面對(duì)如何提高燃料利用效率

降低污染用量等重大問題

韓敏芳帶領(lǐng)她的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)

發(fā)展碳基燃料先進(jìn)高效利用和減排技術(shù)

于2015年在松山湖清華東莞創(chuàng)新中心

成立了燃料電池先進(jìn)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室

開展碳基固體氧化物燃料電池

研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目

正加速將這一顛覆性創(chuàng)新技術(shù)

向產(chǎn)業(yè)化道路邁進(jìn)

韓敏芳

清華東莞創(chuàng)新中心低碳能源環(huán)境技術(shù)研究中心主任，長(zhǎng)江學(xué)者特聘教授，國(guó)家“973計(jì)劃”項(xiàng)目首席科學(xué)家，能源行業(yè)高溫燃料電池標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì)主任，中國(guó)能源研究會(huì)燃料電池專委會(huì)副主任兼秘書長(zhǎng)，中國(guó)硅酸鹽學(xué)會(huì)固態(tài)離子學(xué)分會(huì)副理事長(zhǎng)，固體氧化物燃料電池領(lǐng)域的開拓者。

SOFC是“吃粗糧的大力士”

韓敏芳研發(fā)的燃料電池是一種高效發(fā)電裝置，將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能，能量轉(zhuǎn)換是通過電極上的電化學(xué)反應(yīng)來進(jìn)行的。在各種燃料電池中，固體氧化物燃料電池（SOFC）可以直接使用各種含碳燃料，很容易與現(xiàn)有能源資源系統(tǒng)兼容，一次發(fā)電效率高達(dá)50%-60%。SOFC采用全固態(tài)結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)期穩(wěn)定性好，不使用貴金屬催化劑，成本低廉，而且安靜、可靠，對(duì)電力的質(zhì)量有良好的保證。

氣態(tài)的天然氣、煤相關(guān)的氣化煤氣、焦?fàn)t煤氣和煤層氣等，液態(tài)的汽油、特種柴油和醇類等，固態(tài)的焦炭和煤等，這些燃料都以含碳化合物為主要成分，稱為碳基燃料。碳基燃料SOFC是實(shí)現(xiàn)化石燃料高效轉(zhuǎn)化和潔凈利用的有效途徑。

與燃煤發(fā)電技術(shù)相比，利用SOFC進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換沒有燃燒和機(jī)械過程，從而極大地提高了能量轉(zhuǎn)化效率，避免了CO2以及粉塵等污染物的產(chǎn)生，SOFC極大降低了化石燃料在熱點(diǎn)轉(zhuǎn)換中的能量損失和對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞，具有更高的效率和耕地的污染，且SOFC一次發(fā)電效率高，與汽輪機(jī)熱點(diǎn)聯(lián)動(dòng)后，能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)80%以上。

SOFC的廣泛應(yīng)用

SOFC是21世紀(jì)最有應(yīng)用前景的綠色發(fā)電系統(tǒng)，可以滿足不同規(guī)模、不同層次的電力需求，尤其適用于分布式發(fā)電系統(tǒng)，還可以用作便攜式電源和輔助動(dòng)力裝置（AuxiliaryPowerUnit，APU），以及火車、輪船和特種上的動(dòng)力系統(tǒng)。因此SOFC是高效潔凈利用碳基燃料的良好解決方案。

同時(shí)它還具有燃料多樣、安裝地點(diǎn)靈活、建設(shè)周期短、適用范圍廣、全網(wǎng)安全性高的特點(diǎn)，由中國(guó)工程院主持出版的《中國(guó)戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告2014》中SOFC技術(shù)已經(jīng)獨(dú)立成篇，中國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略的組成部分。

據(jù)估計(jì)，僅就SOFC作為機(jī)動(dòng)車輛輔助電源這一項(xiàng)應(yīng)用而言，每年可節(jié)約4.2億噸柴油，并減少CO2排放量460萬噸。如果SOFC能作為家用汽車的輔助電源進(jìn)入千家萬戶，那么，市場(chǎng)之大、覆蓋面之廣，將會(huì)大幅度地降低SOFC的成本和改善尾氣導(dǎo)致的空氣污染。

加速實(shí)現(xiàn)SOFC產(chǎn)業(yè)化

SOFC作為未來發(fā)電的戰(zhàn)略高技術(shù)，世界各國(guó)都非常重視。2012-2016年間，國(guó)家重大部署陸續(xù)出臺(tái)相關(guān)方案，均對(duì)固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)提出了規(guī)劃目標(biāo)。從技術(shù)進(jìn)展的世界趨勢(shì)上看，SOFC處于從科研界向產(chǎn)業(yè)界的轉(zhuǎn)化階段，從示范運(yùn)行向商業(yè)運(yùn)行的發(fā)展階段。

韓敏芳已經(jīng)在松山湖對(duì)1kW的SOFC發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了示范運(yùn)行，為了在電池性能、成本、可靠性等方面進(jìn)一步改進(jìn)，滿足產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的要求，仍然需要對(duì)碳基燃料SOFC相關(guān)的基礎(chǔ)科學(xué)問題、技術(shù)工程問題進(jìn)行系統(tǒng)、深入的研究，以進(jìn)一步提高其穩(wěn)定性、降低成本。

韓敏芳針對(duì)國(guó)家在能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、化石燃料高效潔凈利用等方面的重大需求，開發(fā)高效率、低成本的碳基燃料SOFC發(fā)電模塊，實(shí)現(xiàn)批量化生產(chǎn)，建立相關(guān)技術(shù)及理論體系，最終形成自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，突破發(fā)達(dá)國(guó)家對(duì)中國(guó)的技術(shù)與產(chǎn)品封鎖，引領(lǐng)行業(yè)發(fā)展。

項(xiàng)目以已開發(fā)成功的千瓦級(jí)SOFC發(fā)電模塊為基礎(chǔ)，構(gòu)建SOFC發(fā)電系統(tǒng)的高端制造平臺(tái)，通過各種不同形式的示范工程為切入口，與各類重點(diǎn)能源企業(yè)和其他用戶構(gòu)建合作，利用東莞的世界制造中心優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)SOFC發(fā)電系統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，并帶動(dòng)?xùn)|莞地區(qū)的機(jī)械五金加工產(chǎn)業(yè)、逆變器制造產(chǎn)業(yè)、配套的電子電氣控制系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

預(yù)計(jì)到2020年，基于碳基固體氧化物燃料電池及其元件，會(huì)使東莞在SOFC領(lǐng)域躍入國(guó)內(nèi)領(lǐng)先、國(guó)際先進(jìn)地位，十年內(nèi)在東莞及廣東形成SOFC的相關(guān)產(chǎn)業(yè)聚集，規(guī)模將超過1000億元。