石智润
山东建筑大学
摘要：不管是电解制氢技术还是高温燃料电池技术，都是能够实现氢能以及电能相互转换的一种关键技术，而这些技术对于我国电力行业的发展而言，可以产生较大的影响。所以本次课题主要分析电解制氢与高温燃料电池在整个电力行业当中的具体应用，以及它未来的发展。
关键词：电解制氢；高温燃料电池；电力行业
一、电解制氢技术
1.氢储能特点
一直以来人类的社会发展方向都主要集中在可再生能源的工作上，可再生能源是限制一个社会发展以及限制人文生产活动的主要因素。常见的可再生能源主要有水能，风能，太阳能。它们具有间歇性的特点，不能长时间持续使用，也不能保证电能输出的稳定性。所以储能技术在可再生能源发电储存工作当中具有较高的应用价值，它在需要时就可以释放，同时也可以保证发电过程的趋势性，电能输出的稳定性。常见的储能技术主要有：物理储能，化学储能以及热储能。物理储能包括机械储能、电池储能等等；化学储能则是以化学原理作为基础的一种储能方式，主要有液流电池，锂电池等等。
2.氢的来源
其实从化学及物理的角度进行分析，制氢的方式具有多元化的特点，常见的制氢技术是水电解制氢，但除此之外还有关节分解以及化石燃料重整的技术。因为氢气属于一种十分重要的清洁能源，对于每一个行业的发展而言都可以产生重要的影响，各个国家对于氢气的要求和氢气的数量需求都非常高，全球每年总共需要4×10?t，它可以用于氨的生产，有机物的加氢、石油精炼、金属冶炼、电子制造、产生高温火焰以及冷却热发电机等方面。目前全球95%以上的氢气都是使用化石燃料重整而获得的，但是这一过程会排出二氧化碳，对于环境造成一定的威胁，使用电解水技术进行生产，可以实现二氧化碳零排放的目的。我国连续7年获得世界第一大氢气生产国，但是因为受到价格因素的影响，大部分的氢气都来源于化石能源。
3.电解制氢技术
从原理的角度进行分析，电解水制氢是以直流电做为基础，在其作用下通过化学反应，将水分子分解成为氧气及氢气的过程，它分别在阴极以及阳极析出。在实际生产工作当中，我们可以根据隔膜的不同，将电解制氢技术分为碱水点解、质子交换膜水电解、固体氧化膜水电解这三种不同的类型。首先从碱性液体电解槽水电解制氢的角度进行分析，这一技术需要以氢氧化钾，氢氧化钠作为基础，以这两者作为水溶液的电解质使用，使棉布等作为隔膜再通入到直流电的环境下，之后就可以将水电解成氢气以及氧气，而最后产出的气体必须要经过脱检物处理之后才可以投入使用。该技术早在上世纪中期就已经实现了工业化的生产，所以从整体的情况来看，它的技术成熟度相对较高，一个系统的运行寿命可以达到15年左右。
从固体聚合物水电解制氢的角度进行分析，它与上文的碱性液体电解质技术相比，其发展的起步时间相对较晚，它是由于碱性液体电解质电解槽在实际使用的过程当中存在较多明显的问题而发展起来的新型技术。该技术在实际使用的过程当中，需要以 SPE作为质子交换膜，所以我们也将其称为PEM电解质。因为他以自己交换膜作为隔离膜，替代石棉膜，进行自己的传导工作，所以能够很好的避免碱性液体电解质电解槽使用期间，因为强碱性液体对于电解质产生的消极影响而导致的产品生产效率无法得到有效提升的各种缺点。除此之外，固体聚合物水电解制氢的过程使用的是零件系的结构，所以它可以使得整个电解池的整体性能大幅度提高。与碱水电解槽相比，它的运行效率达到4倍以上，气体的纯度相对较高，而且绿色环保体积小，安全可靠，甚至它还可以实现更高的产气压力的优点是工业的自行领域最具有发展前景的一种电解制氢技术。
二、高温燃料电池技术
1.高温燃料电池的特点
高温燃料电池本身就具有能量转换效率高，环保效益良好，以及能够进行模块化组装的特点，所以在进行电力发电设计以及针对电厂进行建设的过程当中，我们可以利用高温燃料电池进行大型固定式电站的建设工作，同时它也适用于冷热电三联供分布式的电源。从它的经济价值以及使用特点等多个角度进行分析，可以发现与其他类型的技术相比高温燃料电池技术的应用价值相对较高，可以说它是未来电力市场不可或缺的绿色发电技术，对于整个行业的发展甚至对于我国可持续发展战略而言，都可以带来积极的影响。从目前市场发展的角度来看，国内对于高温燃料电池的市场需求非常大，而国外也已经实现了高温燃料电池的商业化应用。目前我国对于高温燃料电池的关键材料以及核心技术已经初步掌握，而且最近这几年相关管理部门以及研究机构对于高温燃料电池的研究力度相对较大，它可以为下一步的应用示范以及商业化的发展提供稳定的技术基础。
2.高温燃料电池技术
一般情况下，在分布式发电工作以及固定式发电工作当中，最突出的特点是小型高效、近零排放，整体的效率相对较高。但是经过综合性分析以及实践研究，可以发现在火力发电工作当中，存在最为明显的问题是效率问题，因为效率无法得到提升，在这样的瓶颈背景下，百万千瓦超临界的净发电效率仅仅达到46%，很难突破50%，这对于整个电力发展工作以及电力行业而言，会产生极大的消极影响。以燃气轮机联合循环作为基础，在进入到运行状态之后，我们必须要以大容量的F级燃气作为基础，才可以达到较高的运行效率。目前电力市场的电力存在过剩的情况，因为市场对于大型电厂的需求比较低，所以对于能量需求的类型也逐渐从单一的电能供给逐渐转变为热电联合的攻击，甚至已进入到了冷热电三联供企的状态，它可以提高能源利用的综合效率。高温燃料电池技术具有小型高效的特点，目前的热电联控效率控制在80%左右，而且在百千瓦的小容量的状况下发电的效率达到65%，它可以作为分布式电源分布和安装，在用户附近和这种安装的方式可以实现90%的热电联控效率，具有较高的使用价值，值得推广。
我国江浙一带地区的经济比较发达，他们对于分布式功能系统的需求相对较高。而且不同的城市在新的园区对于工程工业供冷的综合能源系统具有较高的要求，从目前我们了解的情况来看，这些新型的能源综合系统发展速度相对较快，它甚至会成为未来发电企业，智慧电厂以及智慧能源供给系统的重要组成部分。现在市场上使用的分布式发电主要是以天然气内燃气作为基础的一种系统，它的价格比较便宜，而且具有运行灵活的特点。但是与其他类型的内燃机相比，天然气内燃气的噪音比较大，它的氮氧化物排放量相对较高，而且发电的效率也无法达到人们要求的数据以及指标，无法真正达到用户对于清洁高效功能的实际需求。以高温燃料电池作为基础的分布式功能系统，它对于燃料电池的工作温度要求并不是非常高，所以它能够更好的满足市场，对于分布式功能系统的各项指标要求所。因此不管是从哪个角度进行分析，我国高温燃料电池的发展市场较为广阔，但是它目前也面临着较大的技术挑战。从整体的情况来看，高温燃料电池的技术与国外的发展有较为明显的差距，需要进一步完善以及提升。
结束语
在社会快速发展的背景下全球化的程度越来越高，而国家与国家之间的竞争已经逐渐转变为能源与能源之间的竞争，所以各个国家在发展的过程当中对于能源的研究问题十分关注。电解制氢技术以及高温燃料电子技术在整个电力行业的发展当中产生了极为重要的作用。为了整体提高以及加快我国电力行业的发展，本文主要针对电解制氢技术以及高温燃料电子技术的相关内容进行探讨，希望能在一定程度上为电力行业的发展提供更多的数据基础。
参考文献：
[1] 许世森, 张瑞云, 程健,等. 电解制氢与高温燃料电池在电力行业的应用与发展[J]. 中国电机工程学报, 2019, 39(009):2531-2536.
[2] 徐达成、高怡晨、谢欢. 氢燃料电池混合动力车制氢和充电技术的现状与展望[J]. 世界科技研究与发展, 2020, v.42;No.360(05):5-14.
[3] 王梦娇, 高文君, 张秩鸣,等. 基于液体催化燃料电池的葡萄糖电解制氢性能分析[J]. 现代化工, 2019, v.39;No.398(12):87-89+94.