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世界上唯一的三重发电系统—目前正在南加利福尼亚州进行为期3年的操作测试—可能会引发一场氢气分布和电力生产的革命，开辟新的氢燃料汽车市场。
去年的11月3日，Scott Samuelsen博士很荣幸地在白宫参加了改革先锋的颁奖仪式以表彰他在氢燃料领域开创性的工作。他是美国加利福尼亚州大学国家燃料电池研究中心的主任，他还与合作伙伴一起开设了一家将废弃物转换成氢气的燃料电池工厂。
作为处理过程的一部分，工厂将废弃物处理厂的废弃物所生产的生物燃料转换成零排放的氢燃料，从而产生相当于70英里/加仑的汽车电池燃料。
“这是可持续发展的一个缩影，我们使用的是取之不尽的人类废弃物，并将其转化成运输燃料和电力，”Samuelsen先生说。
将废弃物转换成氢气的燃料电池工厂其核心装置是一个300kW的燃料电池，可以生产氢气、电力和废热，它是由美国能源部（DOE）资助的通过10年的研究推动的。空气产品公司（Air Products）自2001年开始了对轻型氢燃料汽车系统的研究。美国国家燃料电池研究中心（NFCRC）也开始了一项旨在使用生物燃料生产氢气并在燃料电池中使用的研究。
两个研究机构结成了合作伙伴，美国能源部同意为其早期的开发提供资金，目的是设计一个可以建设在陆上的氢燃料系统。
空气产品公司（Air Products）获得了数亿美元的资金用于进行一个多阶段的项目，将空气产品公司（Air Products）和国家燃料电池研究中心（NFCRC）的研究目标整合起来，空气产品公司（Air Products）的氢能源系统业务发展经理Ed Heydorn先生说。美国能源部建议将厌氧沼气作为燃料，并且这一决定使得更多的合作伙伴加入了该项目。 （图片） 团队的扩大
首先，Samuelsen先生将总部设在康涅狄格州丹伯里的燃料电池能源公司（Fuel Cell Energy）介绍给了空气产品公司（Air Products）。燃料电池能源公司（Fuel Cell Energy）的技术副总裁Tony Leo先生解释说：“我们在2009年年初就已经参与了这个项目。我们从事使用燃料电池提取氢气的研究已经长达10年。”与空气产品公司（Air Products）进行合作使得公司能够应用他们的特长。
接下来，合作伙伴选择了加利佛尼亚州UC附近喷泉谷的奥兰治县卫生区（OCSD）作为开发燃料电池氢气转换系统的地点，它通过污水储存罐所产生的沼气来为附近将建成的燃料站生产氢气。Samuelsen先生说，这将花费两到三年的时间来安排具体的位置以及系统的设计。
厂房、燃料站的兴建以及清洁沼气的技术资金来自美国加州的空气资源委员会（California Air Resources Board）于2008年提供的270万美元赠款。其他的75万美元是由南海岸空气质量管理委员会（South Coast Air Quality Management Board）提供的。
净化精华
如果没有一个净化系统来去除污物，燃料电池则无法处理任何一种生物燃料，包括沼气。一个沼气气橇被设计和建造用于过滤并去除污染物以及清洁燃料，这种技术已经可以从几个供应商处进行购买，Samuelsen先生说，但是“它仍然是一种在发展中并具有挑战性的技术。”面临的挑战是，沼气本身在应用中的不稳定性。
在正常操作中，燃料电池可以将一种燃料如天然气，通过在高温下与蒸汽进行混合，所引起的反应使得氢原子分裂成甲烷分子，产品是水和氢气。通过燃料电池能量产生的高温，这种反应在内部发生。温度较低的燃料电池可以应用在汽车和其他使用外部转换的小型应用中。
OCSD的燃料电池氢气转换工厂并不是第一个使用沼气制造氢气的。加利福尼亚州的另外两个工厂，Sierra Nevada啤酒厂和Gill’s Onions公司使用来自工厂的植物废料，然后通过燃料电池换成氢气进行发电，并供两家工厂使用。它们从严格意义上来讲是一家热电厂。
Sierra Nevada啤酒厂安装了1MW的燃料电池系统（也是由燃料电池能源公司制造的）能够为啤酒厂提供电力和热能，余热被用来生产蒸汽应用于啤酒的加热和其他供热的需求。Gill’s Onions公司放弃了将洋葱废料运送到废料处理场，转而将其用于发电。他们找到了一家公司—Biothane公司，设计了洋葱汁的厌氧处理系统，可以产生沼气。
然后，该公司购买了两台燃料电池能源公司（Fuel Cell Energy）生产的300kW燃料电池，现在能够将沼气转换成氢气来生产电力，供加工厂使用。
更多的燃料增加了效率
燃料电池氢气转换系统有了新的突破，当Samuelsen先生和他的团队增加除了发电所需要的沼气进入燃料电池的量能够生产更多的氢气，更多的氢气超过了燃料电池可以处理的量，它可以被转移到存储罐中，并用于为车辆提供动力。（图片） 这一发现增加了收益，Samuelsen先生说。增加的氢气产量能够刺激整个燃料电池内部的分布，并能够增加电力生产的效率。
该系统部署在OCSD燃料电池氢气转换工厂的设计中，燃料电池能源公司（Fuel Cell Energy）在康涅狄格州丹伯里的工厂进行了为期9个月的运行操作测试。燃料电池使用天然气进行操作，因为该公司没有沼气的资源：“我们对300kW的燃料电池工厂进行了几个月的测试，”Leo先生说。一旦试验成功，燃料电池工厂就可以具有模块化的功能，能够将6个沼气气橇运送到喷泉谷，并由当地的承包商在空气产品公司（Air Products）的指导下进行安装。
喷泉谷建设的车间测试仍将继续进行，但还是需要等待6个月的时间进行沼气气橇的选择和建造，Samuelsen先生说最终将在一年多时间里便完成全部的建设。
表现良好
OCSD燃料电池氢气转换工厂的高级工程师及燃料电池氢气转换项目的项目经理Jeff Brown先生表示，核心技术表现良好，它可以在沼气和天然气之间交替操作。唯一的缺陷是电力的输出与工厂的微电网需要进行同步，以使得电压保持平稳，他也承认：“任何一种类型的发电技术都需要克服这个困难，”他说。
燃料电池氢气转换系统的长期表现还有待研究，特别是沼气气橇在三年操作测试里的性能表现。
目前，工作人员正在努力平衡电力生产与氢气生产的平衡，因为系统的效率就体现于此，Brown先生解释说。此外，Samuelsen先生在计算机上建立了各种平衡的模型，用于在未来的三年里进行操作性能的比较。
Brown先生说，我们的目标是让该系统仅使用沼气，但这是非常困难的，因为从废弃物水箱出来的沼气流可能会中断，且设备的维护可能也需要转换到天然气。
完全自动化
该系统是完全自动化的—一家OCSD的运营商将对每一次的系统转换进行检查，并且在Allentown的空气产品公司（Air Products）工作人员每天24小时也会对系统进行实时监控。
空气产品公司（Air Products）的Heydorn先生说，这个项目主要的挑战和最有趣的部分就是操作系统的开发和用于自动系统的程序逻辑，它将监测和控制氢气的生产，并根据需要进行开启和关闭。
仅仅是个开始
Brown先生说，300kW的系统“在电力供应方面只是一个小小的贡献。一旦该技术的可行性经过全面的测试，计划是建立一个更大的系统，也许能达到1MW。发电厂的扩展已经与氢燃料站的基础设施联系在了一起。”
燃料电池能源公司（Fuel Cell Energy’s）的燃料电池氢气转换系统项目经理Pinakin Patel先生补充说，OCSD有可能扩大到20MW，每天能够生产20,000磅的氢气，每天能够为2000辆汽车提供燃料。目前氢气的产量为每天250磅，能够为25辆汽车提供燃料。
Patel先生还指出，系统所生产的250kW电力还可以被送入微电网，而不需要用于驱动电动车辆。Tony Leo先生还补充说，“根据实验室的计算，该项目的成功证明了我们可以生产任何我们所需要量的氢气。”
踩下加速器
虽然燃料电池氢气转换工厂已经开始运营，但是零售的客户尚未能够使用氢气。与汽车制造商的协议仍然需要完善，这个过程是具有挑战性的，因为有多个相关实体参与其中，Samuelsen先生说。必须覆盖相关的责任、赔偿金和燃料的成本—最有可能是由汽车制造商承担。
开发氢气的商业价格仍处于早期阶段，这是州政府的工作，为此Samuelsen先生正与国家官员共同工作来完成这一过程。五家主要的汽车制造商已经宣布计划到2015年商业化制造氢燃料汽车，并且这也激励了现实世界进行相关的研究：“当氢燃料汽车在2015年商业化，氢燃料的价格也将与现在的汽油价格相差无几，”Samuelsen先生希望。
当然，需要建设氢燃料站，并且Samuelsen先生的实验室也正在开发工具，以确定燃料站应当建设在哪里—以及数量—需要吸引大量的消费市场。该项目采用了一个称为STREET的工具，一种氢气的产量、排放和能源成本再加上人口数据和当地居民经济状况的计算方法。我们的目标是确定燃料站建设在哪里可以优化本州和全国各地的分布，从而取代15％的汽油加油站。
12/20/2012
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