用于能量存儲(chǔ)的反向模式燃料電池
——燃料電池反向工作模式可以用于提高可再生能源的能量存儲(chǔ)

/意大利IEC TC 105代表 Stephen J. McPhail 中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)評(píng)價(jià)中心 孟子舒（譯） 張亮（校） /

用于能量存儲(chǔ)的反向模式燃料電池
——燃料電池反向工作模式可以用于提高可再生能源的能量存儲(chǔ)

/意大利IEC TC 105代表 Stephen J. McPhail 中國(guó)電器工業(yè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)化與技術(shù)評(píng)價(jià)中心 孟子舒（譯） 張亮（校） /

鑒于初級(jí)能源供應(yīng)從根本上的不可預(yù)測(cè)性、可再生能源資源的間歇性和不斷變化的能源消費(fèi)需求及模式，需要聯(lián)合行動(dòng)以應(yīng)對(duì)對(duì)于能源日益增長(zhǎng)的依賴。對(duì)離散型發(fā)電（本地或遠(yuǎn)程、住宅或商用）不斷增加的需求呼喚將小規(guī)模發(fā)電效率最大化的系統(tǒng)。燃料電池（FC）是滿足這一需求的理想選擇。事實(shí)上，能源輸出低至1 kWe的發(fā)電機(jī)發(fā)電凈效率能達(dá)到60%，F(xiàn)C系統(tǒng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他燃料轉(zhuǎn)換技術(shù)。若能成功推廣應(yīng)用，固定式FC將能夠使用任何本地可用燃料。若產(chǎn)量足以涵蓋小到中型發(fā)電的廣泛需求，同時(shí)取決于降低預(yù)期成本，F(xiàn)C沒有理由不用于最大規(guī)模的電力生產(chǎn)。

能量存儲(chǔ)是可再生能源的關(guān)鍵

風(fēng)能和太陽能光伏發(fā)電廠的持續(xù)增長(zhǎng)是全球各國(guó)政府激勵(lì)行動(dòng)和企業(yè)合作的積極后果。進(jìn)而在降低技術(shù)成本、極大提高利用率方面取得了成功。大量多種多變和間歇性可再生能源送入傳統(tǒng)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)，但為了保證電網(wǎng)的穩(wěn)定性，使用多種形式的能源受到了限制。智能電網(wǎng)解決方案儲(chǔ)能部分將這些不可預(yù)測(cè)的能源適用于電力需求。為避免裝機(jī)容量和初級(jí)清潔能源浪費(fèi)，儲(chǔ)存這些可再生能源產(chǎn)生的電力至關(guān)重要。使用電解水制氫是轉(zhuǎn)換和存儲(chǔ)多余電力的一種負(fù)載高效（相比電池）和位置靈活（相比抽水蓄能）的途徑。

氫帶來諸多益處

氫可以在商用、低溫FC中被轉(zhuǎn)換回能量。它特別適用于燃料電池電動(dòng)汽車（FCEV）的應(yīng)用，這種情況下，以氫的形式存儲(chǔ)電力可以為交通提供能量增加價(jià)值。

同樣的，氫是高價(jià)值的化工產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)物質(zhì)，用于結(jié)合工業(yè)過程生產(chǎn)氨、氯和鋼等物質(zhì)。它還被用于化石燃料的精煉和食品產(chǎn)業(yè)。

電化學(xué)法制氫有利于匹配大規(guī)?？稍偕茉窗l(fā)電，具有巨大的經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)撃?。雖然氫處理基礎(chǔ)設(shè)施亟須建立，在一個(gè)獨(dú)特系統(tǒng)中使用反向模式的燃料電池系統(tǒng)，轉(zhuǎn)換電能存儲(chǔ)和發(fā)電現(xiàn)已成為分布式能量管理的可用工程解決方案。此外，使用高溫、僅需反轉(zhuǎn)極性便可直接應(yīng)用于發(fā)電機(jī)和電力存儲(chǔ)設(shè)備固體氧化物電池的有利前景促使IEC技術(shù)委員會(huì)（TC）105（燃料電池技術(shù)）探究這方面標(biāo)準(zhǔn)化制定的需要。

將FC和電解過程標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)合在一起

目前關(guān)于FC和電解過程的標(biāo)準(zhǔn)化工作還不包括反向FC。同樣，用于滿足電力存儲(chǔ)和發(fā)電需求使用獨(dú)特解決方案設(shè)計(jì)的系統(tǒng)（即使由單獨(dú)的FC和電解模塊組成）現(xiàn)在并沒有涵蓋在標(biāo)準(zhǔn)化范疇內(nèi)?？紤]到應(yīng)用的潛能，這意味著具有標(biāo)準(zhǔn)化前景。對(duì)于工業(yè)使用來說，通用系統(tǒng)途徑是可取的（功率輸入、功率輸出、副產(chǎn)品熱和電網(wǎng)連接）。應(yīng)當(dāng)指出的是，能量-天然氣-能量系統(tǒng)可以融合不同F(xiàn)C技術(shù)用于制氫和發(fā)電，但由于標(biāo)準(zhǔn)化工作在此處存在缺失，制定反向FC測(cè)試程序的特殊任務(wù)亟待進(jìn)行。

基于FC的反向能量存儲(chǔ)和發(fā)電系統(tǒng)已投入使用

縱觀世界，行業(yè)正在開展基于FC的可再生能源存儲(chǔ)發(fā)電系統(tǒng)示范。自2015年4月起，Toshiba的太陽能光伏存儲(chǔ)系統(tǒng)在日本投入運(yùn)行（質(zhì)子交換膜，或PEM、電解槽、氫氣儲(chǔ)存和氫氣吞吐量為1～2.5 m3/h的質(zhì)子交換膜燃料電池）。德國(guó)的Sunfire正在開發(fā)10～500 kWe的反向（或再生）固體氧化物燃料電池（SOFC）系統(tǒng)。除此之外，F(xiàn)uelCell Energy正在提高美國(guó)用于能量存儲(chǔ)的SOFC/ SOEC（SOEC為固體氧化物電解池）裝置，而意大利的ElectroPower Systems已經(jīng)使用大量基于PEM的系統(tǒng)用于遠(yuǎn)程、離網(wǎng)、采用PV混合的方式為通信塔持續(xù)供電。

IEC承擔(dān)標(biāo)準(zhǔn)化工作

IEC緊隨快速發(fā)展，TC 105針對(duì)制定反向模式下使用FC模塊的能源存儲(chǔ)系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)通過了新工作提案。IEC TC 105第六特別工作組（ahG）負(fù)責(zé)此項(xiàng)工作，包括針對(duì)歐洲合作項(xiàng)目SOCTESQA（固體氧化物燃料電池堆測(cè)試和質(zhì)保項(xiàng)目，由燃料電池暨氫能聯(lián)合計(jì)劃支持）對(duì)模塊的測(cè)試和特性化程序的規(guī)定和驗(yàn)證做出預(yù)規(guī)范性活動(dòng)。主要目標(biāo)是考慮用于持續(xù)整合可再生能源的電氣化和物質(zhì)（和熱）生產(chǎn)，制定基于電化學(xué)模塊（結(jié)合電解與燃料電池，特別是反向燃料電池）電力存儲(chǔ)和緩存系統(tǒng)性能測(cè)試方法。

目前重要的提案標(biāo)準(zhǔn)將列在IEC62282-8標(biāo)準(zhǔn)系列：使用反向模式的燃料電池模塊能量存儲(chǔ)系統(tǒng)，包括：62282-8-101∶包括反向操作的固體氧化物電池單電池和電堆性能；62282-8-102∶包括反向操作的PEM單電池和電堆性能；62282-8-201∶電-電系統(tǒng)性能。

項(xiàng)目專家電話開放。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人Stephen McPhail博士（意大利）：62282-8-101；俞紅梅教授 （中國(guó)） ： 62282-8-102；Tsuneji Kameda博士 （日本） ：62282-8-201。AHG6召集人為Stephen McPhail，秘書助理為Kazuo Shibata 博士（日本）。

委員會(huì)草案初稿和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)終稿目標(biāo)日期分別為2016年年底和2019年年中。

（轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明文章來自IEC e-tech。）