氢能与燃料电池发电系统--今年度重点计划

1.    背景及现况

A.   背景 绿色能源推广目标：2010年占总能源3%~5%，或发电装置容量为500万瓩约10%。具体作法包括：推广酒精汽油发展利用及废弃物衍生燃料发电应用，持续规划推动风力发电系统设置，加强太阳光电发电示范系统补助，订定氢能源及燃料电池、海洋能发电及地热发电等计划，并积极推动。
其中有关氢能源及燃料电池部分，根据行政院函立法院审议中之电业法修正草案，政府正在大力推展分布式及洁净发电技术的研发及应用，目的是希望将发电系统分散建置于全国各地之使用端，有别于现有大型集中之火力发电或核能发电模式，从小型分布式电力系统的普遍建置，来克服大型电力开发的不足，由能源效率提升及洁净能源的使用，来解决环保抗争问题；并藉由分布式小型发电，减少电力传输损失及提供高质量、高可靠度的电力，而利用氢能源作为原料的燃料电池发电技术的应用即非常适合以上目的。政府期望在2020年前燃料电池能累积到装置容量10~20万瓩，到了2025年燃料电池能累积到装置容量40~70万瓩。
未来氢能源时代来临时，燃料电池将是最关键且最重要的技术，它具备高效率及低污染等优点，应用于发电系统，可装设在需要电力的地方如家庭、学校、大楼、医院、工厂等。燃料电池除了发电外，最宝贵的是它产生的热能可以回收利用，使得系统总热效率可高达80%，与传统电力相比较，能源效率高一倍以上。燃料电池并具有多元化能源的优势，可结合生质能、太阳能、风能等发电技术，将能源使用多元化、可再生及永续使用。

B.   现况 2001年开始，经济部能源委员会委托工研院能源与资源研究所执行分布式燃料电池的发电系统及现场发电技术研发，进行质子交换膜燃料电池发电系统与关键组件技术开发，自90-93年度三年半的时间，已完成定置型3瓩级雏型燃料电池发电系统、1瓩级可携式燃料电池发电机及多项关键组件技术开发。真敏国际股份有限公司已成功开发出『PFC1000』，此为1kW纯氢质子交换膜燃料电池发电机组，具备直流转交流、数字控制系统及计算机远程监控等功能[3]。亚太燃料电池科技股份有限公司则研发出全球第一辆商品化的燃料电池机车，是由台湾研发生产，命名为ZES的亚太燃料电池机车最快可以在二OO七年上市。

目前燃料电池预估产值，例如英国Johnson Matthy公司与美国杜邦公司所预估的产值高达100亿美金。大多数资料认为2008年是关键时刻，届时将出现大量的燃料电池商品，尤其以现场定置型与可携式发电系统会较早量产。韩国政府并将燃料电池的研发列为重点扶持的产业，发展汽车用80瓩燃料电池发电机。日本则是发展定置型发电系统最快的国家，多家日本公司发布消息在两三年内推出家用定置型商品，发电容量约在1瓩左右，并将燃料电池的废热回收用以加热冷水，供应家庭洗涤用途。放眼未来，燃料电池将带来庞大的商机，在全球市场的竞争下，加速建立我国燃料电池技术能力并争取国际分工角色，更是当前重要目标。
为配合国家科技产业整体发展，并有效运用研究经费，其研究的内容，多以下列之项目为研究范畴：电池和系统性能提升、电池堆组装技术、电池系统应用、电池设计最佳化、电池性能测试技术、高性能质子交换膜、触媒、双极板、电极（碳布、碳纸）、电解质材料研发与制作、材料微观之表面界面分析、检测技术、氢之生产与储存技术、微奈米技术应用于电池组件、分子仿真、流场、电场、热流仿真、电池供电系统整合和交直流配电技术、以及电池可靠度、稳定度及加速实验研究等议题。

2.   计划目标

3.   具体内容及配套措施

1.  燃料电池的发电概念 在多孔质的正负电极之间布满电解质(ex 食盐的水溶液)，正极上所供应的是空气(氧气)、负极则是氢气。在燃料电池之中，电解质是被作为电子的Filter 来使用。电解质虽然可让氢离子通过，但是电子却无法通过，因此，遂在正负极之间设置让电子通过的旁信道(Bypass)，而如果在中途设置Inverter（DC/→AC）的话，则可以获取交流电力，当然，也可以直接利用直流电力。而燃料电池作用如图七所示。

2.   燃料电池种类 在近半世纪的发展中，燃料电池出现了多种形式，除了早期的碱性燃料电池（AFC）外，尚有已在测试中的磷酸燃料电池（PAFC），正在发展中的质子交换膜燃料电池（PEMFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固态氧化物燃料电池（SOFC），和近来倍受瞩目的直接进料甲醇燃料电池（DMFC）等，表七为各种然电池之种类及用途表。

4.   预期成效

5.   参考文献