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1、新能源发电课程设计注意：从以下5个题目中任选其一作答。题目一：海洋能的利用总 则：被生物学家断言为生命的发源地，又被海洋学家称之为世界“第六大洲”的海洋，蕴藏着无穷的资源和能源。据专家估计，海洋能源约占世界能源总量的70以上。海洋能用于发电有海流发电、海洋温差发电、波浪发电和潮汐发电等几种方式。撰写要求：（1）简单介绍海洋能利用现状。（2）介绍海洋能资源的分布及特点。（3）对海洋能的利用发展趋势的展望。（4）进行总结。（5）正文字数2000字符左右。题目二：分布式发电技术总 则：分布式发电技术可以实现多种资源及地域之间的互补，分布式发电系统建设容易，投资少，能源利用效率高，安全可靠，在一定的地
2、域范围内，由多个甚至多种形式的发电设备共同产生电能，满足了较大规模的用电要求。撰写要求：（1）首先介绍分布式发电技术的发展现状及特点。（2）介绍分布式供电系统的运行结构。（3）分析储能装置在分布式系统中的作用。（4）对分布式发电技术进行趋势展望。（5）正文字数2000字符左右。题目三：风光互补发电技术总 则：风光互补发电系统可以根据用户的用电负荷情况和资源条件进行系统容量的合理配置，既可保证发电系统的供电可靠性，又可降低发电系统的造价，是一种经济合理的供电方式。撰写要求：（1）首先介绍风光互补发电技术的发展现状。（2）介绍风光互补发电系统的运行结构。（3）分析风光互补发电控制系统的运行。（4）
3、对风光互补发电技术进行趋势展望。（5）正文字数2000字符左右。题目四：盐差能发电的利用总 则：盐差能发电是利用浓溶液扩散到稀溶液时所释放出的能量来发电的技术。盐差能发电技术具有清洁、可再生、能量巨大的特点。撰写要求：（1）简单介绍盐差发电技术发展现状。（2）介绍盐差能发电的方法。（3）对盐差能发电技术的利用发展趋势的展望。（4）进行总结。（5）正文字数2000字符左右。题目五：燃料电池的利用总 则：燃料电池是一种直接将储存在燃料和氧化剂中的化学能转化为电能的发电装置，被称为继水电、火电、核电之后的第四代发电装置。国际能源界预测，燃料电池将是21世纪最有吸引力的发电方式之一。撰写要求：（1）简
4、单介绍燃料电池发展现状及原理。（2）介绍燃料电池的构成及特点。（3）介绍燃料电池的类型。（4）对燃料电池应用的发展趋势进行展望。（5）正文字数2000字符左右。 网络教育学院新能源发电课 程 设 计 题 目： 燃料电池的利用 学习中心： 层 次： 专 业： 年 级： 年 季 学 号： 学 生： 辅导教师： 完成日期： 年 月 日 1 燃料电池发展现状及原理1.1 燃料电池发展现状燃料电池的历史可以追溯到1839年英国人W.Grove所进行的实验，他成功地进行了传统的电解水的逆反应，即在硫酸溶液中插入两个铂电极，分别向两极供应氢气和氧气，结果产生了电流，发明了世界上第一个燃料电池。1889年，英
5、国人Mond和Langer用上述装置获得了0.2A/cm2的电流密度，并且首先采用了燃料电池这一概念。在以后的一段时间里由于将机械能转变为电能的电磁原理的发电机问世，人们减小了对燃料电池的兴趣，因此，燃料电池研究的进展较慢。此外，当时的材料技术水平较低以及对电极反应动力学方面的知识还没有建立，也阻碍了燃料电池的发展。直到20世纪50年代，英国人F.Bacon成功地开发了多孔镍电极，并制造了第一个千瓦级碱性燃料电池系统。Bacon的研究成果是后来美国宇航局(NASA)阿波罗(Apollo)计划中燃料电池的基础，并在60年代形成研究燃料电池的又一次高潮。燃料电池的首次实际应用是在60年代碱性燃料电
6、池(AFC)作为宇宙飞船的空间电源，这是燃料电池发展的一个里程碑。此后，燃料电池向多样化方向发展。20世纪80年代后，燃料电池从空间应用转入民用。进入90年代，燃料电池技术发展迅速，洁净电站、便携式电源进入即将商业化阶段，燃料电池动力汽车进入实验阶段(戴姆勒-奔驰、丰田等)。我国燃料电池的研究分2个阶段。在60年代-70年代，国内曾兴起一次研究碱性燃料电池（AFC）的热潮，但在70年代后期全国基本上停止了燃料电池的研究。90年代初开始，由于国外民用燃料电池的迅速发展，我国燃料电池的研究又开始了第二个阶段，这一阶段国内研究的燃料电池有质子交换膜燃料电池（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC
7、）和固体氧化物燃料电池（SOFC）。我国燃料电池的研制曾停顿15年是我国现在燃料电池研究水平与国外有较大差距的原因之一。我国对燃料电池研制经费的投入较少，许多单位都是依靠国家自然科学基金会的少量资助来开展工作。“八五”期间，中国科学院资助长春应化所40万元研制PEMFC，“九五”期间，科技部、中国科学院联合投资约2500万元，得到资助最多的大连化学物理所也只得到1500万元的经费。“十五”期间由于意识到发展燃料电池的重要意义，燃料电池在973、863、国家科技攻关、自然科学基金等国家级重大影响的项目中已有大增量的投入。近年来由于科技投入增加，我国燃料电池发展正在迅速地接近国际先进水平。1.2
8、燃料电池的原理燃料电池是将化学能直接转变为电能的装置，在电池工作时，燃料和氧化剂分别被输送到电池两极，发生氧化还原反应，通过外电路输出电能。与火力发电相比，关键的区别是燃料电池的能量转变过程是直接方式，不需要通过热能和动能等中间形式。与一般的电池相同，燃料电池也是由阴极、阳极和电解质构成，不同之处在于：在一次电池(也称原电池)中，化学能被储存在电池物质中，当电池发电时，电池物质发生化学反应，直到反应物质全部反应消耗完毕时，电池就再也发不出电了。在二次电池(也称充电电池)中，电池利用外部供给的电能，使电池反应向逆方向进行，再生成电化学反应物质。从能量角度看，就是将外部能量充给电池，使其再发电，实
9、现反复使用的功能。对于燃料电池，从理论上讲，只要不断向其供给燃料(阳极反应物质，如氢气、甲醇等)和氧化剂(阴极反应物质，如氧气、空气)，就可以连续不断地发电。因此又可以形象地称燃料电池为电化学发动机。2 燃料电池的构成及特点2.1 燃料电池的构成燃料电池主要由膜电极组板、阴极流道板与阳极流道板等部分构成。膜电极组板包括至少一个以上的膜电极组、一片上框板、一片下框板，该些膜电极组是夹层设置在上框板与下框板之间，以及上框板与下框板的材质为可被超音波振动频率熔接手段而融熔的材质。阴极流道板为板体结构且接合于膜电极组板的上框板。阳极流道板为板体结构且是接合于膜电极组板的下框板。阴极流道板与阳极流道板体
10、的材质为可被超音波振动频率熔接手段而融熔的材质。通过阴极流道板、膜电极组板、阳极流道板是自上而下依序积层堆栈且利用超音波振动频率熔接手段，而将阴极流道板、膜电极组板、阳极流道板熔接接合成单片结构。2.2 燃料电池的特点燃料电池最显著的特点是高效和环境友好。具体如下：（1）能量转换率高。燃料电池由于直接将化学能转变为电能，中间未经燃烧过程，不受卡诺循环的限制，能量转换率高。热机的最高能量转换效率只有20%40%，而燃料电池理论上的能量转换效率可达90%以上。在实际应用中，即使由于阴、阳极极化和浓差极化的存在，电解质的欧姆降以及热损失等，燃料电池实际的能量转换效率也可以达到60%以上。对高温燃料电
11、池来说，如果把产生的热量以热机发电的形式加以利用，能量转换效率可达85%。（2）环境污染低。燃料电池反应产物主要是水和CO2，不向大气排放有害物种如NOx、SOx、粉尘等。并且由于燃料电池系统中几乎没有类似于发电机组的可移动的部件，因此发电时十分安静，几乎没有噪声。（3）可靠性高。与燃烧涡轮机或内燃机相比，燃料电池的转动部件很少，因而系统更加安全可靠。燃料电池从未发生过像燃烧涡轮机或内燃机因转动部件失灵而发生的恶性事故。（4）灵活性大，操作方便。燃料电池发电站的建设周期短，效率与规模无关，可根据用户需求来调节发电容量，对输出负荷响应快。3 燃料电池的类型燃料电池可依据其工作温度、所用燃料的种类
12、和电解质类型进行分类。按照工作温度，燃料电池可分为高、中、低温型三类。按燃料来源，燃料电池可分为直接式燃料电池(如直接甲醇燃料电池)，间接式燃料电池(如甲醇通过重整器产生氢气，然后以氢气为燃料电池的燃料)和再生类型进行分类。依据电解质的不同，可将燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、直接甲醇燃料电池（DMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等。3.1 直接甲醇燃料电池直接甲醇燃料电池是以甲醇为燃料，通过与氧结合产生电流的，优点是直接使用甲醇，省去了氢的生产与存储。其电化学转化过程又可分为两种方式，一种是直接燃料电池，另一种是间接
13、燃料电池。直接燃料电池主要是甲醇在阳极被电解为氢和二氧化碳，氢通过质子膜到阴极与氧气反应并同时产生电流。间接燃料电池是先将甲醇进行炼解或重整得到氢，然后再由氢和氧通过质子膜电解槽反应而获得供给汽车动力的电能。这种燃料电池以甲醇为能量来源，手机，笔记本电脑将不再用充电。3.2 固体氧化物燃料电池固体氧化物燃料电池采用固体氧化物作为电解质，除了高效，环境友好的特点外，它无材料腐蚀和电解液腐蚀等问题；在高的工作温度下电池排出的高质量余热可以充分利用，使其综合效率可由50%提高到70%以上；它的燃料适用范围广，不仅能用H2，还可直接用CO、天然气（甲烷）、煤汽化气，碳氢化合物、NH3、H2S等作燃料。
14、这类电池最适合于分散和集中发电。3.3 碱性燃料电池再生氢氧燃料电池将水电解技术(电能+2H2O2H2+O2)与氢氧燃料电池技术(2H2+O2H2O+电能)相结合 ,氢氧燃料电池的燃料H2、氧化剂O2可通过水电解过程得以“再生”,起到蓄能作用。可以用作空间站电源。采用氢氧化钾溶液作为电解液。这种电解液效率很高（可达60-90），但对影响纯度的杂质，如二氧化碳很敏感。因而运行中需采用纯态氢气和氧气。这一点限制了将其应用于宇宙飞行及国际工程等领域。3.4 质子交换膜燃料电池燃料电池工程中心研究双效催化剂和双效氧电极的制备方法，研制薄层电极并制备膜电极三合一组件，降低电极铂担量。目前电极的铂担量已降至0.02mg/cm2。同时进行固体电解质的水电解技术开发，已掌握水电解用膜电极的制备技术。3.5 熔融碳酸盐燃料电池熔融碳酸盐燃料电池是一种高温电池（600700），具有效率高（高于40%）、噪音低、无污染、燃料多样化（氢气、煤气、天然气和生物燃料等）、余热利用价值高和电池构造材料价廉等诸多优点，是下一世纪的绿色电站。4 燃料电池应用的发展趋势展望我国目前汽车的年产量为180万辆，全国运行的汽车总数为6000万辆，因此我
