首个煤基SOFC示范工程打通全流程

文章来源：化化网煤化工发布时间：2018-08-07

晋煤集团煤化工研究院建设的全国首个以煤为原料的15kW固体氧化物燃料电池(SOFC)项目，实现了煤经气化再通过固体氧化物燃料电池发电的工程示范。

8月2日，晋煤集团煤化工研究院对外宣布，他们建设的全国首个以煤为原料的15kW固体氧化物燃料电池(SOFC)项目在晋煤集团天溪煤制油分公司燃料电池实验室打通全流程，实现了煤经气化再通过固体氧化物燃料电池发电的工程示范。

该项目是山西省重点科技攻关项目——碳燃料电池关键技术与装备开发的工程示范项目，项目技术由晋煤集团煤化工研究院联合清华大学、中国矿业大学(北京)、苏州华清共同开发。项目负责人、晋煤集团副总工程师付峻青介绍，这套15kW固体氧化物燃料电池装置是国内首次实现工业化运行的系统，其成功运行标志着我国在碳燃料电池技术领域10kW级发电系统的研发进程上迈进了一大步，为兆瓦级规模化应用奠定了基础。

燃料电池是“氢经济”的核心，燃料电池发电技术具有高效清洁的特点，既可以为氢能源开发进行技术储备，又可为高效利用低品位煤层气开避新途径。“该项目实现了从粉体材料—单电池—电堆—发电系统的集成，先后建成了kW级发电系统、5kW系统性能测试设备、5kW发电系统和15kW发电系统，最终利用天溪公司的合成气成功实现全流程打通。”项目团队成员、晋煤集团煤化工研究院主任工程师苏春生介绍说，项目团队掌握了低成本、高性能的固体氧化物燃料电池单电池制备技术，碳基燃料发电模块集成和稳定运行技术;研究了高温CO2与固体碳之间的高温反应过程，掌握了燃料连续输送和热平衡管理技术;构建了尾气处理燃烧器，掌握了尾气燃烧技术;掌握了各单元之间的匹配连接和整体系统的连通运行技术。理论计算结果表明：系统的整体发电效率、碳转化率及CO2捕获率可以达到设计要求。

固体氧化物燃料电池具有较高的电流密度和功率密度，在高温下进行化学反应，且本身具有内重整能力，可显著延长使用寿命。其电池材料全部采用国产材料，其中电极材料采用我国储量丰富的稀土材料，成本相对较低;电解质为固体，避免了电解质的蒸发与泄漏;密封材料采用晋煤集团自主开发的玻璃陶瓷材料。

下一步，项目团队将进一步优化电堆相关部件和构造，降低衰减率、提高电堆的循环次数，以期实现更长周期的运行。

燃料电池是一种将储存在燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。相比传统发电由化学能—内能—机械能—电能的转换，该装置从化学能到电能一步到位，能量转换效率可达60%~80%，实际使用效率则是普通内燃机的2~3倍。

燃料电池可以弥补风电、光伏发电、水电的不足，我国也非常重视燃料电池的发展，出台了一系列针对燃料电池的补贴政策。目前，燃料电池技术的研究与开发已取得了重大进展，技术逐渐成熟。

作为全国煤炭大省，山西省多年来形成的高能耗、重污染的能源结构和粗放式生产经营方式，已经造成了严重的生态破坏和环境污染。因此推进能源结构升级、加快绿色产业发展是山西省的必然选择，发展燃料电池技术将会是最有效途径之一。