我国能源生产结构及变化趋势

编号:qnlt021

我国能源生产结构及变化趋势

摘 要:根据我国和世界其他各国的能源需求的分析，从此得出我国除了发展石油、天然气工业外，应该大力提高我国煤炭资源的清洁高效利用。而燃料电池这样一种高效利用能源的方式正可为我国所利用。综合比较各种燃料电池后我们认为应该大力的发展固体氧化物燃料电池（SOFC）作为我国大型火力发电站的主要发展方向

关键词：高效利用 燃料电池 SOFC

随着我国国民经济的不断增长，对能源的需求也随之不断的增长。椐统计， 2000年原煤的产量为9.98亿吨；原油、天然气产量分别由1990年的1.38亿吨和153亿立方米增加到2000年的1.63亿吨和270亿立方米；发电量由1990年的6212亿千瓦时上升到2000年的13500亿千瓦时，其中水电由1990年的1267亿千瓦时上升到2000年的2400亿千瓦时。核电从无到有，2000年核电发电量164亿千瓦时。

而在我国的能源结构中，以煤的消费为主要构成，大约占我国目前每年能源总消费量的76.2％。而欧美等发达国家的煤的消耗比重都在其能源消费总量的40%以下。从1990年到2000年的十年间煤炭消费量所占比重由76.2%降为61.03%；石油、天然气和水电等的比重逐步提高，由23.8%上升为38.97%。在一次能源生产总量中，石油、天然气和水电生产量所占比重由19.0%、2.0%、4.8%上升为20.94%、3.3%和9.64%。

一些发达国家的能源规划（基本上是能源安全、节能和可再生能源的发展规划）的目标大体经历了四个阶段。八十年代初第一阶段叫 Energy Saving，即减少能源的使用量，扼制能源消费量上升的势头；八十年代末期第二阶段叫 Energy Conservation，即能量守恒）就是希望在总能源消费量基本不增长的情况下发展经济；九十年代初第三阶段叫 Energy Efficiency，即提高能源利用效率和／或能源利用效益，也有人简称为能效，如北京能效中心；最近几年到了第四阶段叫 Climate Change ，即气候变化，能源规划的主要目标是降低温室气体的排放。

我国节能规划的目标既不是少用能源，也不仅仅是依靠节能来弥补能源开发的不足，而是提高主要耗能产品的能源利用率和提高单位能源消耗所创造的经济效益，而且后者将越来越重要。同时，也要根据可持续发展战略，努力减缓温室气体排放的增长率。

我国是煤炭大国，但世界七大煤炭大国中其余六国的储采比都在210年以上，只有中国的储采比不足百年。因此我国的能源高效利用就成为我们面临的一个主要课题。

优质能源生产比重的不断增长使得我国的能源结构有了一定程度的改善，为提高我国能源质量和能源利用效率以及改善大气环境等作出了一定的贡献。但是在相当长的一段时间内，煤炭仍然是我国能源消费的主要构成部分。如何清洁高效的利用现有的能源储备成为我们目前面临的一个重要课题。

采用燃料电池发电技术的理由

虽然现在国内有很多科学家都在研究关于煤的清洁燃烧，但是清洁燃烧仅仅解决了环境污染的问题。而燃料电池作为一种清洁高效的新型发电技术，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，远远超过常规火力发电站的发电效率。目前，国际上磷酸型燃料电池已进入商业化，其它几种燃料电池预计在2005年至2010年达到200KW将全面进入商业此。

燃料电池作为一种新兴的发电技术，与现有的火力发电站比较具有如下优点：

(1)理论发电效率高，发展潜力大。燃料电池本体的发电效率可达到50%一60％，组成的联合循环发电系统在(10—50)MW规模即可达到70％以上的发电效率。

(2)污染物和温室气体排放量少。与传统的火电机组相比，C02排出量可减少40％一60％。NOx(＜2ppm)和SOx(＜1ppm)排放量很少。

(3)小型高效，可提高供电可靠性。燃料电池的发电效率受负荷和容量的影响较小。

(4)低噪音。在距发电设备3英尺(1．044米)处噪音小于60dB(A)。

(5)燃料电池可使用的燃料有氢气、甲醇、煤气、沼气、天然气、轻油、柴油等。

(6)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。

总之，燃料电池是一种高效、洁净的发电方式，既适合于作分布式电源，又可在将来组成大容量中心发电站，是2l世纪重要的发电方式。

各种燃料电池发电技术综合比较

(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。电解质的腐蚀严重，寿命较短，

(2) PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在，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℃)一2%(200℃)；

酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。

(3) MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂：燃料可实现内重整，使发电效率

提高，系统简化；CO可直接用作燃料；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的缺点是：必须配置C02循环系统；对燃料气的要求较高；熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。

(4) SOFC：电解质是固体，可以被做成管形、板形或整体形。避免了电解质蒸发和电池材料

的腐蚀问题，电池的寿命较长(已达到70000小时)。CO可做为燃料，使燃料电池以煤气为燃料成为可能。SOFC的运行温度在1000℃左右，燃料可以在电池内进行重整。与MCFC 相比，SOFC组成联合循环的效率更高，寿命更长(可大于40000小时)。示范业绩证明SOFC是未来化石燃料发电技术的理想选择之一，既可用作中小容量的分布式电源(500kw 一50MW)，也可用作大容量的中心电站(＞l00MW)。尤其是加压型SOFC与微型燃气轮结合组成联合循环发电的示范，将使SOFC的优越性进一步得到体现。

(5) PEFC：PEPC的运行温度较低(约80℃)，它的启动时间很短，在几分钟内可达到满负荷。

与PAFC相比，电流密度和比功率都较高，发电效率也较高(45％一50%(LHV)。PEFC的余热温度较低，热利用率较低。与PAFC和MCFC等液体电解质燃料电池相比，它具有寿命长，运行可靠的特点。PEFC是理想的可移动电源，是电动汽车、潜艇、航天器等移动工具电源的理想选择之一。

结合以上几种燃料电池发电技术的特点和我国的具体国情，我们认为SOFC具有较高的发电效率；环保性能好；既能作为高效、清洁的分布电源，又具有形成大容量的联合循环中心发电站的发展潜力；既能以天然气为燃料，又具有以煤为燃料的可能性；寿命长；且具有降低造价的潜力；比较适合于在我国进行大规模的发展。