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西门子发电(PG)集团
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燃料电池发电装置
燃料电池工作原理

直接方法

燃料电池是直接将物质的化学能转化为电能和热能的装置。虽然燃料电池有好几种不同类型，但是都用氢作为燃料。其中一些燃料电池，比如，固体氧化物燃料电池，也可以用一氧化碳作燃料，这就使得燃料电池的应用更加广泛。比如燃用天然气和丙烷。

燃料电池可以被看作永远不会用尽的电池，只要供给它燃料和空气。它们是直接将燃料的化学能转化为电能和热能的电化学装置。而且比内燃烧式发动机效率更高。

西门子圆管SOFC技术

燃料电池的常见形式有磷酸型（PAFC），碳酸盐融液型（MCFC），质子交换薄膜型（PEMFC）和固体氧化物型等。所有类型都是按其电解质命名的。

由于材料和工作温度不同，它们都各自有自己的优点、应用场合和问题。但是它们高效发电和低排放的特点都是共同的。由于它们的工作温度相当低，所以基本上不会产生氮氧化物。由于它们都不能承受硫的影响，所以都采用脱硫处理的燃料，因而也不会产生氧化硫。

燃料电池是利用电化学反应，而不是燃烧过程，燃料电池需要氢气，但有些燃料电池，比如：SOFC也能使用一氧化碳。这使得燃料电池在燃料使用上更加灵活，而且，在使用现有燃料，比如天然气或丙烷时效率更高。氢气和一氧化碳都可以从天然气和其它燃料通过汽化而生产出。燃料电池像SOFC，由于内部可以再生成天然气，所以在使用天然气作燃料时，由于不需要外部安装天然气再生装置，其效率高，系统简单。

SOFC/燃机联合装置

300KW级SOFC/燃机联合装置

在SOFC开发过程中人们发现,如果压缩固体氧化物燃料电池就会增加它的(输出)电压,因而提高了发电效率。通过压缩SOFC电池模块，并将其与一燃气轮机联合起来使用，发电效率就会大大提高！这就是加压SOFC和燃气轮机联合起来使用的理论基础。在这个高度集成化的系统中，空气被燃机压缩机压缩升压，在它流入SOFC模块之前，在回流换热器中被加热。结果排出的高温、带压的烟气流就会驱动燃气轮机发电机组。这种联合/混合式的循环的优点在于燃料电池模块和燃气轮机发电系统使用同一的燃料和空气流。

西门子/西屋公司在SOFC/GT混合式发电系统的研究开发中一直处于领先地位。而且是唯一开发这种系统的公司。如下图2是于2000年五月供给南加里富尼亚爱迪生大学的一台220KW SOFC/燃气轮机混合式发电系统的照片。

优势及特征：

是所有利用天然气发电的电厂中排放物最低的：

NO的排放低于0.5
SO2排放为零
CO排放为零
VOCS排放为零
CO2排放最低，因为发电效率最高。

发电效率高

效率>46-50%。在1个大气压下，250KW-1MW的SOFC热电联产系统。
效率>57-60%。在3个大气压下，300KW-1MW的SOFC/燃气轮机混合式发电系统。
效率>60-70%。在7个大气压下，2MW-20MW的SOFC/燃气轮机混合式发电系统。

易于处理，功能可靠

工业空气冷却电池堆块,与水无关
可加压,尤其适用于混合循环
天然气转化装置与堆块集成在一体
精巧的简单发电过程
系统简化确保了高度可靠性
固态电池:无电解液流动问题,没有腐蚀现象
端部密封的管状电池:无需高度整体密封
热循环强度>在大气温度和1000oC之间,100个热循环
堆块寿命潜力:早期产品预计5-10年,示范设备运行时间为>69000小时(-8年)
电压稳定性:在运行36000小时后,衰竭度<0.1%每1000小时
热电联产和联合循环潜力:SOFC模块排气温度>800OC
成本竞争力:大批量生产时机富竞争力.

SOFC项目

SOFC的未来已经展现在我们面前。下一步是在2002年及以后，示范第一个商业性的SOFC产品样机 。这些示范性样机有250KW的热电联产系统（CHD）和300KW的SOFC/燃机混合发电系统。

西门子西屋管式SOFC系统：过去、现在和计划的现场实验及示范

这些示范样机的性能、市场及成本情况，对2002年接受商业订单和建立大批量生产工厂的决定举足轻重。一旦工厂建立，2年之后即可供货。
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