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日本燃料電池、氫能源開發現狀與展望——前田賢二博士演講摘錄

2006/08/05 經濟部能源局 點閱人次: 392

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▓撰文:林建良 ▓圖片提供:工研院能環所

工研院能環所自2004年開始發起「PEM燃料電池技術論壇」,成立宗旨即建立一開放之交流平台,以PEM燃料電池相關技術為主題,廣邀產、學、研各界專家參與討論,交換研究心得與技術新知,達到資訊共享與技術提升的目的。

台灣近年興起燃料電池技術的研究熱潮,其中以質子交換膜燃料電池(Proton Exchange Membrane Fuel Cell, PEMFC)的發展最為廣泛。國內許多研究機構及多所大專院校均有豐碩的成果出現,為讓這些研究成果與經驗有互相交流與分享的機會,工研院能環所自2004年開始發起「PEM燃料電池技術論壇」。論壇成立至今已多次邀請國內外專家學者進行交流與研討,今(2006)年特別邀請在國際上發展燃料電池非常成功的日本東京瓦斯公司,其中擔任技術開發部PEMFC主持人的前田賢二博士,來台介紹日本在燃料電池技術的開發與未來展望。本文特別整理此次前田博士的部分重點演講內容,希望能提供對燃料電池有興趣的各界先進做為參考。

燃料電池的重要性

能源產業在21世紀面臨能源安全(Energy Security)、環境保護(Environmental Preservation)及經濟成長(Economic Growth)等三大挑戰。在能源安全上,面臨如石油資源逐漸減少的限制,以及需要有不同能源的最佳組合使用;在環境保護方面,全球暖化的問題亟待解決與改善;要維持經濟成長,必須持續不斷地進行與能源相關的經濟及區域活動,同時又要能創造新的產業。面臨上述3E挑戰,為什麼燃料電池是未來社會的潛能與期待呢?燃料電池又有何重要性呢?其實燃料電池的重要性可以歸納成4點來看:使用氫能源為燃料;為高效率熱電共生系統;可創造新產業;適合於天然氣、石油、生質能、電力及熱能等不同能源的最佳組合使用,從中衍生許多的結果,如零污染、能源節約、二氧化碳減量等,皆符合對於未來社會的期待。

日本燃料電池發展現況

日本東京瓦斯公司對家用燃料電池的商業觀念,是認為燃料電池能同時達成「舒適性」及「善待環境」的要求,因此他們使用LIFE及FUEL兩個字組合的LIFUEL來做為其燃料電池標識。LIFUEL的額定電力功率為1kW,屬於熱電共生型系統(Combined Heat and Power),其中電力效率可達37%,熱回收效率為50%,熱電總效率共有87%。由外觀上來看,完整的LIFUEL由兩部分組成,其中燃料電池是比較小的部分,較大的部分是200公升熱水儲存槽。整個家用燃料電池商業發展的主要計畫,在2005年以前定位為發展階段,其參加了千禧年計畫,並與製造廠商聯合發展,也進行現場試驗;2005到2008年是導入階段,在2005年燃料電池開始進入限定的市場,此年可說是日本的燃料電池元年,因為在4月8日,東京瓦斯公司將第1座燃料電池安裝在小泉首相的官邸內;2008年之後則是市場滲透階段。

日本家用燃料電池在2005到2007年間有大規模的展示計畫。在2005年進行的情形大致為:燃料電池製造商與燃料供應商搭配展示;使用1kW級的燃料電池;1台機組補助600萬日圓,補助金含燃料電池及安裝費用;燃料電池製造商進入展示計畫的條件是在6個月要製作超過30台系統,燃料供應商則要展示超過10台系統;有4家燃料電池製造商及13家燃料供應商參加展示,總共展示480台系統,其中東京瓦斯公司就占有150台。

未來社會的挑戰與期待

在2008年燃料電池發展的主要目標為耐久性必須超過40,000小時,同時能經歷4,000次的開、關機,相當於10年的使用年限;價格方面則訂為120萬日圓。而耐久性的挑戰,則從發展高耐久性材料(如質子交換膜、觸媒等)方面著手,同時建立對燃料電池組及燃料重組器加速評估的方法;在價格降低方面,從量產技術、系統簡化,及周邊設備(Balance of Plant)組件共用三方面同時著手進行。

燃料電池市場滲透的挑戰可分成三部曲,首先是改善天然氣進料的系統;其次是著手氫氣進料的系統,包括建立氫氣供應的網絡;最後則是從微電網(Micro-grid)進展到群己能源系統(Holonic Energy System),在這個最佳化的能源系統中,分散式與集中式系統有最佳的組合,且微電網與公用事業電網間能彼此協調。預估在2015年時,1台燃料電池的價格只要60萬日圓,日本燃料電池的發電量有1,500MW,在2030年發電量則達12.5GW。

在不久的將來,東京瓦斯公司認為天然氣將是邁向氫能社會時最重要的橋接(Bridging)能源。東京瓦斯公司所扮演的關鍵角色,是強調以天然氣為進料,增加在不同的機會上使用氫氣,並在過渡到氫能社會時做為領導者。

朝普及化前進

前田博士的演講還包括LIFUEL的導入與實際成果,從LIFUEL的基本規格、公司的配套措施、市場導入情形、使用情形,以及未來開發的課題,都做了詳細的介紹。簡單來說,東京瓦斯公司從2005年2月到2006年3月底,已經在限定性的市場中進行200台LIFUEL的導入。從實際的市場資料來看,有關系統的性能、運轉控制與省能性等數據,幾乎與當初預測的結果相同。未來在提高耐久性與降低價格等問題上,東京瓦斯公司與合作廠商也正共同努力,使燃料電池朝向更普及化發展。

從前田博士介紹的成果來看,可以看到日本在家用燃料電池的努力與企圖心,以及整個燃料電池計畫執行的嚴謹性與協調性,因此筆者相信日本所做的預測在不久後應能成真,很快的燃料電池產品就能廣布在市場上。(作者為工研院能環所研究員)


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