钜大LARGE | 点击量：1360次 | 2019年02月12日
燃料电池在地下工程中有什么应用
世界各国为了应对战争的发展与特种武器的进步设计和兴建了相当多的地下指挥所、地下医院、地下通讯工程、人防工程等地下工程，适宜的内部环境是这些工程正常发挥作用的保障。由于处于地下相对于地面最大的特点就是封闭，内部环境就必须全面的考虑光环境、声环境、嗅觉环境和热湿环境，而这些环境又必须由内部设备系统提供保障，所以设 备的选择直接决定了内部环境的好坏。
由于柴油机技术成熟，工艺稳定，可选择的机组容量范围大，通常作为地下工程的能源供应。但是柴油电站存在着高温烟气排放容易暴露目标；发电废热回收困难；需要特殊的冷却通风技术来保障发电系统工作；在冲击波作用下可能因发电机电压瞬时下降，造成柴油机熄火；发电效率低，功能单一不能冷热电联产等缺点，加之工作时的巨大噪音以及排放含碳氧化物和氮氧化物的废气会影响地下工程的内部环境，影响人员的长期居住，降低工程的使用效率，使柴油电站越来越不适合未来战争对地下防护工程的需要。
地下工程要求内部能源系统一是要安全稳定性，无论从燃料的获得、储运还是能源转换系统都必须安全稳定。二是要低污染、低排放、伪装性能优良，防止暴露工程目标和反空中侦察。三是要能够满足工程对电力、供热、制冷、除湿等多种要求。四是要有很强的运行调节能力，可以随内部设备功能及运行状况的不断变化进行条件。五是还要考虑经济性。燃料电池技术就因为其清洁、高效等显著特点适应了这些需求。
符合Exic IIB T4 Gc防爆标准
充电温度：0~45℃
-放电温度：-40~+55℃
-40℃最大放电倍率：1C
-40℃ 0.5放电容量保持率≥70%
燃料电池是一种能量转化装置，按电化学原理等温地把储存在燃料和氧化剂中的化学能直接转换为电能和热能，因此省去了将燃料中的化学能先转变成热能在转换为电能的中间环节。其工作原理与一般电池相似，燃料和氧化剂从外部不断输入，在电池的阴极和阳极上借助催化剂的作用，电离成离子，由于离子能够通过二电极中间的电解质在电极间迁移，在阴电极、阳电极间形成电压，当电极同外部负载构成回路时，就可向外供电。
与传统的热电发生装置相比，燃料电池具有以下特点：
第一，发电效率高，发电效率可达４０％—６０％，若实现热电联供，燃料的总利用率可达８０％以上。
第二，环境污染小，因反应前脱硫，而且没有高温燃烧过程，几乎不排放硫化物和氮氧化物，二氧化碳的排放也比热机减少４０％，若燃料为氢气的话，反应唯一产物为水，没有污染。
第三，噪音小，因运动部件很少，且反应过程为电化学反应，所以工作时噪音很低，不会给人造成心理压力。
第四，负荷调节灵活，燃料电池发电装置是模块结构，容量可随需要变化，布置方式也灵活多样，并能依据负载的变动，快速响应。第五，燃料来源广，甲醇、煤气、沼气、天然气、含氢废气、轻油、柴油等都可以作为燃料电池的燃料。这些特点在运用到地下工程上表现出极大的优越性。
燃料电池冷热电联产系统通过能源的梯级利用将综合效率提高到８０％～９０％，同时大大降低污染物和温室气体的排放。如图１所示，燃料通过燃料电池装置发电后，变为低品味的热能用于采暖、生活供热等用途的供热，这一热量也可驱动吸收式制冷机，用于空调制冷，从而实现建筑冷热电联产。为了协调冷、热、电三种动态负荷，实现最佳的整体系统经济性，系统往往需要设置压缩式制冷机和锅炉，甚至蓄能装置等。
低温燃料电池（ＰＡＦＣ和ＰＥＭＦＣ），由于工作温度低，通常利用低品位的废热来实现建筑物的热电联产。应用于地下工程，在伪装性能上有一定优势。对于高温燃料电池（ＭＣＦＣ和ＳＯＦＣ），工作温度在６００℃以上，废热的品质很高，可以用来驱吸收式制冷机，或者用于除湿装置的再生，此外，对于用电需求较大的场合还可以采用与蒸汽轮机或燃气轮机相结合的联合循环方式式将系统的发电效率提高到６０％左右。
典型的冷热电联产系统有低温燃料电池＋废热再生除湿装置＋余热采暖＋生活热水；高温燃料电池＋余热锅炉＋废热再生除湿装置＋余热采暖＋生活热水；高温燃料电池＋废气直热吸收式冷水机组＋废热再生除湿装置＋生活热水；高温温燃料电池＋电制冷冷水机组＋废热再生除湿装置＋生活热水；高温温燃料电池＋余热锅炉＋蒸汽吸收式冷水机组＋废热再生除湿装置＋余热采暖＋生活热水；低温燃料电池＋电动调温除湿机＋生活热水。可以根据不同的工作需要和工程规模选择合适的燃料电池冷热电联产系统。
由此可见燃料电池完全可以取代柴油电机作为地下工程的能源保障，其实燃料电池技术在发达国家已经被广泛应用于特种工程领域，早在１９９４年美国就先后投入３６７５万美元用于美国特种部的ＰＡＦＣ燃料电池示范性工程项目，并以此来确定该技术在美国特种部长远的能源战略中所起的作用。到１９９７年，ＰＡＦＣ燃料电池技术已在美军的３０个实际工程得到了应用，并积累了大量的实际运行数据。而燃料电池技术在我国地下工程中的应用难得一见，不过随着燃料电池技术的飞速发展与日趋成熟，为其在我国地下工程中应用和推广创造了有利的条件。
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