低溫燃料電池在船舶上的應用概論由于傳統蒸氣機和內燃機消耗了大量不行再生的自然資源并造成了嚴峻的環境污染,為了解決經濟進展與能源短缺及環境污染之間日益加劇的沖突,爭論,RobertGrove覺察了燃料電池的電化學反響原理到今日,燃料電池技術始終在不斷進展,并漸漸應用在社會的各個領域。燃料電池是一種把貯存在燃料和氧化劑中的化學能,等溫地按電化學原理,電子從陽極通過負載流向陰極2,1所示,O2

在陰極復原為O2-,O2-在陽極將供人的燃料氧化產生電子并發出熱量。不同種類的燃料電池其工作原理是相像的,不同的只是材料、燃料、催化劑和發生的反響。燃料電池的種類及其特點燃料電池有不同的分類標準,依據工作溫度的不同可以分為三種:低溫、中溫順高溫燃料電池;依據電解質的不同,大致可分為五類:堿性燃料電池(AFC)、MCFC)1列出了不同燃料電池的主要特征。目前最便利利用的燃料電池技術是PAFC,磷酸作為電解液,陽極和陰極都有鉑作為催化劑,池,SOFCMCFC,已經應用在工業能源領域,估量在今后幾年內會比PAFC,PEMFC,已經應用在交通運輸和便攜式設施中,這些設施需要快速起動、構造緊湊和低溫環境。在這些設施中,廢熱通常不(MCFC)效率高,廢熱可以充分利用,更適合工業應用。在連續工作時,機器長時間的運轉并不是一個問題。SOFC技術現在主要向關心動力裝置方向進展,以給對電力需求不斷增長的汽車供給動力。SOFC技術分為管狀和平面技術,平面技術在大批量生產時具有本錢效益,而且功率密度高,可以在650~800℃的溫度范圍內工作,這樣裝置的某些部件就可以使用常規材料以降低本錢。磷酸型燃料電池是低溫燃料電池，也被稱為第一代溫度低，為了促進反響，利用鉑〔Pt〕作觸媒。H2CO2，經這樣處理后的燃料氣體進入燃料堆的負極〔燃料極；而同時又把氧送入空氣堆的正極〔空氣極，于是發生反響，借助觸媒劑快速轉化為電能和局部熱能。質改器的作用產生質改反響：CH4+H2O→CO+3H2 工作溫度為800篊移位反響器作用產生移位反響：CO+H2O→CO2+H2 工作溫度為250篊燃料電池堆產生發電效應：H2+1/2O2 → H2O 燃料極和空氣極的反響式，前文已提出過：燃料極： H2→2H++2e>空氣極： 2H++1/2O2+2e>→H2O就實現了燃料電池的發電功能。CO2的存在，使AFC大為簡化。加壓運行時，還可以組成熱電聯產。但它的發電效率較低，僅能到達%〔tO2%，〔4萬小時已商品化，可作為小功率電源，供移動電源及備用電源應用。但要用于大容量集中發電站比較困難。C的運行溫度低〔0篊C相比，電流密CO容許含量都較高，具有壽命較長，運行牢靠的特點。站。燃料的預處理及分類,都SOFC最適合的燃料,由于它不需要,SOFC中使用了一些其他的燃料如甲醇、汽油甚至柴油和已醇。燃料首先通過過濾除去顆粒物,接著進展

,ppm,整,依據使用的燃料和燃料電池的不同,燃料能以不同的方式重整。自然氣的蒸,對于小型裝置局部氧化是更加簡潔的方法。自然氣,自然氣4H2SOFCCH、和4H242局部CH 內轉化為CO和H。液化自然氣(LNG)對于在近岸航行42的燃料電池船舶來說也是一種好的選擇,LNG比柴油更簡潔重整。假設主,由于即使一個小型的氣體燃料發生裝置也會使整個動力裝置變得簡單。柴油5~10ppm的水平,如費用可承受的話也可以在船上對柴油進展脫硫。3)氫氣氫氣是最清潔的能源,4氫化學混合物(如NaBH )的高壓儲存間題。解決了儲存問題后,假設4,氫氣將會成為燃料電池和傳統燃料發動機將來的燃料。排放物的組成2燃料電池的排放物主要是水和CO,一般不含硫,由于燃料在使用前含硫物2質已被除去。以純氫為燃料時,燃料電池的化學反響物僅為水;以富氫氣體為燃,40%N

在燃料電池的反2x,NOSOFCNOx含量低x2 %,2,,反響的產物是水和,CHSOFC中的。2 船的種類、性能及特點為了保證所選擇的燃料電池的構造能更好地適應船的要求,對船進展了如2所示的分類。燃料電池為船的運行供給了如下的功能:,它還必需滿足諸如靜音運行等特別要求。除了上述功能外,所選擇的燃料電池的種類還必需滿足特定的性能標準。比方系統的能量密度、負荷變化/動態的力量(負荷增加或削減、突然斷路、短路)或補充燃料的力量。燃料電池技術在船舶上的應用現狀上個世紀90年月中期以來,加拿大Ballard公司、德國Sidmens公司及19978月,德國SidmensPEMFC2023212級,827日英國防務系統日刊報道,美國能源爭論公司與巴贊鋼鐵公司進展合作,開發艦用碳酸基燃料電池能源裝置,使直接式燃料電池裝置使用船用柴油作燃料,并確保裝置具有高效率和長壽命。所研制的燃料電池系統承受內部重整制氫技術,通用汽車公司已研制出用于燃料電池驅動裝置的車載燃料重整器,該重整制氫技術對船用燃料也同樣適用,被認為是一種型的水面艦船發電裝置,具有寬闊的軍用和民用市場。20234月在德國基爾港下水,2023年春服役后,,即燃9PEMFC燃,1417小,無腐蝕,功率密度大,使用壽命長。每組燃料電池的輸出功率為34千瓦,9,因此它的紅外特征很小。由于它根本不向艇外排放廢物,尾流特征也很小,能超安靜運,其聲信號特征比柴-電推動裝置低。傳統的柴-2~3天就會耗盡電池能量,必需浮現水面給蓄電池充電,而燃料電池潛水艇可在水下,3周。它的柴-MTU公司的一臺,312凹凸速航行及全艇電網供電要求。日本研制的世界第一艘承受氫氧燃料電池動力的深海科學考察巡航器已經,當燃料電池普及到轎車時,燃料電池船用化的時間也就到了。屆時,船舶電源的的選擇將發生兩個變化:1)替代鉛酸蓄電池。尤其是在高速船上,選用燃料電池用作主機的起動電源、應急電源及無線電的專用電源;2)替代船舶輔機。船舶電站將不再選用輔機帶動發電機,船舶輔機艙將變得格外清潔而且很安靜,這將是船舶電站的一次實質性的變革。燃料電池在船舶上的應用從船舶的自身特點來看,可分為潛艇和水面船,水面船又有游船、考察船、客渡輪、貨(LNG)等。船上使用的推動系統主要是柴油機,蒸汽輪機或燃氣輪機,此外,還存在柴-電或燃-電推動裝置。船舶上的電力供給主要是靠柴油發電機。并配有大量的二次電池等關心電源。依據船的類型和操作狀況,需要的驅動力功率不同,假設在船舶上承受燃料電池系統,既可以作為船舶的推動動力,又可以同時實現船舶上的各種用電的要求,溫度低(80-l00C)、重量輕、體積小(0.82kg)、可模塊化組裝、本錢低和壽命長的優點,,以同等功率相參考,與柴油機體積相當,被認為是格外適合于小型船舶和潛水艇的燃料電池,德國西門子公司向海軍供給的潛水艇用固體高分子燃料電池(PEFC),潛艇安裝有燃料電池和柴電動力組成的混合動力系統。混合動力系統由兩套推動方式結合而成,一套動力系統是由柴油發電機組、推動電機、蓄電池組和配電設備等組成的常規推動系統,使用鉛酸電池,需要潛艇定期浮水面進展充電;另一,潛艇會將燃料電池系統和柴電動力系統結合使用。前者用于在水下隱蔽的長時間航行,獨工作,也可以同時進展工作[3},而且還必需為船.fI客艙效勞供給所需要的可觀的電力和熱力,與此同時還應使旅客受到盡可能少的噪聲、振動和排氣煙霧的影響。承受燃料電池推動裝置,可以完全滿足要求。燃料電池可以作為船的推動動力,還可以直接為船上的設備和旅客直接供給電力,削減船上的柴油發電機組和大量的二次電源。PEMFC 和SOFC被認為是適合做動力的燃料電池系統。PEMFC 由于在低溫下工作,能供給的熱力有限,MCFC 和SOFC 都在高溫下運行,工作溫度也格外利于燃料的重整MCFC相比SOFC的功率密度低,堆的體積較大SOFC構造簡潔,效率高,對燃料的適應性強,與燃氣輪機聯合使用,可大大提高發電效率。伴隨發電產生的熱可以供給熱水供淋浴,還可以將排水處理成飲用水目前SOFC運行溫度過高,在制造技術和材料的選擇上有肯定困難,降低SOFC的操作溫度,把操作溫度從850一1000℃降到60一80℃,成為SOFC的爭論熱點。隨著爭論的不斷進步,技術的成熟和本錢的降低,SOFC 有很大的應用潛力。運輸液化自然氣的LNG液貨船是目前唯一的特地用蒸汽輪機推動的船型。緣由在LNG液貨船上,液化氣以162℃的溫度下裝在隔熱艙中運輸。盡管高效隔熱,受到光照,但仍舊不行避開液化氣蒸發。蒸發的自然氣可用做主鍋爐的燃料,供給幾乎全部需要的推動功率假設改用燃料電池電力驅動,可直接承受汽化的自然氣做燃料,既經濟也可以解決液化氣的問題,而且燃料電池具有更高的效率,可謂一舉兩得。日本燃料電池電力推動船調查委員會曾對JNG船裝備熔融碳酸鹽型燃料電池做過分析,認為應用燃料電池來改進船舶動力是格外正確的.完畢語綜上所述,燃料電池有用化在興旺國家已經開頭,由于燃料電池具有明顯的優越性,各國政府和商家紛紛投以巨資,快得多,估量在10~15年后將成為人類能源的主要供給者,以此為動力的燃料電池動力系,使得重整器能夠類似汽車上的化油器那樣,成為燃料電池的一個部件,是燃料電池