工厂电气方向论文参考文献

电气工程学生论文

在日常学习和工作中，说到论文，大家肯定都不陌生吧，通过论文写作可以培养我们独立思考和创新的能力。你写论文时总是无从下笔？下面是我为大家整理的电气工程学生论文，仅供参考，大家一起来看看吧。

【摘要】

电气自动化技术已是广泛应用于各种类型建设中的合成技术，本文基于电气自动化的基础工作经验，描述了当前流行的电气自动化技术特点，分析电气自动化技术在火力发电工程、钢铁工业等领域的应用现状，基于电气自动化技术的发展，扩大电气自动化技术的发展趋势。但是不可否认，目前的电气自动化技术还存在一些薄弱环节，使得电气自动化技术的优势没有充分发挥利用，还需要对自动化技术作出相应的创新。

【关键词】

电气自动化技术；应用现状；创新

引言

在电子技术和智能仿真以及计算机网络发展背景下，电气自动化技术得到了快速的发展，电气自动化技术不仅集成了综合技术的优点，而且在实现电气自动控制的同时，提高整个系统的稳定性。电力自动化技术合理利用的前提下，是全面的识别电气自动化技术，当前应充分了解电气自动化技术的特点，形成的行业应用电气自动化技术要点，电气自动化技术的创新发展，支持电气自动化的不断进步，这也就是目前的主要目标。

1电气自动化技术的基本特点

电气自动化技术的综合性

电气自动化技术是一项综合技术，技术涵盖范围十分广泛，和实际的电气自动化控制工作关系密切，特别是火电工程、建筑领域和钢铁工业关系更是密不可分，这将形成了电气自动化技术覆盖面广、综合性强的特点，需要一定的综合能力，充分掌握电气自动化技术的本质。

电气自动化技术的涉及范围广

电气自动化技术涉及硬件设备和软件技术，在不同行业和不同位置以及不同地区的电气自动化技术要点和技术方案有非常大的差异，这将形成电气自动化技术应用比较困难，导致很难灵活应用电气自动化技术。

电气自动化技术的依赖性强

电气自动化技术对电子技术和网络技术有特殊的依赖，没有电子技术和网络技术将无法实现电气自动化控制，因此，电气自动化技术的发展和应用是以电子技术和网络技术为基础，这也是电气自动化技术的基本特征。

2电气自动化技术的实际应用

火电工程中电气自动化技术的应用

电气自动化技术可以实现火电工程的锅炉和机械以及电机（图1为电机电气控制系统）实现一体化，这有利于火电工程的控制和管理。电气自动化技术可以实现筛查和检查火电工程隐患和故障隐患，在火电工程早起就得到有效的处理，降低故障率，减少火电工程事故损失。电气自动化技术可以使火电工程自动化运行得以实现，电气自动化技术可以统一管理、操作和控制三个系统，做到火电工程自动化、无障碍的进行管理、控制和操作工作，提高管理的效率，提高操作精度，实现工程精确的自动化控制。

钢铁行业中电气自动化技术的应用

建设现代化钢铁产业的一项重要标志即是：电气自动化技术在钢铁工业的综合应用，基于电力自动化技术，钢铁行业可以提高原材料的质量监控，实现钢铁生产环境的安全保障，这是传统的管理手段和方法没有的优势。电气自动化技术对钢铁产品质量有控制功能，通过对自动化控制钢铁生产过程过程、细节以及工艺可以提高钢铁生产的效率，加快钢铁行业的深化发展。

建筑领域对电气自动化技术的应用

使用电气自动化技术可以实时、数字化监控电力系统，有效把控制中心指令成功地传达到系统，并且把反馈信息传递给控制中心，以实现整个电力系统的管理、控制达到“实时、搞笑、连续不间断”。而且使用电气自动化技术，可以提高相关的施工设备设施联动性，建筑中配电、消防、照明、空调和其他系统与电气自动化技术可以连接作为一个整体，从而大大提高系统的联动效应，同时解决电梯系统按照用户流量层实现速度的自动调整，在紧急情况下（水管破裂、火灾等等）系统的自动判断、识别，即使预设应急反应计划，打开应急照明系统、打开喷淋灭火系统或是调整水压等。另外，电气自动化技术具有很高的安全性，建筑电气系统有一定的风险，人员操作失误和工作环境的变化以及设备故障等等因素，都可能导致电力系统产生严重的安全事故。然而，自动控制技术的使用可以帮助系统对工作中的异常作出反应。

3目前电气自动化技术存在的瓶颈

能源消耗现象严重

众所周知电气工程是一项特别耗费能源的技术工程，因为没有能源的支撑就无法施展电气工程。但是在现代生活中能源的利用率较低，这严重阻碍了电气工程的长效发展，所以电气工程必须提升能源的利用率才能在节能的基础上保障电气自动化技术的发展。纵观现在的工业企业在节约能源方面还存在欠缺，不论是设计还是技能方面都缺少节能意识。这是工程设计师们亟待解决的问题。

质量存在隐患

目前有不少企业都存在这样一个误区，即重视生产结果而忽视质量的好坏。究其原因也与我国电气自动化起步晚有关，因为不论是管理机制还是发展模式都不够健全，也使得电气行业发展停滞。现在随着人们安全意识的逐步提升，质量安全的关注又成为了焦点，对于一个企业来说，质量的优劣关乎其生存淘汰，尤其是质量安全事故频发的工业企业，设备的质量以及安全性对于企业的发展都起到至关重要的作用。

工作效率偏低

生产力发展决定了企业生产的效率，也是对企业效益影响重要的一部分。我国电气工程以及自动化技术在改革开放以来去得了较好的成绩，当然红做效率较低也是不可疏忽的。工作效益的偏低主要因素受制于生产力水平、使用方法以及应用范围的限制。企业在电气工程自动化技术方面是否能够熟练操作直接影响到企业经济效益。

尚未形成电气工程网络构架的统一标准

从目前的发展情况来看，电气工程与自动化技术二者实现高度融合已经成为必然趋势，一旦有所突破将直接提升工业的生产效率以及精准度，但想要得到进一步的发展，还需要先建立统一的网络架构，基于不同企业之间存在的差异，以及各个生产厂家在生产硬软件设备时未进行规范性的程序接口，导致很多信息数据不能共享，也会为电气工程自动化的发展带来一定的负面影响，最终严重影响了电气工程及其自动化作用难以充分发挥。

4电气自动化技术的改进策略

注重节能意识

想要从根本上降低电气工程自动化耗损能源的现象，就应该站在质量管理的角度来提升节能意识，并有意识的将质量与节能统一管理运用。具体来讲，电气工程自动化的节能关键点在于对变压器的管理上，可以选择损耗较低的变压器或者对变压器的技术进行改进等。此外，还需要所有的员工对质量有一个全面的认识，了解只有不断提高自身的技术能力才能确保工程的质量，同时为了节约能源还需拥有创新精神，这样才能更好的完善电气工程及其自动化的设计。

进一步加强质量管理

不论是对任何一种行业来说，质量都是硬道理，而针对电气工程来说，为了规避安全事故的发生更要注重工程的质量，所以企业应该定期的对员工就技能以及专业知识等方面展开培训，并引进专业的管理人才，从整体上提高管理以及系统的灵活性。此外，不但要加强电气工程施工建设的质量管理，而且要知道它的主要性。首先在建设中使用的材料质量要进行严格的管理，其次就是对施工中需要的材料必须是专业的技术人员去采购，以及对进场的材料也要安排专业的管理人员进行不定期的抽查，严格保证施工材料的质量。

构建统一且独立的平台

对企业用户做全面调查研究，有助于在设计之前初步拟定初始目标，在确认计划，预算估算时，保持项目的有效运行，维护工作的完整性；以降低运营成本为目的，根据终端客户的需求和商业项目建立统一、独立的系统。成本压力较大的原因是没有统一的操作平台，通用性不强，这是因为电气工程及其自动化是企业根据自身情况和建设，因此，电气工程及其自动化的执行还需要建立在一个良好的环境下，才能创建一个统一的独立自动化平台。

建立电气自动化统一的网络构架

（1）我国应该尽快出台一部针对电气工程及其自动化行业统一网络构架的执行标准或准则，同时采取相应的法律形式辅助网络架构的执行，这样才能确保电气工程及其自动化生产设备在国家标准的引领下尽快的实现网络构架的统一。

（2）还应对现有电气工程及其自动化生产设备进行网络构架的升级，规避信息不对称的现象发生，从而使得它们能够在统一的网络构架下真正的实现数据信息共享。

5结束语

电气自动化技术的生命力是结构的完整性，目前各行业的电气自动化技术实现了广泛的适应性，并成为相关产业的主要技术，从而改善电气自动化技术的研究水平，为了更好地掌握电气自动化技术的核心。应该从认知电力自动化技术的特点开始，对火电、钢铁、建筑等行业的电气自动化技术的应用要点探寻，从技术关键和发展趋势上进一步把握电气自动化技术。

参考文献

[1]董兵.我国电气自动化的现状及发展前景[J].山东工业技术,2017(06).

[2]郭鑫.发电厂电气系统自动化技术应用分析[J].黑龙江科技信息,2016(01).

[3]弓成龙,王子然,田德裕.电气自动化技术在电厂中的应用分析[J].四川水泥,2016(11).

摘要 ：

电力领域的改革进一步实施背景下，对电气设备的运行要求也有了提高，加强电气设备的安全稳定运行，就要从实际出发，对电气设备的故障能有效解决，这就需要相应的维修技术科学应用。本文主要就电气工程常见故障和原因加以分析，然后对故障维修技术的应用详细探究，希望能通过此次理论研究，对保障电气设备的正常运行起到促进作用。

关键词 ：

电气工程；故障；维修技术

电气工程当中的设备故障时比较常见的，在多种因素影响下，电气工程就存在着多种故障问题。找到故障问题的原因加以针对性的解决就显得比较重要，在通过对电气工程常见故障研究下，就能为解决实际故障问题提供理论依据，从而更好的保障电气工程良好发展。

1电气工程常见故障和原因分析

电气工程当中在受到不同的因素影响下，就会存在着不同的故障，这就对电气设备的正常运行造成很大影响。在电气工程故障当中，三相用电不平衡以及中性点的接地不良和大批电气设备的损坏问题比较突出，这也是比较常见的故障内容。在对电气工程的设计当中，具体的施工以及安装的时候，比较常见的就是中点的接触不良现象。施工中一些人员对此并没重视，从而造成了严重损失[1]。例如在办公用房当红，在使用的电视机以及录音机的电气设备大量损坏，在经过了检查之后发现，线电线380V正常的，而A相电压280V，在负载的中性点电压70V。主要就是出现了三相用电没有平衡以及中性点的接触不良所致。电气工程故障当中，在继电保护的故障方面比较突出，主要就是使用的材料没有达标，在质量上没有满足实际的要求。一些电气继电保护故障的发生，大多受到产品质量以及材质的因素影响，就存在着诸多的故障问题，使得继电保护装置处在危险的状态，这就对产品的实际使用性能的提高有着很大影响。电气工程故障的发生，在接触不良以及多次接地的故障是比较突出的。电气系统的实际运行过程中，带着故障运行就比较容易造成安全隐患。电压互感器的故障问题在设计的因素影响下，以及在管理方面没有科学化，这就比较容易出现故障，在使用的时候电压不断增大，从而就造成回路负荷减小以及短路的现象。电气工程故障当中，设备启动按钮按下之后设备无反应，在设备的启动之后电机不转动，发生嗡嗡声，电机的单一方向旋转等故障[2]。这些故障都对实际电气设备的正常运行带来诸多的影响。对以上的电气故障问题，要进行详细的分析，找到针对性的方法加以应对。

2电气工程故障维修技术的实施

对电气工程故障维修技术的`应用，要注重科学化的选择，笔者结合实际对电气工程故障维修技术应用提出了几点措施，如下所述：

第一，电气工程故障直观法应用。对电气工程故障的维修以及判断有着比较多的方法，其中的直观法就是比较常用的，主要就是对电气工程故障通过视觉以及嗅觉等进行检测判断，这是在缺少相应的检测设备的情况下较为常用的。在对这一方法的应用上，观察人员需要有丰富的经验，这样才能发挥直观法的作用[3]。如在继电保护装置当中出现了发黄部分，或者是闻到了烧焦的气味，就能够直观的判断设备出现了故障，这对具体的故障问题解决也能提供有利条件。

第二，电气工程故障拆除法应用。电气工程发生了故障的时候，通过拆除法也能有效处理故障。这一方法的应用方面，主要是在串联电路当中电器间的影响是相互的，在随意超出其中的用电器后，其他就没有电流。在对并联电路中用电器是独立工作，用电器间没有联系，拆除其中一个并不会影响其他的用电器。这样就能对用电器起到保护作用，也能将其方法作为查找故障的方法。

第三，加强安全用电设置。保障电气工程的正常实施，就要在用电设置方面充分重视，施工临时用电比较常见的问题就是，接地体埋设没有规范等。为能有效保证用电工程的故障有效解决，在临时用电系统采用TN-S供电系统，这样PE线在正常情况下无电流通过，专门承载故障电流能有效保护装置动作。还要进行设置漏电保护器等，坚持三级保护的原则。

第四，电气工程故障替代法的应用。在故障的解决方面，要从多方面充分重视，将替代法加以科学应用，这是继电保护装置维修技术当中使用比较广泛的技术。对微机保护装置故障的解决就有着积极作用。替代法的应用中，主要是在微机保护装置出现了故障的时候，检修工作人员就要对其装置进行替代，将新微机保护装置加以应用[4]。在对微机装置使用的时候，所选用的正常插件是不是和替代的插件型号一样要充分重视，保障装置的作用充分发挥。

第五，电气工程故障参数对照法应用。在具体的故障维修过程中，通过参数对照法的应用，对解决继电保护装置中继电器数值问题故障就有着积极作用。具体的应用中，在继电器数值正常下，有着固定指标标准，出现异常数值就会发生变化，这样就能在参数对照下找到故障问题的原因，从而针对性的加以解决。通过这一方法的应用，对解决电气工程的故障就有着促进作用。

3结语

总而言之，电气工程当中的故障问题的解决，一定要重视方法的科学应用。在人们的生活当中，对电的需求也愈来愈大，电气工程的整体质量保障就显得愈来愈重要，在通过此次的理论研究下，对电气工程当中的故障解决就能起到积极促进作用，从而保障电气工程的良好发展。也希望能通过此次理论研究，对实际工作人员的工作起到一定启示作用。

参考文献：

[1]刘鹏.电气工程施工中常见故障的维修措施浅析[J].黑龙江科技信息,2014(25).

[2]刘豫.对建筑电气常见故障的几点分析[J].黑龙江科技信息,2015(22).

[3]郭碧石.电气工程施工中常见故障的维修措施浅析[J].中小企业管理与科技(上旬刊),2015(04).

[4]许波.新形势下对电气设备用电安全的探讨[J].现代工业经济和信息化,2017(03).

引 言燃料电池发电是将燃料的化学能直接转换为电能的过程，其发电效率不受卡诺循环的限制，发电效率可达到50％一70％，被誉为二十一世纪重要的发电新技术之一。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年一2010年200KW一将全面进入商业此。对于这种蓬勃发展的发电新技术，国家电力公司应该采取怎样态度?要不要发展?怎样发展?这些问题亟待解决。一 燃料电池发电的技术特点和应用形式技术特点燃料电池发电是在一定条件下使燃料(主要是H2)和氧化剂(空气中的02)发电化学反应，将化学能直接转换为电能和热能的过程。与常规电池的不同：只要有燃料和氧化剂供给，就会有持续不断的电力输出。与常规的火力发电不同，它不受卡诺循环的限制，能量转换效率高。与常规发电相比燃料电池具有以下优点：(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)电力质量高。电流谐波和电压谐波均满足IEEE519标准。(6)变负荷率高。变负荷率可达到(8％一lO％)／min，负荷变化的范围大(20一120)。(7)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。(8)模块化结构，扩容和增容容易，建厂时间短。(9)占地面积小，占地面积小于lm2／KW。(10)自动化程度高，可实现无人操作。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。制约燃料电池走向大规模商业化的主要因素是：高价格和寿命问题。燃料电池的应用形式(1)现场热电联供，常用的容量为200KW一1MW。(2)分布式电源，容量比现场用燃料电池大，约(2—20)MW。(3)基本负荷的发电站(中心发电站)，容量为(100—300MW)。(4)燃料电池还可用于100W—100KW多种可移动电源、便携式电源、航空电源、应急电源和计算机电源等。二 为什么要在我国电力系统发展燃料电池发电技术采用燃料电池发电是提高化石燃料发电效率的重要途径之一以高温燃料电池组成的联合循环发电系统，可使发电效率达到60—75(LHV)，这一目标将在2005年左右实现。预计到2010年，发电效率可超过72％。煤气化燃料电池联合循环(IGFC)的发电效率可达到62％以上。以燃料电池组成的热电联产机组的总热效率可达到85％以上。燃料电池本体的发电效率基本不随容量的变化而变化，这使得燃料电池既可用作小容量分散电源，又可用于集中发电应用范围广泛。燃料电池发电可有效地降低火力发电的污染物和温室气体排放量燃料电池发电中几乎没有燃烧过程，NOx排放量很小，一般可达到(O．139一0．236)kg／MW?h以下，远低于天然气联合循环的NOx排放量(1kg／MW?h一3kg/MW．h)。由于燃料进入燃料电池之前必须经过严格的净化处理，碳氢化合物也必须重整成氢气和CO，因此，尾气中S02、碳氢化合物和固态粒子等污染物排量也污染物的含量非常低。与常规燃煤发电机组相比，C02的排放量可减少40％一60．在目前CO2分离和隔绝技术尚不成熟的状况下，通过提高能源转换效率减少CO2排放是必然的选择。采用燃料电池发电可提高供电的灵活性和可靠性燃料电池具有高效率、低污染、低噪声、模块化结构、体积小、可靠性高等突出特点，是理想的分布式电源。与目前一些可做为分布式电源的内燃机相比，燃料电池的发电效率更高、污染更低。在250KW—lOMW的功率范围内，具有与目前数百兆瓦中心电站相当甚至更高的发电效率。作为备用电源的柴油发电机由于污染和噪声大不宜在未来的城市中应用。低温燃料电池不仅发电效率高，而且启动快、变负荷能力强，是很好的备用电源。现代社会对供电的可靠性和环境的兼容性要求越来越高，高效、低污染的分布式电源系统日益受到重视。近年来美国、加拿大、台湾相继发生因自然灾害或人为因素造成的大面积停电，许多重要用户长期不能恢复供电，给社会和经济造成了巨大的损失。北约轰炸南联盟，使电力系统严重受损。这些由不可抗力引起的电网破坏无不使人引发出一个重要的思考：提高我国电力系统供电的可靠性和供电质量，虽然主要依靠电网的改造和技 术革新，但如果在电网中有许多分布式电源在运转，供电的可靠性将会大大提高。 对于象军事基地、指挥中心、医院、数据处理和通讯中心、商业大楼、娱乐中心、政府要害部门、制药和化学材料工业、精密制造工业等部门，对电力供应的可靠性和质量要求很高。目前采用的备用电源效率低、污染严重、电压波动大。而采用燃料电池作为分布式电源向这些部门提供电力，会使供电的可靠性和电力质量大大提高。他们将是燃料电池发电技术的第一批用户。对于边远地区，负荷小且分散，若建设完善的电网，不仅投资大，线损大，且电网末端地区电力质量不稳定。对于这些区域若辅助燃料电池发电的分布式电源，更能有效地解决这些地区的电力供应问题。燃料电池的重量比功率和体积比功率均比常规的小型发电装置大，因此，它也是理想的移动电源，适合于各种建设工地、野外作业和临时急用。发展燃料电池发电技术是提高国家能源和电力安全的战略需要美国已将燃料电池发电列为国家安全关键技术之一。美、日之所以能在燃料电池技术方面处于世界领先地位，与国家从战略高度予以组织、资助和推动密不可分。在目前复杂的国际环境下，高技术的垄断日趋严重，掌握清洁高效发电的高新技术对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，正是这种高效清洁的高新发电技术之一。燃料电池突出的优点，以及发达国家竟相投入巨资研究开发的行动，足以说明燃料电池发电技术在21世纪会起到越来越重要的作用。发展燃料电池发电技术是国电公司“加强技术创新，发展高科技，形成高新技术产业”的需要燃料电池发电技术是电力工业中的高新技术，己受到普遍重视。美国燃料电池发电技术的研究开发主要由美国能源部组织实施，其中一个重要的目的就是形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力。日本的东京电力公司、关西电力公司及其它公用事业单位是日本燃料电池开发及商业化的主要承担者和推动者，其目的也是为电力公司注入新的经济增长点以获得巨大的经济效益和社会效益。国家电力公司处在完成“两型”、“两化”、“进入世界500强”的历史时刻，恰逢党中央国务院号召全国各行业“加强技术创新，发展高科技，实现产业化”的有利时机，在国家电力公司内不失时机地进行燃料电池发电技术的研究开发是非常必要的。采取引进、消化、吸收和再创新的技术路线，以高起点，在尽可能短的时间内初步形成自主产权的燃料电池发电关键技术，不仅可以使我国在燃料电池发电技术领域与国外的差距大大缩小，而且，对国家电力公司进行发电系统的结构调整、技术创新、形成高新技术产业、实现跨越式发、提高国际竞争能力都具有非常重要的意义。燃料电池发电技术在我国有广阔的发展前景未来二十年，随着我国“西气东送”，全国天然气管网的不断完善及液化天然气(LNG)的广泛应用，燃用天然气的燃料电池发电将会有很大市场。煤层气也是燃料电池的理想燃料。我国丰富的煤层气资源也将是燃料电池发电的巨大潜在能源之一。燃料电池可与常规燃气一蒸汽联合循环结合，形成更高效率的发电方式。与煤气化联合循环(IGCC)结合，形成数百兆瓦级的大型、高效、低污染的中心发电站，比IGCC效率更高，污染更小。燃料电池可与水电、风电和太阳能发电等结合，在高出力时，利用电解水制氢，低出力时用燃料电池发电，达到既储能，又高效发电的目的。采取气化或厌氧处理的方法将生物质变为燃料气，通过燃料电池发电，提高能源转换效率，并降低污染物排放量。对一些经济欠发达但有丰富的沼气资源的地区，利用燃料电池发电技术有可能更有有效地解决这些地区的电力供应问题。与国外有较大的差距在燃料电池发电技术方面，我国与国际先进水平有较大的差距。在MCFC和SOFC技术方面，国外已分别示范成功了2MW和100KW的燃料电池发电机组，而我国在这方面才刚刚起步，2000年才可望研制出2KW左右的试验装置。在PAFC和PEFC技术方面，国内与国外的差距更大。倘若我们现在不开始研究开发燃料电池发电技术，等到燃料电池完全成熟后再引进，不但会受制于人，还将付出更大的经济代价，更谈不上尽快形成燃料电池发电的产业化。若不能形成燃料电池的产业化并在电力系统广泛应用，那么，也谈不上提高发电效率和降低污染物的排放。只有从现在开始，在国外的基础上，高起点研究，经过10—20年的努力，有可能在国电公司形成燃料电池的产业和广泛的商业应用。在我国电力系统发展燃料电池发电技术是市场经济条件下的迫切要求分散式电源作为大电网的有效补充己得到许多国家的重视，而电源提供者的多元化更是一种趋势。我国电网的容量大、技术水平和可靠性还较低、抵御各种灾害的能力较差，在这种情况下，小型高效的燃料电池分布式电源随着技术的商业化市场潜力巨大。倘若电力系统不及时进行研究开发，在未来几年内，有可能被国外企业和国内其它其它行业或民营企业占领燃料电池分散电源市场。在市场经济条件下，国电公司既是用户，又是开发者。对于燃料电池这样重要的发电高新技术，应不失时机地着手研究开发，联合国内一些基础研究单位，争取纳入国家的攻关计划，获得国家支持，在尽可能短的时间内，形成燃料电池发电技术研究开发的优势，开发燃料电池发电关键技术和成套技术，形成国电公司的高新技术产业，既可优化调整电力结构，又能满足市场的不同需求。三 国外燃料电池发展计划及商业化的预测美国燃料电池发电技术研究开发状况美国燃料电池发电技术的研究开发计划1997年，美国总统克林顿颁发了"改善气候行动计划”，燃料电池被确定为一项关键技术，联邦政府为此制定了一项“美国联邦燃料电池发展计划”，目的是通过燃料电池的商业化来减少温室气体排放量。在这项计划中，对每一个燃料电池的新用户资助l000／KW的优惠。结果，仅在1998年，就有42台200kwPAFC发电机组投入运行。美国政府鼓励在一些对环境敏感的地区建立燃料电池发电站。此外，政府已促使美国所有的军事基地安装200KW燃料电池发电机组。通过这些措施，加速燃料电池的商业化，并提高国家能源的安全性。美国政府投入巨资研究开发燃料电池发电技术的另一个目的，就是要保持美国在这一领域的领先地位。随着商业化过程不断深入，将逐步形成新的高技术产业，为美国的经济注入新的活力，提供更多的就业机会。美国DOE的燃料电池发展计划如下：PAFC己商业化，不再投入资金进行研究开发。PAFC目前的发电效率为40％一45(LHV)，热电联产的热效率为80％(LHV)。已完成250KW和2MWMCFC的现场示范，预计2002年进行20MW的示范；2003年左右，使250KW和MW级MCFC达到商业化；2010年，燃用天然气的250KW一20MWMCFC分散电源达到商业化，100MW以上MCFC的中心电站也进入商业化;2020年，100MW以上燃煤MCFC中心发电站进入商业化。MCFC技术目标是运行温度为650℃，发电效率达到60％(LHV)，组成联合循环的发电效率为70(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上。目前，己完成25kw和100kwSOFC现场试验，正在进行SOFC的商业化设计。预计2002年左右，进行MW级SOFC示范；2003年左右，100kw一1MWSOFC进行商业化：2010年，250kw一20MW燃用天然气的SOFC以分布式电源形式进入商业化，100MW以上燃用天然气的SOFC以中心电站形式进入商业化；2020年，100W及以上容量的燃煤S0FC以中心电站的形式进入商业化。SOFC技术目标是：运行温度为1000℃，发电效率达到62％(LHV)，组成联合循环的发电效率达到72％(LHV)，热电联产的热效率达到85(LHV)以上，燃煤时发电效率可达到65％(LHV)，这一目标预计2010完成。美国是最早研究开发PEFC的国家，但在大容量化和商业应用方面已落后于加拿大。目前美国生产的质子交换膜仍居世界领先水平。美国在PEFC的开发方面是面向家庭用分散式电源，实现热电联供。PlugPower公司与GE合作，计划2001年使10kwPEFC进入商业化，价格达到S750—1000／kw，大批量生产后，使PEFC的价格达到$350／kw。市场预测美国能源部(DOE)对美国潜在的燃料电池市场的预测认为：在2005年一2010年，美国年需求燃料电池发电容量约2335MW一4075MW。现在美国的燃料电池年生产能力为60MW，商业化的价格为$2000一$3000／kw，若年生产能力达到100MW／a，商业化的价格则可达到$l000—$1500/Kw。若能达到(2000—4000)MW／a的生产能力，燃料电池的原材料费仅$200一$300／kw。那么燃料电池的价格则有可能达到$900—$l100／kw，此时可完全与常规的发电方式竞争。日本燃料电池发电技术的发展进程及应用前景预测发展进程日本在PAFC研究方面，走的是一条引进合作、消化吸收、再提高的路线。1972年东京煤气公司从美国引进两台PAFC燃料电池发电机组，大阪煤气公司也在1973年引进两台PAFC机组。日本政府于1981年设立了以开发节能技术为宗旨的“月光计划”，燃料电池发电是其中一项重要内容。此后，日本国内的电力公司、煤气公司和一些大型的制造厂纷纷投入燃料电池的研究开发，并与美国IFC合作，使日本的PAFC得到更大的发展。目前，日本的PAFC技术已赶上了美国，商业化程度超过了美国。5MW(富士电机制造)和11MW(东芝与IFC合制)均在日本投运，日本公司制造的PAFC机组已运行了近100多台。日本有关MCFC的研究是从1981年开始的，通过自主开发并与美国合作。1987年10kwMCFC开发成功，1993年100kw加压型MCFC开发成功，1997年开发出1MW先导型MCFC发电厂，并投入运行。MCFC已被列为日本“新阳光计划”的一个重点，目标是2000年一2010年，实现燃用天然气的10MW一50MW分布式MCFC发电机组的商业化，并进行100MW以上燃用天然气的MCFC联合循环发电机组的示范，2010年后，实现煤气化MCFC联合循环发电，并逐步替代常规火电厂。日本的SOFC技术也是从1981年的“月光计划”开始研究的，立足于自主开发。1989年一1991年，开发出l00W一400WSOFC电池堆，1992年一1997年开发出l0kw平板型SOFC。SOFC的研究进展也远远落后于NEDO原来的计划。“新阳光计划”中预计2000年一2010年，使SOFC达到MW级，并形成联合循环发电。日本的PEFC也被列入“新阳光计划”，目前开发的容量为(1—2)kw。政府采取的措施日本政府在“月光计划”和“新阳光计划”中，先后资助了3台200kw、2台lMW和l台5MW的PAFC；1台100kw和1台1MW的MCFC示范电站研究开发、建设及运行。在通产省和NEDO的统一组织和管理下，使公用事业单位(电力公司和煤气公司)和开发商及研究单位紧密结合，实现燃料电池研究开发和商业示范应用一体化。日本电力公司和煤气公司，过去十年来安装了约80多台燃料电池机组，装机容量达到，燃料电池及电厂的费用主要由业主承担，但是制造商和政府也各承担一部分。这种政府和企业联合研究开发的方式促进了日本燃料电池的发展。使用燃料电池发电享有许多优惠政策：燃料电池的相关设备，在未超过一定规模时，其工程计划仅须申报即可动工。对500kw以下的常压燃料电池生产与使用的审批手续大大简化。在医院、旅馆、办公大楼等安装的燃料电池发电机组，政府提供的经费资助。新建的燃料电池发电设备享有10的免税额，并获有30％的加速折旧。对装设于电力公司或自备发电用的燃料电池项目，日本开发银行将提供投资额40％的低息贷款。市场预测1990年，日本通产省发表了“长期电源供需展望”报告，预计日本国内的燃料电池发电容量到2000年约2250MW；2010年约10720MW，电力系统用5500MW，其中约有2400MW是MCFC和SOFC高温型燃料电池；2010年煤气化MCFC和SOFC达到实用化；发电效率达到50％一60％。由于燃料电池发电技术仍有许多技术上的难题没有突破，进展速度低于预期值，因此日本目前已将原目标做了修正，预计2000年燃料电池装机容量将达到200MW，其中分布式电源l12MW，工业用热电联产型为88MW；2010年将达到2200MW，其中分布式电源型为735MW，工业用热电联产型为1465MW。其它国家和地区的发展进程目前，欧洲的燃料电池发电技术远远落后于美国和日本。80欧洲又重新开始研究燃料电池发电技术。它们采用向美国、日本购买电池组，自行组装发电厂的方式来发展PAFC发电技术。1990年成立了一个“欧洲燃料电池集团(EFCG)”。意大利已完成了一座1MW的PAFC示范工程，由IFC供应，BOP由欧洲制造。意大利、西班牙与美国IPC合作，于1993年在米兰建了一座l00kwMCFC电厂，1996年投运。德国正在开发250kwMCFC。德国西门子公司于1998年收购了美国西屋公司的管形SOFC技术后，现在拥有世界上最先进的平板型和管形SOFC技术。 加拿大在PEFC方面居世界领先地位，在继续开发交通用PEFC的同时，目前也将PEFC应用于固定电站，已建成250kwPEFC示范电站，目标是在近几年内使250kw级PEPC商业化。澳大利亚在1993年一1997年，共投资3000万美元，研究开发平板型SOFC，目前正在开发(20一25)kwSOFC电池堆。韩国电力公司于1993年从日本购进一座200kwPAFC进行示范运行。国外发展燃料电池发电技术的经验总结回顾国外燃料电地发展的道路，有许多值得我们吸取和借鉴的经验。美国在燃料电池发电技术的研究开发方面始终处于世界领先地位。除了雄厚的财力之外，还有三方面重要的原因：一是政府将燃料电池发电技术视为提高火力发电效率、减少污染物和温室气体排放的重要措施，列入政府的“改变气侯技术战略”中，并大力投入资金和力量研究开发；二是燃料电池技术提高到“国家能源安全并大力投入资金和力量研究开发；三是将燃料电池技术提高到“国家能源安全关键技术”的战略高度，DOD和DOE均投入资金研究开发；四是对燃料电池的应用前景充满信心，希望能形成新的高技术产业，给美国的经济注入新的活力，政府和企业共同投入资金研究开发，力图保持领先地位。日本走的是一条通过与美国合作、引进技术并消化吸收实现产业化的路线，并在PAFC的商业化方面己超过了美国，在MCFC的研究开发方面也接近美国。成功的重要经验也是政府对燃料电池给予高度重视，先后列入了“月光计划”和“新阳光计划”，大力投入研究开发。另一条经验是研究机构、企业和用户联合，组成从研究、开发到商业应用一体化集团，既承担研究开发的风险，也享受成功的优惠。加拿大Ballard公司在PEFC方面成功的经验告诉我们：只要坚定不移地进行研究开发，一个小公司也能在10—20年内成为举世瞩目的燃料电池技术拥有者。 燃料电池起源于欧洲，但是，现在欧洲的燃料电池技术已远远落后于美国和日本。主要原因是政府和企业对燃料电池发电技术重视不够。目前，欧洲已经意识到这一点，成立了—个燃料电池发电技术集团，引进美国、日本的技术，并进行研究开发。四 各种燃料电池发电技术综合比较 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，价格昂贵。电解质的腐蚀严重，寿命较短，这些特点决定了AFC仅限于航天或军事应用，不适合于民用。 PAFC：以磷酸做为电解质，可容许燃料气和空气中C02的存在。这使得PAFC成为最早在地面上应用或民用的燃料电池。与AFC相比它可以在180℃一210℃运行，燃料气和空气的处理系统大大简化，加压运行时，可组成热电联产。但是，PAFC的发电效率目前仅能达到40％一45％(LHV)，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℃)，否则会使催化剂中毒；酸性电解液的腐蚀作用，使PAFC的寿命难以超过40000小时。PAFC目前的技术已成熟，产品也进入商业化，做为特殊用户的分散式电源、现场可移动电源和备用电源，PAFC还有市场，但用作大容量集中发电站比较困难。 MCFC：在650℃一700℃运行，可采用镍做电催化剂，而不必使用贵重金属：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的优点是：操作温度较低，可使用价格较低的金属材料，电极、隔膜、双极板的制造工艺简单，密封和组装的技术难度相对较小，大容量化容易，造价较低。缺点是：必须配置C02循环系统；要求燃料气中H2S和CO小于；熔融碳酸盐具有腐蚀性，而且易挥发；与SOFC相比，寿命较短；组成联合循环发电的效率比SOFC低。与低温燃料电池相比，MCFC的缺点是启动时间较长，不适合作备用电源。MCFC己接近商业化，示范电站的规模已达到2MW。从MCFC的技术特点和发展趋势看，MCFC是将来民用发电(分散电源和中心电站)的理想选择之一。 SOFC：电解质是固体，可以被做成管形、板形或整体形。与液体电解质的燃料电池(AFC、PAFC和MCFC)相比，SOFC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。由于运行温度很高，要解决金属与陶瓷材料之间的密封也很困难。与低温燃料电池相比，SOFC的启动时间较长，不适合作应急电源。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)；但SOFC面临技术难度较大，价格可能比MCFC高。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。 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))，对CO的容许值较高(＜10ppm)。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。目前，在移动电源、特殊用户的分布式电源和家庭用电源方面有一定的市场，不适合做大容量中心电站。结 论选择适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，应综合考虑以下几点：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；技术的先进性及商业化进程；运行的可靠性和寿命；降低造价的潜力；国内的基础。综合考虑以上几点，对适合于我国电力系统发展的燃料电池发电技术，提出以下几点选择意见：(1)优先发展高温燃料电池发电技术。即选择MCFC和SOFC为我国电力系统燃料电池发电技术的主要发展方向，这两种燃料电池既能以天然气为燃料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(以天然气或煤为燃料)的发展潜力。(2)MCFC和SOFC各有特点，都存在许多问题，尚未商业化。若考虑技术难度和成熟程度以及商业化的进程，对于MCFC，应走引进、消化吸收、研究创新，实现国产化的技术路线，并尽快投入商业应用：对于SOFC，应立足于自主开发，走创新和跨越式发展的技术发展路线。(3)随着氢能技术的发展，PEFC在移动电源、分散电源、应急电源、家庭电源等方面具有一定优势和的市场潜力，国家电力公司应密切跟踪研究。(4)AFC不适合于民用发电。PAFC技术目前已趋于成熟，与MCFC、SOFC和PEFC比较，已相对落后。因此，AFC和PAFC不应做为国家电力公司研究开发的方向。参考文献[1] 许世森，朱宝田等，在我国电力系统发展的燃料电池发电的技术路线和实施方案研究，国家电力公司热工研究院，1999．12