以和燃气机、蒸汽机、等组合构成联合发电系统。
固态氧化物燃料电池（SOFC） 是工作温度最高的燃料电池，可以在没有
催化剂的条件下，在电池内部进行天然气的改质反应，可望用于不需要改 质器的电源。
22
五种燃料电池的主要特点
燃料电池
典型电解质
工作温度 (℃)
优点
缺点
转换效率 （%）
碱性燃料电池
KOH H2O
60 23
燃料电池实用化需要满足3个条件： 1.性能好； 2.寿命长和可靠性高； 3.经济性。
目前研制的燃料电池，这3个条件还不能都达到。因 此，要在继续研究第一代燃料电池，并促进其实用化的同时， 还必须开发效率更高的第二代燃料电池—熔融碳酸盐燃料电 池和第三代燃料电池—固体电解质燃料电池。
将来到了氢能时代，以氢为燃料，可望得到效率很高 的燃料电池。
13
燃料电池的发展史
燃料电池并不是什么新的发明，自1839年W. R. Grove制作了第一只燃料电池和1959年F. T. Bacon制 作了第一只实用型燃料电池，对燃料电池的研究已经 有一百七十多年的历史，但是直到20世纪90年代才实 现了技术上的真正突破。
“燃料电池”这个名称是蒙德（Mond）和莱格（ Langer）在1889年首次采用的。
1. 一般化学反应的反应物是直接接触的，不能形 成电子的定向流动，对外没有电流(功)输出。
2. 电化学反应, 反应物之间不能直接接触，有电 解质隔开，电子必须经过外电路才能到达负极, 在外电路形成了电子的定向流动，对外有电流 (功)输出。
11
不同发电方式的发电效率与电厂规模的关系
12
各类发电厂排气比较(单位，kg/106 kwh)
地热资源可分为热水层、干蒸汽田、湿蒸汽田、干热岩层。
·热水层。热水层由地下水受大地热流升温而形成，具有常温 以上到90℃的低温热水，离地面较近，使用方便，用得最广。
·干蒸田层。干蒸田层在盆地或河流三角洲的泥沙地带形成， 埋地较深（约数千米），压力较高，温度在150℃左右，是 理想热源。
·湿蒸汽田。湿蒸汽田是高温水系统，水温度为150~400℃，当域靠近岩浆层，埋地深 处压力较高，出地面时会产生饱和蒸汽，当温度压力降低后，就形成干湿水汽混合物。 湿蒸汽田虽好，但地球上这种资源并不多。
17
8.1.2 氢燃料电池发电与应用技术
2、燃料电池的分类
碱性燃料电池（Alkaline
Fuel Cell，AFC）
按 电 解 质 性
质子交换膜燃料电池
按
（Proton Exchange Membrane Fuel Cell， PEMFC）
工 作 温
磷酸燃料电池
度
质
（Phosphoric Acid
33
8.2.1 概 述
8.2.1.1 地热及分类
·干热岩层。干热岩层位于靠近岩浆的干岩层。利用这部分能量时需采用复杂的办法， 如通过深层钻孔、注水方法取出热量。干热岩层地热能最为丰富，可获取的热量巨 大，是将来可利用的热源。
·干热岩和地压两类尚处于试验阶段，开发利用很少，未来可能有大规模发展的潜力。 ·岩浆型资源的应用还处于课题研究阶段。
燃料电池(Fuel Cells, FCs)是一种将燃料储存的化学能通过 电化学反应（不经过燃烧过程）直接转化为电能的电化学发电装置。
以氢气为燃料的FC，仅有的产物是水和热量等。
其主要特点是由于反应过程中不涉及到燃烧过程，因而其能量 转换效率不受“卡诺循环”的限制，能量转换的效率可高达60-80%， 实际使用效率是普通内燃机的2-3倍。且具有燃料多样化、噪音低、排 气干净、对环境的污染小、没有转动部件、模块化结构、可靠性、运 行性和维修性好等优点。
范
不
Fuel Cell，PAFC）
围
同
熔融碳酸盐燃料电池
不
来
（Molten Carbonate
同
区
Fuel Cell，MCFC）
.
分
固态氧化物燃料电池
（Solid Oxide Fuel Cell，
SOFC）
低温型燃
料电池
中温型燃
料电池
高温型燃
料电池
1. 碱性燃料电池 2. 质子交换膜燃
34
8.2.1 概 述
8.2.1.2 我国的地热资源
我国地热资源分布的特点：藏滇、台湾、东南沿海及滇川有4个温泉密集带，广阔的平 原地区虽无温泉出入，但地下深处蕴藏着丰富的热水及热卤水资源。
我国地热资源丰富的地带如下
☆ 藏滇地区。西藏地区和云南省 腾冲火山区是我国地热资源最 丰富的地方。
80
(1) 启动快 (2)室温常压下工作
(1)需以纯氧作氧化剂 (2)成本高
70
磷酸燃料电池
H3PO4
固体氧化物燃料 电池
ZrO2 Y2O3
熔融碳酸盐燃料 电池
Na2CO3
200
对CO2不敏感
(1)对CO敏感
(2)工作温度高
(3)成本高
40
(4)低于峰值功率输出时性
能下降
(1)可用空气作氧化剂
1000
4
8.1.1 氢能简介
l）所有元素中，氢重量最轻。
2）所有气体中，氢气的导热性最好，比大多数气体的导热系数高出10倍，因此在 能源工业中氢是极好的传热载体。
氢
3）氢是自然界存在最普遍的元素
的 特
4）除核燃料外，氢的发热值是所有化石燃料、化工燃料和生物燃料中最高的，为 142,351kJ/kg，是汽油发热值的3倍。
(2)可用天然气或甲烷 工作温度过高
>60
作燃料
(1)可用空气作氧化剂
650
(2)可用天然气或甲烷 工作温度过高
>60
作燃料
质子交换膜燃料 含氟质子交换
电池
膜
80～100
(1)寿命长 (2)可用空气作氧化剂 (3)室温工作 (4)比功率大 (5)启动迅速 (6)输出功率可随意调 整
(1)对CO非常敏感 (2)反应物需要加湿
宇宙开发用的燃料电池采用的是纯氢和纯氧，价格 昂贵，作为民用的燃料电池必须另辟蹊径。有的提出采用 化石燃料改性的、含有杂质二氧化碳的氢气，并用空气代 替纯氧，用磷酸代替氢氧化钾碱性电解质。
用改性的燃料气体，用磷酸作电解质的燃料电池需 用大量高价的铂金作催化剂，所以当时许多人认为，燃料 电池不可能用于民用。
7
8
以氢－氧燃料电池为例说明其工作原理
氢氧燃料电池的原理图
9
阳极反应： H 2 2H 2e
阴极反应：1
2
O2

2H



2e

H2O
总的反应：
H2

1 2
O2

H2O
电极的名称规定:
正极，阳极，Anode 负极，阴极，Cathode
Cathode
10
电化学反应与一般化学反应的区别
开发的热点和方向。
19
8.1.2 氢燃料电池发电与应用技术
3、燃料电池发电与控制技术
燃 燃料料
燃料 重整系统
控
制
系 空气
空气
供应系统
统
DC/AC 变换系统
剩气 循环系统
电力 （高温燃料电池）
排热 回收系统
热输出
燃料电池发电系统构成框图
20
8.1.2 氢燃料电池发电与应用技术
3、燃料电池发电与控制技术
24
25
26
27
28
8.2 地热能发电与应用技术
目录
概述 地热发电技术
地 热空调 地 源热泵 地热发电存在的主要问题
29
羊八井地热电站
30
地热电厂
31
冰岛地热发电
32
8.2.1 概 述
8.2.1.1 地热及分类
地球的半径为6370km，从内到外为地核、地幔和地壳。地壳的厚度为30~40km，地 核的温度约为5000℃，由内到外逐渐降低。地壳不是最好的传热体，只有通过比地壳 更好的传热体才能利用地下的热能，如水或岩浆，因此地壳的凹陷处可以获得较强形 式热能，比如盆地的温泉或火山。
热管理
余热回收
燃料 供给
燃料处理器 (汽油或甲烷)
H2
燃料
电池堆
燃料电池控制器 -空气管理 -燃料管理 -传感器
DC/DC 变换器
DC/AC 变换器
蓄电池
220V/50Hz 负载
电力控制器
中央动力控制单元
燃料电池发电系统框图
21
8.1.2 氢燃料电池发电与应用技术
4、燃料电池的发展与应用
近年来，许多国家和地区都将燃料电池技术与相关设施产业的开发紧紧联系 起来作为国家重点研发项目，例如美国的“展望21世纪（Vision 21）”、“自由 车（Freedom CAR）”、“自由燃料（Freedom Fuel）”，日本的“新日光计 划（New Sunshine Programe）”，以及欧洲的“焦耳计划（JOULE）”等。 燃料电池在电动汽车上也得到了很大的发展。
料电池
1. 磷酸燃料电池
1. 熔融碳酸盐燃
料电池
2. 固态氧化物燃
料电池
18
• 按照开发时间顺序，一般将磷酸燃料电池称为第一代燃料
电池，熔融碳酸盐燃料电池称为第二代燃料电池，固态氧 化物燃料电池称为第三代燃料电池。
• 以电解质的种类对燃料电池进行分类是目前较普遍采用的
方法。
• 其中MCFC、SOFC和PEMFC型燃料电池是当前国内外研究和
由于一种能将机械能转化为电能的装置—发电 机的问世，使人们对燃料电池的兴趣推迟了大约60年 。当时制约燃料电池研究的另一个原因是电化学热力 学方面有进展而电极反应动力学方面没有取得进展。