Transcript 第5-5節ch5
固態氧化物燃料電池 Solid Oxide Fuel Cell 發展狀況 大 綱 全球燃料電池應用系統之成長 全球燃料電池種類分析 燃料電池開發種類分析 全球各區域發展燃料電池之分析 SOFC製造商之技術指標 SOFC製造商之技術發展介紹 各種燃料電池高溫低溫操作之優缺點 結 論 全球燃料電池應用系統之成長 www.fuelcelltoday.com 全球燃料電池種類分析 www.fuelcelltoday.com 燃料電池開發種類分析 www.fuelcelltoday.com 全球各區域發展燃料電池之分析 www.fuelcelltoday.com SOFC製造商之技術指標 製造廠商 Siemens 技術 產品發電容量 市場 發電機組、 管型( 1000℃ ) 250kW – 5MW SOFCo 平板式 ( 700 ~ 1000℃ ) 10 – 50kW 商業用HVAC Sulzer Hexis 圓盤型 1kW 偏遠、住宅 Ztek 圓盤型 ( 1000℃ ) 25 – 50kW 偏遠、住宅 用電力 Honeywell / Allied Signal 平板式與圓盤型 ( 600 ~ 800℃ ) 500W 可攜式電力 Westinghouse 分散型電廠 SOFC製造商之技術指標 製造廠商 Ceramic Fuel Cells 技術 產品發電容量 市場 平板式 50 – 300kW 商用電力、 偏遠、住宅 用電力 管型、波浪板型 較小 可攜式電力 2 – 10kW 商用電力、 偏遠、住宅 用電力 20 – 100kW 商業用HVAC (CFCL) Mitsubishi Heavy Industry Global 平板式 Thermoelectric ( 700 ~ 1000℃ ) Technology Management 圓盤型 ( 700 ~ 1000℃ ) 西門子西屋公司SOFC發電站發展現況 發電容量 25kW 100kW 220kW 系統型態 常壓型 電熱合併系統 常壓型 電熱合併系統 常壓型 SOFC/GT複 合系統 進行日期 1997 1998 2000 發電效率 – 46 ﹪ 53 ﹪ 電池額定輸出功率 25kW 109kW 200kW 共生系統輸出功率 – 64kW 20kW(氣輪機) 西門子西屋公司SOFC發電站發展現況 發電容量 25kW 100kW 220kW 電池直徑 16mm 22mm 22mm 電池管長 500mm 1500mm 1500mm 擠壓成型+燒結 擠壓成型+燒結 擠壓成型+燒結 電漿噴塗 電漿噴塗 電漿噴塗 陰極 製程 雙極連接體 電解質 電化學蒸氣沉積 電化學蒸氣沉積 電化學蒸氣沉積 陽極 電化學蒸氣沉積 電化學蒸氣沉積 電化學蒸氣沉積 西門子西屋公司之熱電合併型SOFC • 1998年 • 燃料：天然氣 • 電池額定輸出功率 ：109kW • 最高輸出功率 ：140kW • 電池發電效率 ：46 ﹪ • 系統熱電合併功率 ：173kW • 總能量效率：75 ﹪ • 測試運轉 ：16,667 hours www.siemenswestinghouse.com SOFC/GT與高溫燃料電池以及 先進氣渦輪系統性能之比較 氣輪機組之功能 經由氣輪機組的壓縮機將空氣加壓送 入SOFC，形成高壓型SOFC，使得電 池內之反應氣體能夠充分反應，而提 高燃料電池效率。 氣輪機出口的高溫燃氣可作為燃料與 空氣等回熱或預熱之用，提高系統效 率。 SOFC之出口未反應燃料氣體作為燃氣 輪機的進口，可提高燃料利用率。 西門子西屋公司之SOFC/GT複合系統 2000年 燃料：天然氣 機組總輸出功率 ：220kW SOFC提供電力 ：200kW 微氣輪機提供電力 ：20kW 整個系統發電效率 ： 53 ﹪ 測試運轉 ：1,000 hours www.siemenswestinghouse.com Global Thermoelectric From cells to systems : Progress to Date www.globalte.com Global Thermoelectric Cell Development Global Thermoelectric Cell Manufacturing Process Flow www.globalte.com Global Thermoelectric SOFC 燃料電池堆之發展 SOFC Stack in 1998 SOFC Stack in 2002 www.globalte.com Global Thermoelectric SOFC 燃料電池堆之裝配 characteristics : • • • • • 內部有歧管 運轉溫度700 - 750 ℃ 不銹鋼材質 有壓縮力的密封 功率輸出1.6kW www.globalte.com Global Thermoelectric Prototype Development 2kW Natural Gas Systems Global Thermoelectric SOFC Prototype testing SOFCo 聯盟平板式SOFC之研發 • MTI：電池堆設計。 • ART：發展電池堆製程技術。 • Ceramatec：材料開發(離子導體陶瓷材料)。 主要目的： 1. 整合製程與多層陶瓷技術減少製程步驟。 2. 改善電化學反應元件表面接觸以改善效率。 3. 採用多層陶瓷製程技術應用在PEN板的製程。 Sulzer Hexis SOFC之發展 2002年： 推出商業化原型機HXS 1000 PREMIERE characteristics : 充分地運用SOFC的餘熱，將燃料電池電 化學反應所產生的熱量經由儲水槽加以收 集，或利用輔助燃燒器將未使用燃料氣體 與空氣混和後加以燃燒後的熱量供給儲水 槽，使得電熱合併效率可高達85% 。 HXS 1000 PREMIERE • • • • • • • • 2002年 燃料：天然氣 燃料電池輸出電力：1kW 燃料電池輸出熱功 ：2.5kW 輔助加熱器輸出熱功 ：12,16,22 kW 電能效率：20 - 30﹪ 電熱合併效率：about 85﹪ 輸出電力型態：230V AC 各種燃料電池高溫低溫操作之優缺點 低溫的優點 高溫的優點 啟動速率快。 電池所產生的水蒸 氣可用於重組器。 低溫的缺點 無法容忍重組氣體 內的雜質。 產生高溫的餘熱可再利用。 電極反應動力快速可用非貴金屬觸煤。 燃料可直接於電池內氧化。 直接在電池內進行重組反應。 高溫的缺點 啟動速率慢 , 腐蝕程度高。 須耐高溫材料。 各元件之間的熱膨脹度須匹配。 結 論 • 整合燃料電池材料技術與陶瓷 製程技術，進一步降低成本。 • 運用回熱技術發展更高的電熱 合併發電效率。 •應用陶瓷膜製程備技術開拓 應用於SOFC的製作使電池內 部件薄膜化，降低電池的內阻， 提高功率的輸出。