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2010/11/30

燃料電池電熱共生系統,讓節能更貼近你我

燃料電池電熱共生系統,讓節能更貼近你我
以電解質區分燃料電池的種類至少可分為7種,
其中質子交換膜燃料電池技術,被認為具操作溫度低、啟動速度快、
應用廣泛等優點,已商業化運用於家用發電、電信備用電源系統上。
看準國際市場潛力,工研院燃料電池熱電共生系統,要助產業一臂之力!
【撰文/葉芷嫻】

 

 

工研院的300W可攜式燃料電池發電機,以純氫為燃料,不排放任何二氧化碳,兼具安靜、環保及體積小、重量輕、便於攜帶等優點。(攝影/蔡鴻謀)
隨著石油與天然氣等天然能源快速減少,擴大替代能源的應用範疇已是世界重要發展目標,對於向來被視為重要新能源的燃料電池技術來說,雖名為電池,卻不像一次電池或二次電池,僅為蓄/供電裝置,由於燃料電池可以經過外部系統提供活性物質,持續不斷地產生電力供電,說它是個「發電廠」,一點也不為過。


在現有燃料電池中,依據電解質種類至少可區分為鹼性、磷酸鹽、融熔碳酸鹽、固態氧化物、質子交換膜、直接甲醇、直接碳等七種燃料電池。這些不同的燃料電池,可使用一次能源(例如煤炭、天然氣),也可使用二次能源(瓦斯、甲醇、氫),發電效率各有不同,針對的用途與設備尺寸大小也有差異。對於能源產業來說,不論發展哪一種發電技術,如何在發電過程中降低碳排放,甚至是回收副產物成為再利用的能源,達到真正落實節能減碳的目標,一直是各界努力的方向。


著眼產業效益,切入新研發項目

 

工研院綠能與環境研究所選擇質子交換膜燃料電池研發,看中的便是這項燃料電池技術以氫為燃料,符合燃料電池「因為只吃氫,可避免排放二氧化碳、降低碳排量」的優點。綠能所正研究員曹芳海博士提到,當時切入這項技術,除了考量世界上多數先進國家均以質子交換膜為重大投入研發項目,主要的著眼點還是在產業發展。

 

 

台灣目前大力推展分散式及潔淨發電技術研發,質子交換膜燃料電池(PEMFC)已逐漸成為蓄電研發主流。(攝影/蔡鴻謀)
談起發展質子交換膜燃料電池的淵源,曹芳海表示,以最早商業化的磷酸鹽燃料電池來說,其發展雖已完成,但價格高,加上設備體積較大,綠能所雖曾評估發展該系統的可能性,但與質子交換膜燃料電池相比,後者的設備體積可小可大,應用範圍廣,較適合國內產業發展。「事實上,目前看到的車用燃料電池,都是採用質子交換膜燃料電池技術,而小如可攜式燃料電池、大如發電機,也都可以採用此項技術。」曹芳海強調,對於廠商來說,屬於前瞻研發的質子交換膜燃料電池,未來不只限於某些類型的產品使用,廠商承擔的風險不但大為降低,再加上此種燃料電池內部均採用固態材料組成,技術上相對簡單,從未來產業的發展性來看,國內相關業者具有較佳的競爭潛力。

 

實地運轉,加緊檢測腳步

 

依據曹芳海的觀察,工研院自2000年開始投入質子交換膜燃料電池研發,十年來的產業規模已有明顯的成長,從早期僅有二、三家廠商,至今累積相關上、中、下游業者已有將近三、四十家左右投入燃料電池領域,「當時要找廠商加入頗不容易,現在不但投入者變多,去年更有廠商進駐工研院育成中心。」

 

除了研發燃料電池技術外,工研院也和台灣經濟研究院等單位,一同支持產業界組成的「台灣燃料電池夥伴聯盟」。透過此產業界聯盟的運作,工研院可以提供聯盟業者技術面的協助與討論,同時也藉由定期舉辦海外觀摩參訪團,讓國內燃料電池產研機構能與國際趨勢並步而行。

 

除了聯盟之外,工研院近年也與中華經濟研究院合作輔導國內燃料電池廠商,實際進行燃料電池產品或技術的長期運轉驗證。曹芳海認為,與國際相比,國內產業在真正貼近產品使用狀況下,連續運轉驗證的時間還不夠長,以目前國內產業鏈漸趨完整的態勢來看,「現場做驗證的時刻已經到來。」無論是從材料、零組件、系統運作,都需要更多來自應用端的檢測驗證數據,幫助提升燃料電池產品的品質,協助業者建立更緊密的上中下游合作關係,因此儘管投入驗證的成本極高,目前政府已積極透過補助與研發單位協助的方式,協助燃料電池產品驗證檢測。

 

 

重組器為使用液態燃料之燃料電池將液態燃料轉化成氫氣的重要元件,由重組器提供的氫氣可供燃料電池產生電能之用。(攝影/蔡鴻謀)
值得一提的是,目前國內已有愈來愈多應用端的廠商投入燃料電池運轉的測試,像是電信業者、有線電視業者、電動機車,甚至是國際級展覽,均已在機房或運轉設施中設置燃料電池系統,透過實地驗證的方式,進行產品和技術的運轉驗證,並已逐漸顯現應用驗證的成效。

 

熱電共生,進駐家庭

 

扶助產業端之外,下一個目標則是要朝向消費端邁進。以日本為例,由於質子交換膜燃料電池在電熱共生的能源轉換效率很高,日本政府在2003年便開始推動「定置用燃料電池大規模實證計畫」,連續六年補助瓦斯燃料供應業者,協助推廣家用燃料電池熱電共生系統,同時採用這套系統的用戶也可以優惠價格使用瓦斯燃料,透過多管齊下的鼓勵措施,從南到北一共設置了3,300多台。

 

經過該計畫大規模的實地運轉驗證,結果顯示家用定置燃料電池系統平均可以幫助一個家庭省能16%至24%、減碳28%至38%,除了證實質子交換膜燃料電池的省能效益,也加深了向來仰賴能源進口的日本,積極將燃料電池導入消費端,加速燃料電池產業發展的決心。歐美國家也緊跟日本之後,提出不同輔導措施協助燃料電池熱電共生系統進入市場。

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