氫能經濟及燃料電池材料應用發展趨勢(下)

 

刊登日期:2016/5/23
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賴建銘、林俊男、蔡麗端/工研院材化所

定置型燃料電池熱電共生系統現況
氫能社會的另一重要載具是 CHP 燃料電池系統,經日本政府持續補貼及大量示範運行,目前技術已趨向成熟,其系統之開發歷程及日本國內之販售狀況如圖十一所示。由於所使用的燃料是由氣體公司所提供,因此整體發展是由燃料電池系統商與氣體公司相互配合而達成,目前除了最早的獨立家庭使用型號外,也擴展銷售至集合式住宅,2015年則正式推出在停電後仍可獨立運作的自立型系統,目前在日本國內已設置超過 15萬台,系統製造商目前也鎖定擴展海外的歐洲市場,因此可以看到日本廠商與歐洲公司的合作,例如:Panasonic / Viessmann;Toshiba / BAXI Innotech 以及 Aisin / Bosch 等。



圖十一、日本ENE-FARM之發展歷程及販售狀況

ENE-FARM 的 CHP 系統可依燃料電池種類概分為質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell;PEMFC,日本用法:PEFC)系統及固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell;SOFC)系統(圖十二),目前各個系統總效率都可達到 90% 以上(可減少 49% 的 CO2 排放),發電效率以 SOFC 較高(46.5%), 總合效率則是 PEMFC 較佳(95%)。由用戶用電及家中熱水使用習慣去挑選合適的燃料電池系統機型,目前使用 PEMFC 的 CHP 系統引入智慧化系統學習家戶使用習慣,可進行發電及產熱水之最佳化。至於 SOFC 系統則需以連續操作方式無法隨時進行開關機,因此在鼓勵設置 SOFC 系統方面,日本大阪瓦斯(Osaka Gas)則是以保證買回家戶多餘發電量為運作模式。

圖十二、日本ENE-FARM之系統規格
 
今年展場上 Toshiba 展出的 ENE-FARM 產品除了以往 0.7 kW 系統之家用標準型系統外,同時也展出了使用純氫為燃料的 CHP系統(如圖十三)。而為擴大應用性及系統建置量,除了開發可供集合式住宅用之高發電功率 CHP 系統外,另外也有對應寒冷地區,可在 -20℃ 啟動的機型以及停電時可自立運轉的機型。

圖十三、Toshiba之CHP系統

使用純氫為燃料的 CHP 系統與都市瓦斯的系統規格比較則如圖十四所示。在同樣 700W 的發電規格下,使用純氫的 CHP 系統具有更高的發電效率(55%)以及更短的啟動時間(1分鐘vs. 1 小時),總合效率仍可維持在 95%。而純氫機型中所使用的氫氣燃料加熱系統及熱水儲存桶是由長府工產株式会社共同合作開發而成---以上為部分節錄資料,完整內容見下方附檔。

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