千瓦级固体氧化物燃料电池分布式发电系统
发布时间: 2022-03-22
来源: 科技服务团
基本信息
1. 立项背景固体氧化物燃料电池(Solid oxide fuel cell,缩写SOFC)可以直接使用氢气及多种碳基燃料(如煤气、天然气、醇类、油类等),实现洁净高效发电,尤其适用于分布式发电。美国、日本等发达国家已经初步实现了千瓦至兆瓦级SOFC分布式发电和热电联供系统的商业化应用,但是相关产品和核心技术均对中国禁运。2013年发改委颁布《分布式发电管理暂行办法》,大力推动我国分布式发电应用。发展自主知识产权的分布式SOFC发电系统,掌握核心技术、打破国外垄断是当务之急。2. 主要技术原理及内容在国家863、973和自然科学基金等项目支持下,经过二十多年的研发积累,项目团队打通了SOFC“材料-电池-模块-系统”全产业链关键技术,拥有完全自主知识产权。从2014年开始推动SOFC分布式发电系统示范运行,陆续在山西、上海、广东、四川等地实现了使用氢气、气化煤气、天然气、液化石油气等多种燃料的多场景SOFC分布式发电系统成功运行。相关成果获得专利12项,发表学术论文20余篇,推动制订行业标准3项。*** 千瓦级SOFC分布式发电系统高效集成及健康管控技术集成了具有自主知识产权的千瓦级SOFC分布式发电系统,开发了高效气-热-电管控辅助系统(BOP)及控制工艺包。基于多种含碳燃料,研发了高效可调节微型燃烧器,优化了燃烧器尾气回流热量循环利用技术;发展了燃料重整、电池堆和燃烧器多单元间热量耦合互补策略,提高系统效率的同时降低了水耗和能耗;建立了关键模块单元仿真模型,提出并完善了多变量协调的健康管控策略,为分布式发电系统在多种工况下稳定运行提供保障。*** 千瓦级SOFC分布式发电系统多燃料适应性及稳定运行技术提出并成功验证了以气化煤气为燃料的SOFC高效发电技术路线;实现了直接接入管道天然气经净化、重整后SOFC发电系统的稳定运行;成功运行了直接使用液化石油气(LPG)等长碳链燃料的SOFC分布式发电系统。建立了直接使用多种碳基燃料SOFC分布式发电系统稳定运行策略,缩短了与国外技术差距,为产业发展和进一步商业应用奠定了基础。*** 千瓦级SOFC分布式发电系统多场景应用及示范运行在晋城、上海、攀枝花和东莞等地实现了SOFC分布式发电多场景示范运行。针对煤电产业升级,整合煤气化、合成气净化、SOFC发电技术,实现清洁高效发电及碳减排;实现了将SOFC应用于智慧建筑热电联供及微能网中多能互补;提出并验证了SOFC联合微型燃气轮机发电技术路线;实现了以液化石油气为代表的复杂工业燃料的SOFC高效热电联供。3. 经济社会指标SOFC是典型的战略性、高难度、“中国芯”技术,发达国家一直对中国禁运技术和产品。本项目在山西、上海、四川、广东等地因地制宜地开发了适用于多应用场景的千瓦级SOFC分布式发电系统,直接采用氢气、煤气、管道天然气、液化石油气等多种燃料高效发电,特别适用于分布式发电、家庭热电联供等领域,项目合同额数亿元,取得了良好的经济社会效益。
以研究成果为基础,团队继续牵头承担了“煤炭清洁高效利用和新型节能技术”、“氢能与可再生能源”等国家重点专项及多项省部级、企业项目;直接推动建成了我国首个兆瓦级SOFC单电池产品生产线(2019年8月已投产,一期投资额***亿元);推动了国家能源集团、华电集团、国电、中广核、晋煤集团、航锦科技、大通燃气等大型能源、化工企业在SOFC领域的布局和投入,在国内形成了产业化发展势头;培养了大批年轻的科学研究和产业技术人才,为我国燃料电池产业发展奠定基础。