第九章--洁净煤发电新技术ppt课件.ppt

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1、第九章洁净煤发电新技术第一节燃料电池一、概述背景：目前人类使用的能源是以石油、煤炭等为代表的化石燃料为主。然而大家都知道：第一，化石能源是一种有限的、不可再生的资源；第二，化石燃料的使用带来了严重的环境问题，威胁人类的健康和生存；第三，国际石油争夺越来越激烈。因此，开发和利用来源更为广泛、清洁、高效的新能源刻不容缓。“氢经济”：氢以其清洁无污染、高效、可储存和运输等优点，被视为最理想的能源载体，氢能和可再生能源结合成一个完整的可再生的能源系统，基于这个系统的经济活动称为“氢经济”。第一节燃料电池二、燃料电池的定义及特点历史：简单地说，燃料电池(FuelCel

2、l)是一种将存在于燃料与氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置。燃料和空气分别送进燃料电池，电就被奇妙地生产出来。它从外表上看有正负极和电解质等，像一个蓄电池，但实质上它不能“储电”而是一个“发电厂”。燃料电池的概念是1839年G.R.Grove提出的，至今已有大约160年的历史。第一节燃料电池第一节燃料电池二、燃料电池的定义及特点概念：在内部发生与水（H2O）电解相反的反应、将此时产生的电流输出到外部使用的电池。与普通电池不同，无需更换电池及充电。不过，需要供给氢气及甲醇等燃料。通过这些燃料中含有的氢（H）在燃料电池内部与空气中的氧（O）发生反应，在生成

3、H2O的同时产生电流。与其说是电池，倒不如说是发电机。第一节燃料电池第一节燃料电池二、燃料电池的定义及特点燃料电池十分复杂，涉及化学热力学、电化学、电催化、材料科学、电力系统及自动控制等学科的有关理论，具有发电效率高、环境污染少等优点。总的来说，燃料电池具有以下特点：　（1）能量转化效率高　他直接将燃料的化学能转化为电能，中间不经过燃烧过程，因而不受卡诺循环的限制。目前燃料电池系统的燃料—电能转换效率在45%～60%，而火力发电和核电的效率大约在30%～40%。（2）有害气体ＳＯx、ＮＯx及噪音低,ＣＯ2排放因能量转换效率高而大幅度降低，无机械振动。　（

4、3）燃料适用范围广。第一节燃料电池二、燃料电池的定义及特点（4）积木化强　规模及安装地点灵活，燃料电池电站占地面积小，建设周期短，电站功率可根据需要由电池堆组装，十分方便。燃料电池无论作为集中电站还是分布式电，或是作为小区、工厂、大型建筑的独立电站都非常合适　　（5）负荷响应快，运行质量高　燃料电池在数秒钟内就可以从最低功率变换到额定功率，而且电厂离负荷可以很近，从而改善了地区频率偏移和电压波动，降低了现有变电设备和电流载波容量，减少了输变线路投资和线路损失。第一节燃料电池三、燃料电池发电基本原理燃料电池（FuelCell），是一种发电装置，但不像一般非充

5、电电池一样用完就丢弃，也不像充电电池一样，用完须继续充电，燃料电池正如其名，是继续添加燃料以维持其电力，所需的燃料是「氢」，其之所以被归类为新能源，原因就在此。燃料电池的运作原理（如图1），也就是电池含有阴阳两个电极，分别充满电解液，而两个电极间则为具有渗透性的薄膜所构成。第一节燃料电池三、燃料电池发电基本原理氢气由燃料电池的阳极进入，氧气（或空气）则由阴极进入燃料电池。经由催化剂的作用，使得阳极的氢原子分解成两个氢质子（proton）与两个电子（electron），其中质子被氧『吸引』到薄膜的另一边，电子则经由外电路形成电流后，到达阴极。在阴极催化剂之作用

6、下，氢质子、氧及电子，发生反应形成水分子，因此水可说是燃料电池唯一的排放物。第一节燃料电池三、燃料电池发电基本原理燃料电池所使用的「氢」燃料可以来自于任何的碳氢化合物，例如天然气、甲醇、乙醇(酒精)、水的电解、沼气…等等。由于燃料电池是经由利用氢及氧的化学反应，产生电流及水，不但完全无污染，也避免了传统电池充电耗时的问题，是目前最具发展前景的新能源方式，如能普及的应用在车辆及其他高污染之发电工具上，将能显著改善空气污染及温室效应。第一节燃料电池第一节燃料电池第一节燃料电池三、燃料电池发电基本原理同化学电池在结构上相似的是：燃料电池也是由阳极（又称燃料电极）、

7、阴极（氧化电极）和电解质构成。电池的两个电极通过外接线路提供了电子转移的场所，电解质则构成了电池的内回路。以H2为燃料的反应过程：燃料和氧化剂分别在电池的阳极和阴极借助催化剂的作用电离成离子，并通过电解质在电极间发生迁移形成电势差，从而使电子经外电路发生从阳极向阴极转移，完成回路并产生电流。第一节燃料电池三、燃料电池发电基本原理燃料电池电解反应过程表示为：燃料电池不是储藏而是连续输出电能，只要燃料和氧化剂源源不断地供给电极，就可在排除反应产物和热量的过程中连续输出电能。第一节燃料电池三、燃料电池发电基本原理这个反映是电解水的逆过程。电极应为：阳极：H2+2O

8、H-→2H2O+2e-阴极：1/2O2+H2O+2e