燃料電池在高抗災基地台的應用  

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台灣是位於環太平洋火環帶之島嶼,同時也位處西太平洋颱風路徑上,因此常遭受地震與颱風等侵襲。再加上地質破碎,每遇颱風或地震時更容易有山崩土石流等讓損害程度加劇。增強各方面的災害救助能力一直是政府重視的方向。根據歷年來的經驗顯示,災害發生時,通訊是非常重要的一項功能。颱風地震過後,受災民眾急需在第一時間向救災單位發出求救訊號。目前手機已成為人人必備的工具,也是最佳求救管道。而手機訊號要能暢通,最重要的就是基地台必須能正常工作,傳遞訊號。而在天然災害發生時,常造成電網電力的中斷,因此,準備充足的備用電力,是基地台於災害發生時能否充分發揮功能的重要因素。

燃料電池(Fuel Cell)係一種可將燃料轉換成有如電池電力輸出的裝置,由燃料電池的應用原理可以歸納幾項特點,這些特點使得它在未來能源的提供、儲存、轉換及應用等都達到比現行普遍採用的方式有很大的不同,因此也有人認為如果燃料電池成為未來能源轉換的主軸,那麼這樣的改變將有如工業革命般的劇烈。從能源利用的角度來看,燃料電池是一種高效率低污染的發電設備;從應用面的角色來看,它是一種可大、可小、方便、穩定、安全而長時期的動力(電力)提供者。

圖一、燃料電池原理
圖一、燃料電池原理

目前電信機房與基地台分散在全國各地,其備用電力主要採用二次電池,由於備用容量需求,現有電信機房與基地台備用電力仍以傳統鉛酸電池為主。鉛酸電池充/放電受制於壽命與容量降低等影響,業者需要不斷放電/充電測試備用容量且更換頻仍,導致大量鉛酸電池需要回收處理。電信機房與基地台之燃料電池應用值得政府獎勵推廣協助,其優勢包括:
① 燃料電池備用運轉時間長(可超過72小時)。
② 燃料電池運轉安靜( 不會吵到鄰居)。
③ 燃料電池無污染(唯一產物為水)。
④ 燃料電池低溫操作較柴油引擎安全。
⑤ 燃料電池運轉時可遠端監控。

圖二、台東大學高抗災基地台,26 kW燃料電池備用電力,罐裝氫氣
圖二、台東大學高抗災基地台,26 kW燃料電池備用電力,罐裝氫氣

由於重大災難時期氫氣的運補顯然困難度較高於液態燃料的補充,目前液態燃料主要以甲醇之重組產氫技術最成熟,所以發展甲醇重組式產氫燃料電池發電整合系統,其瓦數適合於攜帶。著眼於甲醇攜帶與補給之便利性高於氫氣,在救災非常時期,當既有電力受到影響未能於短期恢復,此時需要移動備用電力或提供備用電力運轉,氫氣供應可能中斷(相較於其他液體燃料),甲醇為燃料之重組型燃料電池在燃料備用補給具優勢。以甲醇和RO水為原料,於240∼260。C下,在專用催化觸媒上進行重組,重組後組成為主要含氫和二氧化碳轉裂解氣,其總反應:CH3OH + H2O + 熱量→CO2 + 3H2

上述反應生成的重組氣經冷卻、冷凝後其組成為氫氣及二氧化碳原理如圖三,該產出重組氣再用變壓吸附(PSA)技術分離提取純氫,供應燃料電池發電系統。

圖三、甲醇重組製氫流程
圖三、甲醇重組製氫流程

為暢通災區對外聯繫溝通管道,維持長時間穩定供應之基地台備援電力,成為增進災害防範能量及提升防救災效率之重要舉措。國家通訊傳播委員會(NCC)為強化地區防救災通訊服務備用電源建置,近年由經濟部能源局與通傳會攜手工研院、台經院於各縣市針對公部門及電信業者持續召開補助說明會,以推廣氫燃料電池作為行動通訊平台之綠能備用電源。目前全台已9處建置完成,包含:台北市政府體育局、苗栗聯合大學、嘉義中正大學、新北市雙溪區市民活動中心、新北市三峽五寮市民活動中心、台東大學、花蓮東華大學、基隆海洋大學、高雄中山大學等,另有多處積極規劃或申請中。

圖四、新北巿雙溪區公所高抗災基地台,20 kW甲醇重組燃料電池備用電力
圖四、新北巿雙溪區公所高抗災基地台,20 kW甲醇重組燃料電池備用電力

圖五、國立臺灣海洋大學高抗災基地台,左為5 kW燃料電池模組,右為20 Nm3甲醇重組產氫機
圖五、國立臺灣海洋大學高抗災基地台,左為5 kW燃料電池模組,右為20 Nm3甲醇重組產氫機

圖六、國立臺灣海洋大學高抗災基地台,甲醇水燃料桶
圖六、國立臺灣海洋大學高抗災基地台,甲醇水燃料桶

圖七、國立臺灣海洋大學高抗災基地台,20 kW甲醇重組燃料電池備用電力全景
圖七、國立臺灣海洋大學高抗災基地台,20 kW甲醇重組燃料電池備用電力全景

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