(EnerMaster)燃料電池概論(02)「 6.7度」電解『水』儲『氫』後燃料電池「只剩1度」 (交流電) ？

rational@enermaster.com.tw (2011H2@MUST化材系) 【燃料電池概論】 rational@enermaster.com.tw (2011H2@MUST化材系) 【燃料電池概論】

OUTLINE
2011H2(MUST化材系)燃料電池概論(02) ☉FC架構:
‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
「 6.7度」電解『水』儲『氫』後燃料電 ☉FC種類:
‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
池「只剩1度」 (交流電) ？ ☉運輸用FC: PEMFC (+Hybrid) @700Bar加氫
‧公共(巴士@點對點)→高階(轎車@普及區)→低階(機車@普及區)
☉定置型FC: PEMFC、RMFC、 RGFC、SOFC(1kW~100kW)
‧PEMFC@UPS：高壓氫(迅速! 安全? 昂貴?)、少用&急開(減損FC壽命)
‧1kW家用RGFC@CHP： 45%熱(節能) +35%電(減碳≒28%)
‧SOFC：1kW家用@CHP≒40%熱+ 45%電；100kW電廠≒複合發電(60%)>熱
Dr. Rational You(游李興) ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW)
Founder & GM/ EnerMaster(能碩科技) ‧DMFC(1~10W~100W)技術：無法延伸(核心能耐)@RMFC
‧RMFC(100W~1kW)技術：可延展到RGFC(1kW~100kW)然後引進SOFC
2011/09/15@MUST化材系 ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP
☉結論:
‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW)
(p.1) (p.2)


FC應用:1~10~100~1kW@身邊、10k~100kW@分散 FC受矚目的理由(1)範圍、效能、熱回收

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (3)支配人類生活的燃料電池】 (p.3) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】 (p.4)


FC受矚目的理由(2) 熱回收 vs.火力發電 FC受矚目的理由(3) 排放(NOx、SOx) ≒零

(a) 火力發電 (如：最尖端的大型高效率系統) (b) 燃料電池(如：NG重組型的小型廢熱利用)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】 (p.5) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(01)燃料電池是什麼】 (p.6)


FC受矚目的理由(4) 電池能量&壽命&充電 (1)合金氫罐
FC系統－系統架構 & 技術分工
(2)高壓氫瓶 BOP
(熱與水管理) EMS
(3)加水產氫 (電能管理)
熱管理餘熱回收
(4)改質製氫
水管理餘水回收
FP (Fuel Processor)
(燃料處理器)

Integration
(整合)

Stack(燃料電池堆)
Source: rational@enermaster.com.tw (2009/12/)【 Taiwanese battery companies, ITRI, by Digitimes 2007/6 (PSI.com.tw)】 (p.7) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(滄海書局)200803(黃鎮江)燃料電池(01)燃料電池簡介(01-05)燃料電池系統】 (p.8)


台灣氫能與燃料電池產業「專業分工」嗎？ (NanYaPCB)PEMFC(H2FC)500W(從MEA)
ITEM Detail SPECIFICATION
H2 Leakage
BOP Sensor
O2
LCD panel STACK Voltage, Current, Fault
(not include) indication
Battery (not included ;
12V40Ah (recommend )
(not include) optional)

Items 500W H2FC
1.Dimension 320(L)X670(W)X400(H)
2.Weight 30kg
3.Power Output Nominal: 500W
24 VDC
*南亞電 4.Output Voltage
*碧氫
5.Operation
3℃~40℃
Temperature.
Source: rational@enermaster.cm.tw (2011/05/)
(工業材料)200907p051(曹芳海@ITRI能環所)燃料電池技術專題導言：燃料電池產業蓄勢待發 (p.9) Source: http://www.greenergy.nutn.edu.tw/fuelcellcarracing/download.htm (2010/03/12) (p.10)


PEMFC_MEA(膜電極組)→Cells→Stack STACK… 12V & 24V
4cm 4cm
4cm 8cm

5cm 5cm
5cm

Single
Cell 0.6V, 10A = 6W 串聯 2 Cells 0.6V, 20A = 12W
20cm2 @ 1.2V, 10A = 12W 40cm2 @
500mA/cm2 500mA/cm2

Stack

Fuelcell.swf
Source: www.sglcarbon.com 串聯 20 Cells 串聯 20 x 2 Cells 串聯 20 Cells
12V, 10A = 120W 24V, 10A = 240W 12V, 20A = 240W
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】 (p.11) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) (p.12)


直流轉換器可用於將燃料電池的可變化的I-V (SMA.de)H2-Island-Extension@FC+PV+Grid
曲線行為轉變為一固定的電壓輸出

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/09/)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/); (全華圖書)200810(RyanO'Hayre)燃料電池基礎(09)燃料電池系統介紹 (p.13) 【(SMA.de)DC-AC(HydroBoy-2524HF)Input≒DC25~70V@1500W或2500W(Output≒AC230V).pdf】 (p.14)


H2高壓700Bar(100L)時FCV方可駛500公里 TOYOTA:160km短途EV／800km長程FCV(0)
□與〈中國〉有關部門和企業像「賭博」一樣「押寶」電動車(EV)﹐搞電
≒60kL
動車(EV)「大躍進」不同﹐《豐田》堅持主推自己全球領先的『混合動
1/1000 力汽車』﹐而在新能源汽車未來發展方向上則表現得猶豫不決。
‧未來到底是以「電動車 (EV)」為主﹐還是以【(氫)燃料電池(汽)車】為
≒2wt.%(250Kg) 主﹖雖然豐田在這兩項技術上都處於領先地位﹐但究竟以誰為主﹐還是
1/400 很糾結。
@-253℃ ‧日前﹐豐田負責技術的副社長內山田在日本愛知縣豐田市豐田會館回答
了《國際商報》提出的相關問題。
≒70Kg
1/300 @250~350ATM

≒200L

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】 (p.15) (p.16)


TOYOTA:160km短途EV／800km長程FCV(1) TOYOTA:160km短途EV／800km長程FCV(2)
《國際商報》﹕你們的競爭對手德國大眾在中國主打渦輪增壓缸內直噴發《國際商報》﹕在(氫)燃料電池(汽)車方面﹐豐田目前的進展如何﹖
動機和雙離合變速箱﹐也就是TSI＋DSD這種新的動力總成﹐很受歡迎。
豐田怎樣應對﹖ ☉內山田﹕
‧▼現在燃料電池車的續航裏程基本上可以充一次燃料就可以達到
☉內山田﹕在發動機方面採用直噴和渦輪增壓技術﹐在變速箱方面增加【800km】的這麼一個續航裏程。
CVT無級變速器的檔位﹐我們一直在進行這方面的改良工作。 ‧但是燃料電池車也存在需要【加氫站】這個基礎設施的問題。
‧在歐洲﹐那麼我們也曾經推出過很多渦輪增壓發動機的產品﹐在一些亞 ‧我們計劃【2015年】把燃料電池車推向市場。
洲的市場現在也有採用渦輪增壓技術的車型。 ‧我認為就是首先在像北京、上海這樣的【大城市】裏﹐就是大型的【巴
‧在日本﹐我們在汽油發動機上沒有使用渦輪增壓技術﹐因為日本消費者士】﹐或者是城市中行駛的【卡車】﹐這類的車型可能是最適合採用燃
認為混合動力技術能夠在保持很好的行駛性能的同時﹐帶來更好的燃油料電池係統。
經濟性。
‧在中國﹐由於市場競爭非常激烈﹐我們也希望能夠盡早把這種全新動力
係統的車型投放到中國市場﹐已經有了相關的計劃。

(p.17) (p.18)


TOYOTA:160km短途EV／800km長程FCV(3) (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(1)
☉內山田﹕確實是像您說的﹐從純電動車(EV)倒推到混合動力﹐或者延伸
到燃料電池動力個方向很難。從實用角度看﹐在日本做的實驗數據表
明﹐如果使用混合動力技術﹐汽車的油耗就會減少到目前的一半。
‧▼相反﹐一輛「電動車(EV)」綜合路況最多續航裏程也就是
【160km】﹐如果今天這個用戶的出行裏程要超過【100km】﹐那他就
必須還得有另外一輛「傳統動力」的車﹐或者是『混合動力』的車。
‧▼按照不同用戶的出行習慣進行綜合計算的結果是﹐『混合動力』可
『減少50%的油耗』﹐「電動車(EV)＋傳統動力汽車」可「減少75%的油
耗」﹐『插電式混合動力汽車』可『減少74%的油耗』。
‧所以﹐電動車(EV)和插電式混合動力車的節能效果基本上是一樣的﹐而
純電動的75%還需要兩臺以上的車來達到。

☉豐田的『插電式電混合動力』汽車「純EV模式」下的續航裏程比較
短﹐只有【20km】左右﹐主要是因為日本過半用戶的日行駛裏程都在
20km以下﹐如果多數用戶的日行駛裏程是30km﹐增加一些電池不是件困
難的事情
(p.19) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio】 (p.20)


(plugpower.com)PEMFC(GenDrive_Lift)Hybrid@Cap
會從BUS(點對點)開始應用FCV(燃料電池車)
(GD-160,8.7kW)(GD-170,10.1kW)350Bar,1.8Kg,180Sec
▽與轎車相比﹐BUS可較快實用化FCV的理由有下列幾項。
(1)首先﹐與PEMFC的性能有關。近年來性能顯著提升的PEMFC﹐其輸出功
率雖仍不及汽油引擎﹐但已能夠與BUS及卡車的柴油引擎相抗衡。
‧因此﹐導入FCV可根除柴油引擎造成的問題﹐如影響環境的氮氧化物
(NOx)、硫氧化物及粉塵等的排放﹐整體而言﹐還可大幅減少CO2 。
(2)正因為BUS車體龐大﹐所以易於搭載仍在開發中的FC。
‧FC系統雖已朝向小型化發展﹐但體積仍舊比現存的汽車引擎大上許多。
‧但若將它搭載於BUS﹐則由於空間充裕 ﹐因此並不會成為問題。
(3)此外﹐針對重大課題之一的燃料供給基礎設施。
‧由於BUS幾乎僅會繞行固定的路線 ﹐因此燃料供給站只要設置一個就足
夠了。
(4)由於是公共交通設備﹐也較容易取得導入資金的援助。
‧若考量到公共利益﹐可暫時避免與汽油車及柴油車正面進行價格競爭。

【 (plugpower.com)PEMFC(GenDrive_Lift)Hybrid@Cap(GD-160,8.7kW)(GD-170,10.1kW)(Dc36~48V)350Bar,1.8Kg,180Sec】 (p.21) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(世茂出版)200809(石井弘毅@FCDIC)圖解燃料電池(05)汽車用FC】 (p.22)


氫安全？氫脆現象…不銹鋼@高壓高溫 H2需700Bar燃料箱(複合碳材)100L駛500kM
△高強度的不銹鋼暴露在氫氣中﹐尤其是在高溫高壓下﹐容易發生氫脆現
象﹐失去強度﹐產生裂縫。
▽但是﹐選擇合適的材料［Rational編註：如≒碳纖維複合材料］就能避免
氫脆現象的發生。

(p.23)
Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】 Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】 (p.24)


SUZUKI的FC機車(350km)氫
SUZUKI的FC機車(350km)氫700Bar…FC600W+BT500Wh
700Bar…FC600W+BT500Wh(1)
☉鈴木汽車公司在2009年東京汽車展上展出了「Burgman燃料電池摩托車」﹐
此次車展從2009年10月24日至11月4號向公眾開放。

☉鈴木增加了氫燃料的裝載量﹐通過使用氫氣儲存罐將其儲存在摩托車上﹐
其最大的工作壓力達到了70MPa。
‧而在2007年東京車展上展覽的「crosscage」燃料電池自行車﹐其儲氫罐的
最高工作壓力為35MPa。

☉新的儲氫罐的體積大約為10L。
‧當在平整的柏油路面上以30公里/小時的速度行駛時﹐Burgman能行駛大約
350公里。

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)
【(日經BP社)20091023(東京車展)鈴木開發出續航距離達到350km的燃料電池踏板摩托車(BURGMAN) 125cc】 (p.25) 【(日經BP社)20091023(東京車展)鈴木開發出續航距離達到350km的燃料電池踏板摩托車(BURGMAN) 125cc】 (p.26)


SUZUKI的FC機車(350km)氫
700Bar…FC600W+BT500Wh(2) AMSYS氧氣筒(SCBA)複合材料
☉燃料電池單元是由智慧能源有限公司(Intelligent Energy Ltd)生產的空氣冷 ☉益材科技的 SCBA / 氧氣筒 (複合材料 )可運用在消防隊員的氧氣瓶
卻的聚合物電解質燃料電池(PEFC)。或者醫療急救用氧氣瓶。其他規格陸續增加中。
‧根據鈴木的設計﹐該空氣冷卻式PEFC與水冷式FEFC相比﹐可以減少輔助 ☉產品規格
系統的數量﹐比如壓縮機。使用壓力水容量外徑全長空瓶重量
品號材質
psi bar ci cc in mm in mm lbs kg
☉儘管公司沒有透露Burgman摩托車的輸出和其他規格參數﹐但據說該摩托 SF-068 Composite 4500 310 415 6800 6.34 161.0 20.79 528.0 8.90 4.04
車的性能相當於一輛配備50至125CC組排量汽油發動機的摩托車。 ‧螺牙規格：M18
‧大約500Wh容量的鋰電池組用來為加速提供電力﹐以及儲存燃料電池產 ☉認證
生的再生電力和多餘電力。 ‧SCBA / 氧氣筒：TPED ISO 11119-2 / EN 12245 (π) -預計2010年取得認證
‧AMS Global Cylinder™：氣瓶取得三個國家或三個地區以上的認證≒美國
☉該Burgman燃料電池摩托車是以鈴木公司在西班牙生產、在歐洲銷售的
UN-USA 、加拿大Equivalency Certificates、歐盟UN, π 、其他國家
「Burgman 125」摩托車為基礎研發的。
‧該公司對現有的摩托車進行改裝﹐使其更容易被允許在公共道路上進行實
地測試。
‧Burgman燃料電池摩托車的尺寸為2055(長)* 740(寬)* 1360(高)毫米。
【(日經BP社)20091023(東京車展)鈴木開發出續航距離達到350km的燃料電池踏板摩托車(BURGMAN) 125cc】 (p.27) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【 http://www.amsys.com.tw/cht/products/type4.html 】 (p.28)


AMSYS複合氫瓶產物保險(USD2M)證明書(1) AMSYS複合氫瓶產物保險(USD2M)證明書(2)

Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【 (amsys.com.tw)20100315(富邦產物保險)複合高壓氣瓶(保險金USD2M)證明書】(p.29) Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 【 (amsys.com.tw)20100315(富邦產物保險)複合高壓氣瓶(保險金USD2M)證明書】(p.30)


(protonenergy.com)HG(HOGEN)S-Series(1)
6.7kWh/m3 ［消耗6.7度電→(產氫量可發)1度電］
低碳@Refom→FCV@2030→零碳@2035

Source：rational@enermaster.com.tw (2011/05/) 32
【(protonenergy.com)HG(HOGEN)200Psi≒13.8Bar(S10≒250LPH)(S20≒500LPH)(S40≒1000LPH)6.7kW(NTD4M)】 (p.31) Source：【20091027(MOEA,BOE,ITRI)發展綠能產業與建構低碳社會(03)日本定置型FC(熱電)商業化(Dr.Honda@GasAndPowerCo】 (p.32)

(EnerMaster)燃料電池概論(02)「 6.7度」電解『水』儲『氫』後燃料電池「只剩1度」 (交流電) ？

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