大型商店可能會放棄電網而是使用天然氣燃料電池

像大型商店或醫院這樣的大型設施可以通過使用燃料電池來保持燈亮，燃料電池使用已經流入大多數城市街道下方管道的天然氣。

 

設施可以使用天然氣動力的固體氧化物燃料電池，而不是從電網獲取電力，以降低電力成本，提高電力可靠性，減少溫室氣體排放，甚至可以通過將多余的燃料電池產生的電力輸回到電網。根據燃料電池期刊發表的成本效益分析，假設燃料電池壽命得到改善，生產足夠的系統以達到規模經濟，這樣的能源未來是可能的。

 

如果取得這樣的進展，能源部太平洋西北實驗室的研究人員得出結論，天然氣固體氧化物燃料電池可以在滿足未來能源需求方面發揮重要作用。該技術有助于滿足未來十年全國需要的10%的電力增長。能源信息署(US Energy Information Administration)估計需要68千兆瓦的發電量。

 

PNNL的研究重點是分布式發電，燃料電池就位于它們供電的各個設施中。這與傳統的發電能源方法不同，大型發電廠通常遠離最終用戶。

 

固體氧化物燃料電池不是像內燃機那樣燃燒燃料，而是電化學氧化它。每個電池由陶瓷材料制成，形成三層 - 陽極，陰極和固體電解質，非常像電池。必須將多個電池組裝成燃料電池堆以實現所需的功率輸出。

 

固體氧化物燃料電池在將化石燃料轉化為電能方面具有固有的高效性，PNNL獨特的系統設計，包括陽極回收，蒸汽重整和加壓，使技術進一步發展。

 

“在燃料電池的陽極側，我們在蒸汽重整器中回收廢熱以從燃料中擠出更多的能量 - 與典型的固體氧化物燃料系統相比，化學能量增加約25%，”材料工程師Larry Chick說。在PNNL。“電池組在高壓下工作 - 大約相當于水下230英尺。這增加了功率密度，使電池組的尺寸縮小了約60%，顯著降低了燃料電池的總體成本。”

 

研究人員將他們的成本建模研究基于一個小型固體氧化物燃料電池系統，該系統在PNNL設計，制造和測試，以及270千瓦的大型概念系統，足以為大型零售設施或輕工業提供動力。成本估算以2012美元表示。

 

該研究表明，對于相同的功率輸出，天然氣燃料電池的建造成本比集中式天然氣聯合循環電廠少三分之一。

 

“我們故意保守，因為我們計算了建造和運營天然氣固體氧化物燃料電池和其他類型發電的成本，”PNNL經濟學家Mark Weimar說。“例如，在將固體氧化物燃料電池與400兆瓦天然氣聯合循環電廠進行比較時，我們認為較大的發電廠與較小的分布式發電燃料電池相比，天然氣的批發價格會更低，我們估計支付零售或幾乎是批發成本的兩倍。“

 

作者報告說，如果改善堆垛壽命并實現大規模生產，天然氣固體氧化物燃料電池可以與天然氣聯合循環發電廠相比具有成本競爭力，預計這些發電廠的總發電成本為每千瓦時6.5美分。他們計算出天然氣燃料電池的總電費為每千瓦時8.2美分。

 

當研究人員考慮分布式發電的額外好處時，它將成本降低到每千瓦時5.3美分。這些益處源于這樣的事實：燃料電池不具有與發電廠經歷的輸電和配電電力線相關的額外成本和功率損耗。

 

效率更高，排放更低

 

天然氣燃料電池的高效率意味著更少的溫室氣體排放。PNNL原型顯示出56%的電轉換效率，而傳統燃煤電廠為32%，天然氣聯合循環電廠為53%。該研究表明，與現代天然氣聯合循環發電廠相比，天然氣燃料電池系統每千瓦時產生的二氧化碳減少15%。

 

另外，由于分布式發電天然氣燃料電池系統將安裝在現場，來自燃料電池的一些熱量可用于加熱水或內部空間。如果只有20%的燃料電池熱量取代了使用電網供電，那么燃料電池系統的二氧化碳排放量將比連接電網的大型天然氣聯合循環電廠少22%。

 

目前，燃料電池堆僅持續約兩年。隨著時間的推移，隨著燃料和氧氣不斷被泵入并在電池中的催化劑上運行，化學品開始降解并且系統開始磨損。該研究指出，燃料電池堆需要持續六到八年才能具有競爭力，并且在研究成本比較表中使用了15年的壽命。

 

通過進一步的研究，可以克服有限的堆棧壽命，“Chick說。”這是在集成系統上進行可靠性測試并使用先進的表征技術來確定什么會降低堆棧性能隨時間推移的問題。能源部的固體氧化物燃料電池計劃在過去十年中實現了有針對性的改進，因此事情朝著正確的方向發展。“