／意大利IEC TC 105代表Stephen J. McPhail 中國電器工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)評價中心 孟子舒（譯）張亮（校）／

用于能量存儲的反向模式燃料電池

／意大利IEC TC 105代表Stephen J. McPhail 中國電器工業(yè)協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)評價中心 孟子舒（譯）張亮（校）／

燃料電池正被引入汽車產(chǎn)業(yè)（來源：Hyundai）

鑒于初級能源供應(yīng)從根本上的不可預(yù)測性、可再生能源資源的間歇性和不斷變化的能源消費需求及模式，需要聯(lián)合行動以應(yīng)對對于能源日益增長的依賴。對離散型發(fā)電（本地或遠(yuǎn)程、住宅或商用）不斷增加的需求呼喚將小規(guī)模發(fā)電效率最大化的系統(tǒng)。燃料電池（FC）是滿足這一需求的理想選擇。事實上，能源輸出低至1kWe的發(fā)電機(jī)發(fā)電凈效率能達(dá)到60%，F(xiàn)C系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他燃料轉(zhuǎn)換技術(shù)。若能成功推廣應(yīng)用，固定式FC將能夠使用任何本地可用燃料。若產(chǎn)量足以涵蓋小到中型發(fā)電的廣泛需求— 同時取決于降低預(yù)期成本—FC沒有理由不用于最大規(guī)模的電力生產(chǎn)。

能量存儲是可再生能源的關(guān)鍵

風(fēng)能和太陽能發(fā)電廠的持續(xù)增長是全球各國政府激勵行動和企業(yè)合作的積極后果。進(jìn)而在降低技術(shù)成本、極大提高利用率方面取得了成功。大量多種多變和間歇性可再生能源送入傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，使用多種形式的能源受到了限制。智能電網(wǎng)解決方案僅能部分將這些不可預(yù)測的能源適用于電力需求。為避免裝機(jī)容量和初級清潔能源浪費，儲存這些可再生能源產(chǎn)生的電力至關(guān)重要。使用電解水制氫是轉(zhuǎn)換和存儲多余電力的一種負(fù)載高效（相比電池）和位置靈活（相比抽水蓄能）的途徑。

氫帶來諸多益處

氫可以在商用、低溫FC中被轉(zhuǎn)換回能量。它特別適用于燃料電池電動汽車（FCEV）的應(yīng)用，這種情況下，以氫的形式存儲電力可以為交通提供能量增加價值。

同樣的，氫是高價值的化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)物質(zhì)，用于結(jié)合工業(yè)過程生產(chǎn)氨、氯和鋼等物質(zhì)。它還被用于化石燃料的精煉和食品產(chǎn)業(yè)。

電化學(xué)法制氫有利于匹配大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電具有巨大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)撃?。雖然氫處理基礎(chǔ)設(shè)施亟須建立，在一個獨特系統(tǒng)中使用反向模式的燃料電池系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換電能存儲和發(fā)電現(xiàn)已成為分布式能量管理的可用工程解決方案。此外，使用高溫、僅需反轉(zhuǎn)極性便可直接應(yīng)用于發(fā)電機(jī)和電力存儲設(shè)備固體氧化物電池的有利前景促使IEC技術(shù)委員會（TC）105（燃料電池技術(shù)）探究這方面標(biāo)準(zhǔn)化制定的需要。

將FC和電解過程標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)合在一起

目前關(guān)于FC和電解過程的標(biāo)準(zhǔn)化工作還不包括反向FC。同樣，用于滿足電力存儲和發(fā)電需求使用獨特解決方案設(shè)計的系統(tǒng)（即使由單獨的FC和電解模塊組成）現(xiàn)在并沒有涵蓋在標(biāo)準(zhǔn)化范疇內(nèi)。考慮到應(yīng)用的潛能，這意味著具有標(biāo)準(zhǔn)化前景。對于工業(yè)使用來說，通用系統(tǒng)途徑是可取的（功率輸入、功率輸出、副產(chǎn)品熱和電網(wǎng)連接）。應(yīng)當(dāng)指出的是，能量-天然氣-能量系統(tǒng)可以融合不同F(xiàn)C技術(shù)用于制氫和發(fā)電，但由于標(biāo)準(zhǔn)化工作在此處存在缺失，制定反向FC測試程序的特殊任務(wù)亟待進(jìn)行。

基于FC的反向能量存儲和發(fā)電系統(tǒng)已投入使用

縱觀世界，行業(yè)正在開展基于FC的可再生能源存儲發(fā)電系統(tǒng)示范。自2015年4月起 ，Toshiba的太陽能光伏存儲系統(tǒng)在日本投入運行（質(zhì)子交換膜，或PEM、電解槽、氫氣儲存和氫氣吞吐量為1~2.5 m3／h的質(zhì)子交換膜燃料電池）。德國的Sunfire正在開發(fā)10~500 kWe的反向（或再生）固體氧化物燃料電池（SOFC）系統(tǒng)。除此之外，F(xiàn)uelCell Energy正在提高美國用于能量存儲的SOFC/SOEC（SOEC為固體氧化物電解池）裝置，而意大利的ElectroPower Systems已經(jīng)使用大量基于PEM的系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程、離網(wǎng)、采用PV混合的方式為通信塔持續(xù)供電。

IEC承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)化工作

IEC緊隨快速發(fā)展，TC 105針對制定反向模式下使用FC模塊的能源存儲系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)通過了新工作提案。IEC TC 105第六特別工作組（ahG）負(fù)責(zé)此項工作，包括針對歐洲合作項目SOCTESQA（固體氧化物燃料電池堆測試和質(zhì)保項目，由燃料電池暨氫能聯(lián)合計劃支持）對模塊的測試和特性化程序的規(guī)定和驗證做出預(yù)規(guī)范性活動。主要目標(biāo)是考慮用于持續(xù)整合可再生能源的電氣化和物質(zhì)（和熱）生產(chǎn)，制定基于電化學(xué)模塊（結(jié)合電解與燃料電池，特別是反向燃料電池）電力存儲和緩存系統(tǒng)性能測試方法。

目前重要的提案標(biāo)準(zhǔn)將列在IEC62282-8標(biāo)準(zhǔn)系列：使用反向模式的燃料電池模塊能量存儲系統(tǒng)，包括：

1）62282-8-101：包括反向操作的固體氧化物電池單電池和電堆性能；

2）62282-8-102：包括反向操作的PEM單電池和電堆性能；

3）62282-8-201：電-電系統(tǒng)性能。

項目專家電話開放。項目負(fù)責(zé)人Stephen McPhail博士（意大利）：62282-8-101；俞紅梅教授 （中國）： 62282-8-102；Tsuneji Kameda博士（日本）：62282-8-201。AHG6召集人為Stephen McPhail，秘書助理為Kazuo Shibata 博士（日本）。

委員會草案初稿和國際標(biāo)準(zhǔn)終稿目標(biāo)日期分別為2016年底和2019年中。

（轉(zhuǎn)載請注明文章來自IEC e-tech。）