鉅大LARGE | 點擊量：1383次 | 2019年02月12日
燃料電池在地下工程中有什么應用
世界各國為了應對戰(zhàn)爭的發(fā)展與特種武器的進步設計和興建了相當多的地下指揮所、地下醫(yī)院、地下通訊工程、人防工程等地下工程，適宜的內部環(huán)境是這些工程正常發(fā)揮作用的保障。由于處于地下相對于地面最大的特點就是封閉，內部環(huán)境就必須全面的考慮光環(huán)境、聲環(huán)境、嗅覺環(huán)境和熱濕環(huán)境，而這些環(huán)境又必須由內部設備系統(tǒng)提供保障，所以設 備的選擇直接決定了內部環(huán)境的好壞。
由于柴油機技術成熟，工藝穩(wěn)定，可選擇的機組容量范圍大，通常作為地下工程的能源供應。但是柴油電站存在著高溫煙氣排放容易暴露目標；發(fā)電廢熱回收困難；需要特殊的冷卻通風技術來保障發(fā)電系統(tǒng)工作；在沖擊波作用下可能因發(fā)電機電壓瞬時下降，造成柴油機熄火；發(fā)電效率低，功能單一不能冷熱電聯(lián)產等缺點，加之工作時的巨大噪音以及排放含碳氧化物和氮氧化物的廢氣會影響地下工程的內部環(huán)境，影響人員的長期居住，降低工程的使用效率，使柴油電站越來越不適合未來戰(zhàn)爭對地下防護工程的需要。
地下工程要求內部能源系統(tǒng)一是要安全穩(wěn)定性，無論從燃料的獲得、儲運還是能源轉換系統(tǒng)都必須安全穩(wěn)定。二是要低污染、低排放、偽裝性能優(yōu)良，防止暴露工程目標和反空中偵察。三是要能夠滿足工程對電力、供熱、制冷、除濕等多種要求。四是要有很強的運行調節(jié)能力，可以隨內部設備功能及運行狀況的不斷變化進行條件。五是還要考慮經濟性。燃料電池技術就因為其清潔、高效等顯著特點適應了這些需求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆標準
充電溫度：0~45℃
-放電溫度：-40~+55℃
-40℃最大放電倍率：1C
-40℃ 0.5放電容量保持率≥70%
燃料電池是一種能量轉化裝置，按電化學原理等溫地把儲存在燃料和氧化劑中的化學能直接轉換為電能和熱能，因此省去了將燃料中的化學能先轉變成熱能在轉換為電能的中間環(huán)節(jié)。其工作原理與一般電池相似，燃料和氧化劑從外部不斷輸入，在電池的陰極和陽極上借助催化劑的作用，電離成離子，由于離子能夠通過二電極中間的電解質在電極間遷移，在陰電極、陽電極間形成電壓，當電極同外部負載構成回路時，就可向外供電。
與傳統(tǒng)的熱電發(fā)生裝置相比，燃料電池具有以下特點：
第一，發(fā)電效率高，發(fā)電效率可達４０％—６０％，若實現(xiàn)熱電聯(lián)供，燃料的總利用率可達８０％以上。
第二，環(huán)境污染小，因反應前脫硫，而且沒有高溫燃燒過程，幾乎不排放硫化物和氮氧化物，二氧化碳的排放也比熱機減少４０％，若燃料為氫氣的話，反應唯一產物為水，沒有污染。
第三，噪音小，因運動部件很少，且反應過程為電化學反應，所以工作時噪音很低，不會給人造成心理壓力。
第四，負荷調節(jié)靈活，燃料電池發(fā)電裝置是模塊結構，容量可隨需要變化，布置方式也靈活多樣，并能依據負載的變動，快速響應。第五，燃料來源廣，甲醇、煤氣、沼氣、天然氣、含氫廢氣、輕油、柴油等都可以作為燃料電池的燃料。這些特點在運用到地下工程上表現(xiàn)出極大的優(yōu)越性。
燃料電池冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)通過能源的梯級利用將綜合效率提高到８０％～９０％，同時大大降低污染物和溫室氣體的排放。如圖１所示，燃料通過燃料電池裝置發(fā)電后，變?yōu)榈推肺兜臒崮苡糜诓膳?、生活供熱等用途的供熱，這一熱量也可驅動吸收式制冷機，用于空調制冷，從而實現(xiàn)建筑冷熱電聯(lián)產。為了協(xié)調冷、熱、電三種動態(tài)負荷，實現(xiàn)最佳的整體系統(tǒng)經濟性，系統(tǒng)往往需要設置壓縮式制冷機和鍋爐，甚至蓄能裝置等。
低溫燃料電池（ＰＡＦＣ和ＰＥＭＦＣ），由于工作溫度低，通常利用低品位的廢熱來實現(xiàn)建筑物的熱電聯(lián)產。應用于地下工程，在偽裝性能上有一定優(yōu)勢。對于高溫燃料電池（ＭＣＦＣ和ＳＯＦＣ），工作溫度在６００℃以上，廢熱的品質很高，可以用來驅吸收式制冷機，或者用于除濕裝置的再生，此外，對于用電需求較大的場合還可以采用與蒸汽輪機或燃氣輪機相結合的聯(lián)合循環(huán)方式式將系統(tǒng)的發(fā)電效率提高到６０％左右。
典型的冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)有低溫燃料電池＋廢熱再生除濕裝置＋余熱采暖＋生活熱水；高溫燃料電池＋余熱鍋爐＋廢熱再生除濕裝置＋余熱采暖＋生活熱水；高溫燃料電池＋廢氣直熱吸收式冷水機組＋廢熱再生除濕裝置＋生活熱水；高溫溫燃料電池＋電制冷冷水機組＋廢熱再生除濕裝置＋生活熱水；高溫溫燃料電池＋余熱鍋爐＋蒸汽吸收式冷水機組＋廢熱再生除濕裝置＋余熱采暖＋生活熱水；低溫燃料電池＋電動調溫除濕機＋生活熱水?？梢愿鶕煌墓ぷ餍枰凸こ桃?guī)模選擇合適的燃料電池冷熱電聯(lián)產系統(tǒng)。
由此可見燃料電池完全可以取代柴油電機作為地下工程的能源保障，其實燃料電池技術在發(fā)達國家已經被廣泛應用于特種工程領域，早在１９９４年美國就先后投入３６７５萬美元用于美國特種部的ＰＡＦＣ燃料電池示范性工程項目，并以此來確定該技術在美國特種部長遠的能源戰(zhàn)略中所起的作用。到１９９７年，ＰＡＦＣ燃料電池技術已在美軍的３０個實際工程得到了應用，并積累了大量的實際運行數(shù)據。而燃料電池技術在我國地下工程中的應用難得一見，不過隨著燃料電池技術的飛速發(fā)展與日趨成熟，為其在我國地下工程中應用和推廣創(chuàng)造了有利的條件。
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