傳統的供電系統的特點是由遠離消費者的大型發電廠組成，因此需要具備廣泛的輸電網絡將電力輸送給用戶。
    目前，由于在歐洲、北美和世界上其它地區對電力生產行業實行放松管制和松綁，一大批中小型分散式電廠涌現出來。質子交換膜（PEM）燃料技術通過其可帶來財政收益和改善環境的解決方案對電力行業這一變革起到了促進和加速發展的作用。
燃料電池的發展歷史
    1839年， W1111am Grove爵士通過將水的電解過程逆轉而發現了燃料電他的原理。他能夠從氫氣和氧氣中獲取電能。由于氫氣在自然界不能自由地得到，在隨后的幾年中，人們一直試圖用煤氣作為燃料，但均未獲得成功。 1866年， Werner von Siemens先生發現了機一電效應。這一發現啟動了發電機的發展，并使燃料電池技術黯然失色。直到20世紀60年代，宇宙飛行的發展，才使燃料電池技術重又提到議事日程上來。出于對能保護環境的能源供應的需求，激發了人們對燃料電池技術的興趣。

燃料電池的原理
    燃料電池是一個電化學系統。它將化學能直接轉化為電能且廢物排放量很低。燃料電池由3個主要部分組成：電能且廢物排放量很低。燃料電池由3個主要部分組成：
    燃料電極（正極）
    電解液
    空氣／氧氣電極（負極）
    其工作原理是：從正極處的氫氣中抽取電子（氫氣被電化學氧化掉，或稱“燃燒掉了”）。這些負電子流到導電的正極，同時，余下的正原子（氫離子）通過電解液被送到負極。
    在負極，離于與氧氣發生反應并從負極吸收電子。這一反應的產品是電流、熱量和水。圖1給出了質子交換膜燃料電池（PEMFC）的功能圖。圖之給出的是典型的PEMFC的結構。
    由于燃料電池不會燃燒出火焰，也沒有旋轉發電機，所以燃料的化學能直接轉化為電能。這一過程具有許多重要的優點：
    這一過程的電效率比任何其它形式的發電技術的電效率都高。
    廢氣如SO2，NOx和CO的排放量極低。
    由于燃料電池中無運動部件，燃料電池工作時很安靜且無機械磨損。
    電與熱量可結合起來用（熱電聯產廠）。
    燃料電池的工作特性可滿足各種負荷水平要求。 
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燃料電池的類型
    目前，有5種已知的燃料電池類型。其名稱與采用的相應的電解質有關。
    （1）堿性燃料電池（AFC）——采用氫氧化鉀溶液作為電解液。
    這種電解液效率很高（可達60一90％），但對影響純度的雜質，如二氧化碳很敏感。因而運行中需采用純態氫氣和氧氣。這一點限制了將其應用于宇宙飛行及國際工程等領域。
 
    （2）質子交換膜燃料電池（PEMFC）采用極薄的塑料薄膜作為其電解質。這種電解質具有高功率一重量比和低工作溫度。是適用于固定和移動裝置的理想材料。
    （3）磷酸燃料電池（PAFC）采用200℃高溫下的磷酸作為其電解質。很適合用于分散式的熱電聯產系統。
    （4）熔融碳酸燃料電池（MCFC）的工作溫度可達650℃。這種電池的效率很高，但材料需求的要求也高。
    （5）固志氧燃料電池（SOFC）采用的是固態電解質（鉆
石氧化物），性能很好。他們需要采用相應的材料和過程處
理技術，因為電池的工作溫度約為1000℃。
 
    目前，一些研究機構正在進行燃料電池的開發與研究。但是，在國際公認的是，在過去的十年中， PEMFC技術已發展到實用階段。然而，其工業化過程尚未成熟。而且還需做進一步努力以降低這種技術的成本。

燃料電池的應用
    將來，在固定和移動式發電廠中采用燃料電池可以使對環境的污染減少到現有技術還不能達到的水平。這可用
于依賴常規能源的系統，這些常規能源包括石油、柴油甲醇或天然氣等。汽車工業己選擇了燃料電池作為未來的動
力來源以滿足減少廢氣排放的要求。PEMFC采用了適當的技術規范，用在移動和固定式發電、動力系統都很合適。
熱電聯產系統（CHP）或熱電聯產電廠是為需要電力以及供熱或制冷的用戶而設計的。根據電廠和燃料的類型，
CHP的電效率約為35％。 CHP電廠的能源轉換是一個四級過程，在此，燃料的化學能通過熱能及機械能處理過程轉
換為電能。燃料電池采用的是“冷燃燒”過程，直接式能量轉換器將燃料電池的化學能轉化為電與熱。{{分頁}}
    市場研究表明對分散式發電的最大需求預計是在100到150kW的范圍之間。在這個范圍內，燃料電池提供了
最大的效率收益，電效率可高達40％ ；通過對熱量輸出的利用，單機效率可超過80％。此外，燃料電池具有出色的部分負荷特性、可靠性和靜音無振動運行的方式，從環境角度來說是可接受的。用于PEMFC的天然氣的碳含量很低，從而使二氧化碳排放量大大地減少了。
實驗性項目
    ALSTOM公司輸配電部的位于德國的專業化分散式供電部門正在為歐洲電力公司提供4套PEMFC。調試工作將于1999年到2000年間進行。這4套PEMFC將提供給：
    位于德國柏林的Bewag公司及其合作伙伴：法國巴黎的法國電力公司（EdF），德國漢堡的HEW公司，以及德國漢諾威的PreussenmehT8公司。
    位于瑞士明興施泰因的Elektra BirseckMunchenstein公司
    位于比利時列日的Societe Cooperative Liegeoised’ electricite公司
    位于荷蘭阿姆斯特丹的Energie Noord West公司
    每一套裝置都包括了一整套采用天然氣發電的電力系統。所有需要的部件均安裝在一個箱體中，（見圖3）。箱體的容積約為42立方米。圖4所示的PEMFC試驗電廠包括如下6個分單元：
    發電（燃料電池組）
    燃氣制備
    空氣壓縮機
    水再生利用
    逆變器

     測量與控制系統
    由于燃料電池只能將氫氣和氧氣轉換為電能，采用的天然氣原料必須先轉換為氫氣濃度很高的氣體。天然氣被壓縮到所需的系統壓力并清理脫掉硫和其它化學物質。在蒸發器和重整爐中，燃氣充以水蒸氣，天然氣被轉換為氫氣、一氧化碳和二氧化碳。產生的一氧化碳必須降至對聚臺膜安全的水平。這可在轉換反應器中和選擇氧化劑達到此要求。
    渦輪增壓器將空氣壓縮到系統壓力；然后將氣體冷卻到80℃的溫度，并加以濕潤化之后，輸送給負極的電池組。過程中產生的熱量可通過熱交換器將水加熱用于區域供熱網絡或空調系統。之后，水循環流回燃氣重整過程中。未使用完的氫氣則用于加熱重整爐和蒸發器。
    燃料電池組由許多串聯在一起的單個燃料電池組成。燃料電池組產生的直流電壓通過逆變器被轉換為電力系統所需的交流電。圖5所示為安裝在試驗電廠中的燃料電池組。開關設備，測量傳感器，控制元件及全部控制系統部集成在燃料電池系統中。標準PEMFC的額定選擇容量為250kW。這種天然氣電廠的性能參數見圖6中的表格。


展望燃料電池的未來
    燃料電池可在一秒鐘之內迅速提供滿負荷動力，并可承受短時過負荷（幾秒鐘）。其特性很適合作為備用電源或安全保證電源。為實現這些動態特性，在供電側必須有獨立的氫氣來源。除了將PEMFC用于空間飛行，移動式和固定式設備外，開發小型化的PEMFC系統的工作也正在開展，作為便攜式電源系統用于筆記本電腦和攝象機等裝置。
    許多美國廠家都有采用PEMFC（＜10 kW）的國內示范項目。更廣泛的應用只有當電池組成本大大下降之后才有可能。因為在這一應用中， PEM技術直接與常規的鍋爐在產生熱量方面進行競爭。在不同領域進行的大量研究對PEMFC的發展很有利，而且對其具有正面的、長期的影響，并可進一步加快PEMFC投入商業應用的進程。
    開發可用于車輛的移動式PEMFC是發展這項技術的主要驅動力。通過在汽車工業大量使用PEMFC而帶來預期的成本下降，將使固定式發電受益非淺，反之亦然。這些專門的應用領域意味著PEMFC技術是今后幾年中可獲得突破的幾項未來技術中的一項，而且不需要耗費大量的政府投資。