5．2 燃料电池发电应用
5．2．1 燃料电池发电应用的特点和优势
燃料电池发电应用比燃气轮机发电有下列明显的优势：
（1）发电效率高
以高温燃料电池组成的循环发电系统（LHV），可使发电效率高达60~75%。煤气化燃料电池联合循环（IGFC）的发电效率可达62%。而以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达85%以上。而且燃料电池本体的发电效率基本上不随容量的变化而变化，这就使得燃料电池，既可以作为小容量分散电源应用，又可以用于集中的中心电站发电，应用范围很广。
（2）污染物及温室气体的排放量低
燃料电池发电没有燃烧过程，因此，NOX排放量很小，一般可达到（0.139~0.236）Kg/MW·h以下，远低于天然气联合循环的NOX的排放量（1~3）Kg/MW·h的指标。由于燃料进入燃料电池前，必须经过严格的净化处理，所有碳氢化合物都必须重整成H2和CO，因此它的尾气中SO2、碳氢化合物等污染物的排量及含量都极低，与常规的燃煤发电机组相比，温室气体CO2排放量可降低40~60%。
（3）发电的灵活性、可靠性高
燃料电池由于具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、无机械转动、无燃烧过程等特点，应用范围很广。既可以作为分布式电源（250KW~10MW），又可以作为中心电站（100MW以上）应用。而且低温燃料电池启动快，变负荷能力强是理想的备用电源、应急电源，非常适用于要求供电质量高或供电可靠性高的应用场合。低温的PEMFC燃料电池更适合用于作为车辆移动电源，或边远人口稀少地区的分散电源。
5．2．2 国内外燃料电池发电应用开发现状
（1）美国燃料电池的开发应用现状
美国是开发利用燃料电池最早的国家，早在上世纪六、七十年代美国就已成功研发了PAFC燃料电池。1997年，克林顿启动了美国“改善气候行动计划”，目的是通过燃料电池的商业化，来减少温室气体的排放。仅1998年，就有几十台200KW的PAFC燃料电池投入运行。美国政府采取一系列措施，鼓励开发应用燃料电池，加速燃料电池的商业化进程，以保持美国在该领域的领先地位，加强国家能源的安全性。燃料电池已逐渐形成一个高科技产业。目前PAFC燃料电池发电效率为40~45%（LHV），热电联产热效率达80%（LHV）。
美国也是最早研发PEMFC燃料电池的国家，生产的产品居世界领先地位。它主要面向家用分散式电源，实现热电联供。其10KW的PEMFC燃料电池已经商业化，价格可低于1000美元/KW，为中高级收入家庭所接受。计划大批量生产后，使价格降到350美元/KW。
美国在MCFC燃料电池的研发应用方面，也正在进行250KW~20MW分散电源和100MW以上中心电站的商业化工作。规划前者商业化目标2010年前实现，后者商业化目标将在2020年前实现。MCFC技术目标是运行温度达650篊，发电效率达60%（LHV），组成联合循环的发电效率达70%（LHV），热电联产热效率达85%（LHV）以上。
在SOFC燃料电池研发应用方面，也和MCFC一样，正在推动250KW~20MW分散电源和100MW以上中心电站的商业化进程。其技术目标是：运行温度达1000篊，发电效率达62%（LHV），组成联合循环发电效率达72%（LHV），热电联产热效率达85%以上（LHV），而燃煤时的发电效率可达65%（LHV）。
（2）日本燃料电池研发应用现状
日本从上世纪七十年代从美国引进PAFC燃料电池，并消化吸收再创新。目前其技术已赶上美国，商业化程度超过美国。目前日本的PAFC燃料电池机组已有100多台正在运行。日本的PEMFC研发，目前开发容量为1~2KW。
日本的MCFC燃料电池，通过自主开发和与美国合作，发展很快。现属于日本“新阳光计划”的一个重点，规划2010年前实现10MW~50MW分布式MCFC机组的商业化，并进行100MW以上天然气作燃料的MCFC联合循环发电机组的示范，还要进行煤气化MCFC联合循环发电，以替代常规火电厂。
日本的SOFC技术，从1981年“月光计划” 开始研发的。一直立足自主开发。日本“新阳光计划”规划，2010年前形成MW级SOFC联合循环发电。
（3）其他国家燃料电池研发应用现状
欧洲的燃料电池研发比美、日落后。加拿大在研发PEMFC燃料电池处于世界领先地位。除了用PEMFC电池开发交通移动电源外，还将它用于固定电源。目前正致力于250KW的PEMFC燃料电池的商业化进程。
（4）我国燃料电池研发应用现状
我国燃料电池发电技术研发，目前与国际先进水平尚有较大差距。在MCFC和SOFC技术方面才刚起步不久，尚在研发、示范KW级的水平。而在PAFC和PEMFC技术差距更大。我国目前正在沿着引进、消化、吸收、再创新的技术路线，采取高起点，用尽可能短的时间攻克燃料电池发电的关键技术，进行发电系统的结构调整，以形成燃料电池的高新技术产业，并实现跨越式的发展模式。
我国的燃料电池可与水电、风电、太阳能发电、生物质能发电和核电结合起来。尤其是水电，在高出力时可以利用水电制氢，而在低出力时，又可用燃料电池发电，达到高出力时储能，低出力时辅助发电，而实现综合高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法可将生物质变成燃气，通过燃料电池发电，可大大提高能源转换效率。
在目前复杂的国际环境下，掌握高效、清洁发电的高新技术，对于未来国家的能源和电力安全具有重要的战略意义。而燃料电池发电技术正是这种高效清洁发电高新技术之一。无论从提高化石燃料发电效率出发，还是从降低污染及温室气体排放出发；无论是从提高供电的灵活性，还是增大供电的可靠性，燃料电池发电都是一种理想的发电方式。国家从战略高度组织、资助和推动燃料电池发电开发是十分必要的。我们应抓住目前的有利时机，以高起点，高速度、采用跨越式发展方式，来实现我国燃料电池高新产业群的形成和燃料电池研发应用的发展。
