍重塑科技研发的220kw燃料电池系统，为客户提供高质量的清洁能源解决方案。
二、技术规格1. 电池类型：高效质子交换膜燃料电池采用高效质子交换膜作为电解质，具有卓越的导电性能和稳定的工作特性，能够保证系统的高效运行。
2. 电池功率：220kw通过优化设计和先进控制技术，220kw燃料电池系统能够提供持续稳定的高功率输出，满足不同场景的能源需求。
3. 效率：超过60采用先进的催化剂和反应控制技术，220kw燃料电池系统的能量转化效率超过60，远高于传统燃料发动机。
4. 寿命：8000小时经过严格的实验验证和实地测试，220kw燃料电池系统能够实现长达8000小时的稳定运行，保证产品的可靠性和持久性。
三、产品特点1. 高能效：220kw燃料电池系统具有卓越的能量转化效率和低排放特性，能够帮助客户降低能源消耗和环境污染。
2. 多元化应用：产品支持多种能源输入方式，并且适用于各种交通工具、能源站和工业设备等多元化应用场景。
3. 智能控制：采用先进的智能控制系统，能够实现对能量输出和系统运行状态的精准控制，提高能源利用效率。
4. 可定制化：根据客户实际需求，我们提供定制化的解决方案，包括系统容量、接口适配和运行模式等多方面定制化服务。
四、市场应用1. 公共交通：220kw燃料电池系统可广泛应用于城市公交、地铁和电动客车等领域，为公共交通领域提供清洁高效的能源解决方案。
2. 物流运输：在货运卡车和物流配送行业，220kw燃料电池系统可为电动车辆提供稳定可靠的动力支持，推动物流运输行业的绿色转型。
3. 工业应用：220kw燃料电池系统也适用于工业设备、移动发电机组等领域，为工业生产提供清洁、可靠的能源供应。
五、个人观点作为一名科技领域的研究者和实践者，我对于重塑科技所研发的220kw燃料电池系统充满期待。
燃料电池dcac工作原理
燃料电池dcac工作原理
燃料电池是一种利用化学能直接转化为电能的装置。
它的工作
原理涉及到化学反应和电化学过程。
燃料电池通常由阴极、阳极和
电解质层组成。
首先，让我们来看看燃料电池的直流交流工作原理。
燃料电池
内的化学反应产生电子。
这些电子会沿着外部电路流动，形成电流。
这就是所谓的直流电。
同时，化学反应还会产生离子。
这些离子穿
过电解质层，从而在阳极和阴极之间形成离子通道。
这种离子通道
的形成使得电子和离子的流动形成了一个闭合的电路，从而完成了
电化学过程。
在燃料电池中，氢气通常作为燃料，氧气（或空气中的氧气）
作为氧化剂。
在阳极，氢气发生氧化反应，释放出电子和离子。
电
子通过外部电路流向阴极，从而产生电流。
同时，离子穿过电解质
层到达阴极。
在阴极，氧气和电子以及离子结合，发生还原反应，
最终生成水。
这些反应的综合作用就产生了电能。
总的来说，燃料电池的工作原理涉及到氧化还原反应和离子传输，从而产生电能。
这种电能可以用于驱动电动汽车、发电等多种
应用。
燃料电池具有高效、清洁、环保等优点，因此在未来能源领域具有广阔的应用前景。
质子交换膜燃料电池系统设计
质子交换膜燃料电池系统设计质子交换膜燃料电池系统是一种功率调节设备，已广泛应用于电脑、医疗/生命维持系统、电信、工业控制等领域。
它的主要功能是持续以高质量的功率供给负载。
一个高性能燃料电池系统应该有一个线性和非线性负载的较低总谐波失真、效率高、可靠性好、突发电网故障和负载改变时的快速瞬态响应的净输出电压[1]。
伴随着个人电脑和互联网的普及，低容量燃料电池产品将在工业领域和国内市场进一步增长。
由于国际市场的高度竞争，许多先进的技术，例如更高的功率密度、更高的效率、智能化控制被应用在质子交换膜燃料电池系统中。
1质子交换膜燃料电池的工作原理质子交换膜燃料电池由一个负充电电极(阳极)、一个正充电电极(阴极)和一个电介质膜组成[2]。
氢气在阳极氧化，氧气在阴极还原。
质子通过电解质膜从阳极传送至阴极，电子经外部电路负载传送。
在阴极上，氧气与质子和电子发生反应，产生水和热。
原理图如图1所示，电极上的各化学反应如下：2燃料电池控制器的硬件设计硬件的设计首先必须满足系统的要求才能实现有效的控制。
由于燃料电池控制系统的组成比较复杂，采用单一的控制单元实现所有的功能存在连线复杂、控制单元负载率过高等缺点。
因而可以根据实现功能和安装位置的不同进行功能模块划分，实现分布式控制。
燃料电池控制器主要由以下几个部分组成[4]：燃料电池系统的主控制单元、燃料电池堆的电压检测单元、监控模块单元和显示模块。
主控制单元作为控制系统的核心，其主要功能是：接收其他功能模块的数据，对发电系统的工作状态做出判断，根据当前发电系统的工作参数控制其工作在最佳状态。
2.1主控芯片本次燃料电池控制系统采取PIC16F876A-I/SP作为主控芯片[5]，该芯片采用的是哈佛结构，其工作频率可达20MHz，片内具有8KB快速Flash程序存储器、368B数据存储器、256B EEPROM数据存储器。
其内部包含2个模拟比较器，3个计时器，5输入通道的10位模数转换器。
燃料由油与燃气轮机组成的一体化发电系统
燃料由油与燃气轮机组成的一体化发电系统l 各种燃料电池发电技术综合比较目前，正在研究和进展的燃料电池要紧有碱件燃料电池(AFC)、磷酸型燃料电池(PAFC)、熔触碳酸盐燃料电池(MCFC)、固体氧化物燃料电池(SOFC)和质子交换膜燃料电池(PEFC)。
由于它们的电解质材料、电池结构和操作条件不同，使其性能各具特点，各有其适用的范畴。
(1)AFC：与其它燃料电池相比，AFC功率密度和比功率较高、性能可靠。
但它要以纯氢做燃料、纯氧做氧化剂，必须使用Pt、Au、Ag等贵金属做催化剂，价格昂贵。
电解质的腐蚀性严峻、寿命较短，这些特点决定了人AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。
的存在。
这使得PAFC成为(2)PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中CO2最早在地面上应用或民用的燃料电池。
与AFC相比，它能够在180℃～210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。
然而，PAFC的发电效率目前仅能达到40％～45％(LHV)，它需要贵金属铂做电催化剂；燃料必须外重整；而且，燃料气中C0的浓度必须小于1％(175℃)～2％(200℃)，否那么会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。
PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，作为专门用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。
(3)MCFC：在历650℃～700℃运行，可采纳镍做电催化剂，而不必使用贵重金属；燃料可实现内重整，使发电效率提高，系统简化；CO可直截了当用作燃料；余热的温度较高，可组成燃气／蒸汽联合循环、使发电容量和发电效率进一步提高。
与SOFC相比，MCFC的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，循环系统；密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低缺点是：必须配置C02S和CO小于O．5mg／kg；熔融碳酸盐具有腐蚀件，而且易挥发；肖SOFC相要求燃料气中H2比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。
燃料电池发电机电源管理及控制系统设计
图 1 燃料电池混合 动力发电机系 统
3 电源管理系统的设计
笔者 针对 1 kW 的 混合动 力质子 交换膜 燃料电 池发电机 ，设计 了其电源 管理系统 和控制系 统。该 设计 能够实 现 D C/D C 输入 端电 压大于 48V 小于 75V， 在燃 料电池 系统 工作 不稳定 时依 然能够 对外 负载供电 5min。
2. School of Engineering, Temasek Polytechnic, Tampines, Singapore 529757）
Ab str act A power management system and control system of 1kW Proto n exchange membrane (PE M) fuel cell hybrid pow er generator w ere designed in this paper. It improves the traditional fuel cell discharge circuit by simplifying the topology, and provides real-time pow er sup ply for load by the battery provided the in stantaneous peak current. This design can also applicable to other types of fuel cells, and it offers a reliable h ardware platform for the fuel cell control.
2 燃料电池混合动力发电机系统介绍
燃料 电池系统 一般包 括三大部 分：氢气 供给系
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成为发电/水务工程专业企业
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3
主要业务领域
电站工程
中国地区情况
主要业务
• 核电等发电设备的供应 • 海水淡化/水处理/风电等市场的开发 • 铸锻件/发电设备部件的供应 • 全球采购
主要业绩
• 核电 - 秦山三期 (750MW x 2) 主设备 - 秦山二期扩建(650MW x 1) 主设备 - 三门/海阳(1000MW x 2) 主设备 - 台湾龙门(1000MW x 2) 辅机
2008
技术转让 2009
£ 100m订单 2011
• 斗山巴布科克工艺发展 • 关注技术/竞争公司
• 提高验证 • 移动胺试验工程
市场开发&宣传
技术领先
商业运行
2013
2015
全球领先
Байду номын сангаас
总承包 & 商业运行
11
超超临界（USC）发电技术情况
斗山成功地独立开发出环保型、高效率、大容量1000MW超超临界(USC)燃煤发电主设备设计及制造技术。
系统商业化及海上实验
(2010 ~ )
进入国际市场及全球领先
(2015 ~ )
8
发电用燃料电池系统的开发
斗山重工业独立开发包括模块组件在内的MCFC(Molten Carbonate Fuel Cell)燃料电池发电系统。
系统设计开发
• 辅机工程设计 • 辅机设备设计 • 仪表控制 • 换流器
模块组件技术开发
电站工程(总承包) 设备制造 - 核蒸汽供应系统、汽轮机/发电
机、锅炉、余热锅炉、辅机等 - 仪表控制系统
铸锻件
超大型铸锻件生产 - 设备核心材料 - 柴油机曲轴 - 模具钢
海水淡化工程
海水淡化工程(总承包)
全球最大供应商，国际市场占有率40%以上
-三种主流技术(闪蒸、多效、反渗透) -研发中心(中东迪拜、美国坦帕)
7
陆、海风电系统
斗山重工业正在研究开发3MW海上风电系统，预计2009年出产并进行试运行，2010年完成商业化。
额定功率 旋转直径 运行风速 额定风速 设计寿命
3 MW 91.59 m 4~25 m/s 13 m/s
20年
完成系统开发
(2009年上半年)
系统陆地实验并取得国际许可
(2009 ~ 2010)
哈尔滨
向家坝 三峡
小湾
龙滩
成都
北京代表处
大连 烟台
海阳
上海代表处 秦山二/三期
三门
池州
台湾电力公司 台湾代表处
代表处 ： 子公司 :
主要客户 :
核电业绩 :
水电业绩 :
火电业绩 ：
龙门
6
目录
斗山重工业 企业介绍 中国地区 业务情况 可再生能源合作范围 与中国企业合作的建议
39.8
CO2 排放量 3) (万吨/年) Base +32 +16 +74
• 比日本、欧洲600C超超临界效率高, 每年 最多减少32万吨CO2 的排放
• 内部改质器设计 • 模块足件设计/制造 • 模块部件设计 • 管组密封
组件技术开发
* DIR : Direct Internal Reformer ** IIR : Indirect Internal Reformer (Reformer Unit)
• 电极 • 改质媒质技术 • 分离板设计/制造 • 模块电解质
目录
斗山重工业企业介绍 中国地区 业务情况 可再生能源合作范围 与中国企业合作的建议
1
斗山重工业发展历史
2001~
1980~ 2000
民营化以后:
“代表韩国的重工企业”
斗山越南基地投产 (2008) 兼并三井巴布科克 (现为斗山巴布科克能源) (2006) 兼并罗马尼亚科瓦纳IMGB (现为斗山IMGB) (2006) 重组/变化管理 (2001~2003)
土建安装工程
工程建设
- 设备安装 - 工程设计和建设
基础设施建设 -地铁、高速铁路、高速公路、公寓、 写字楼
4
目录
斗山重工业 企业介绍 中国地区 业务情况 可再生能源合作范围 与中国企业合作的建议
5
中国地区 业务情况
一般 情况
• 3个 代表处：北京、上海、台湾 • 子公司：工程机械(烟台)、柴油机(大连）
• 结合斗山已掌握电站工程技术，国际市 场前景看好。
10
燃烧后捕捉（PCC）技术开发
为了大幅减少CO2排放，斗山与子公司巴布科克及HTC合作到2015年验证PCC技术。
DEMO R&D
HTC
技
术
发
展
技术转让
DB & DHI
DEMO R&D
• 设计改进 • 技术效率改进
• 工艺优化 • 验证运行
HTC正在进行的试验装置
9
气化一体化联合循环电站（IGCC)技术开发
斗山重工根据电站总承包工程经验和技术研发IGCC，与西部发电公司合作参与示范项目。
煤气化部分
发电部分
技术开发目标
• 300MW IGCC电站设计、制造、建设和 试运行 - 300MW 合成气的生产 (脱硫99%, 独立设计90%)
验证及商业化
• 西部发电公司计划2010开始在泰安地区 建设示范项目，斗山重工参与。
国有企业
“开始科技发展和成长”
世界首台模块化海水淡化蒸发器出货 (1999) 为韩国标准核电站供应主设备 (蔚珍核电站 #3,4) (1991)
1962~ 1979
成立:
“建设电站产业基地”
韩国第一个交钥匙电站工程 (三千浦电站 #1,2) (1978)
与美国GE/CE进行技术合作(1976~1977)
• 水电 - 三峡(700MW x 22) : 水轮机、发电机 - 向家坝(800MW x 8기) : 水轮机 - 小湾(714MWx 6) : 水轮机、发电机 - 龙滩(700MW x 7) : 水轮机
• 火电 - 池州(600MW x 4)：锅炉压力部分 - 汽轮发电机组 - 辅机(冷凝器等)
电站
发电容量
蒸汽条件 1)
发电效率 2)
(MW) (kg/cm2/℃/℃/℃)
(%)
国内开发技术
1,000
265/610/621
Min. 44
Tachibanawan #1, 2 1,050
256/600/610
42.1
Niederaussem K 1,000
278/580/600
42~43
Tanners Creek #4 580 246/538/552/566