本文选自中国工程院院刊《Engineering》2018年第3期作者：Junye Wan...|燃料电池商业化带来的技术经济挑战丨Engineering 本文选自中国工程院院刊《E

本文选自中国工程院院刊《Engineering》2018年第3期
作者：JunyeWang,HualinWang,YiFan
来源：Techno-EconomicChallengesofFuelCellCommercialization[J].Engineering,2018,4(3):352-360.
编者按
燃料电池是一种电化学电池，它通过氧化还原反应将燃料(通常是氢气)和氧化剂(通常是氧气)的化学能转换为电能。燃料电池在转换能量时热效率极高，是传统内燃机的两倍，被视为一种现有热能系统的理想替代物，在可再生能源和节能减排方面发挥重要作用。目前，燃料电池的商业化尚有较大的技术和经济挑战亟待突破。
中国工程院院刊《Engineering》刊发《燃料电池商业化带来的技术经济挑战》。文章从燃料电池生命周期、价值链活动层面对燃料电池系统进行技术经济与环境分析，介绍了生命周期和价值链活动、产品的制造与装配以及研究了最终用户的接受情况，分析了燃料电池在未来低碳经济中发挥的潜在作用，讨论了燃料电池主导绿色产业的潜能。文章提出，燃料电池面临的技术挑战主要在可靠性和耐久性方面；制造成本并非是影响最终用户接受度以及燃料电池商业化的主要因素，因电池维修和保养造成的额外费用以及引发的可用性降低是提高最终用户接受度和燃料电池商业化的重大挑战。

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一、引言
随着世界人口不断增长，化石燃料能源供应逐渐减少，世界能源供应已无法满足不断增长的需求或可持续的环境目标。因此，许多国家更加需要确保未来的能源安全以及可持续的环境。国际能源署（IEA）将能源安全定义为：以可支付得起的价格获得的充足的能源供应。为了确保能源供应符合经济发展以及可持续的环境目标，许多国家都将发展低碳经济和绿色产业作为长期努力方向。实现低碳经济有两种方法：一是增加绿色能源的使用份额，以满足不断增加的能源需求，并通过减少化石燃料的使用量来缓解温室气体（GHG）的排放；二是通过提高现有能源体系的效率来达到节能减排的目的。
大量开发并利用可再生能源有助于发展绿色低碳经济，还可带来新的商机。目前已经开发了许多类型的可再生能源，如风能、太阳能、生物能和潮汐能。尽管每一种可再生能源都有其优点和缺点，但将这些可再生能源和现存的化石燃料体系结合起来会增加能源体系的管理难度，为政府下达政策和投资带来困难。因此，要了解一个国家的能源安全需求和未来能源发展的整体方向，单独分析一种能源体系远远不够，必须要对更多能源的可用性和多样性有系统和充分的了解。在许多国家，化石燃料（包括石油、天然气和煤）依然占主导地位。例如，据美国能源信息署（EIA）报道，化石燃料占2011年美国总能源消耗的79.78% 。因此，节能减排还有很大空间，这可以通过提高现有的能源体系效率来实现。燃料电池在转换能量时体现出了极高的热效率，是传统内燃机的两倍，被视为一种现有热能系统的理想替代物。因此，燃料电池能在传统体系中的可再生能源和节能减排方面发挥重要作用（图1）。
图1能源经济。（a）化石燃料能源经济；（b）可再生能源经济
电池燃料从原型阶段到产品部署阶段涉及许多因素，因此要确保足够的资本回收以及积极的生命周期评估，有必要对这些因素加以考虑。然而，没有政府津贴的支撑，很难获得足够的资本回收。我们在一系列出版物中分析并处理了推广燃料电池面临的关键问题。我们阐明了氢燃料的“鸡和蛋”的问题、氢能基础设施的缺乏以及燃料电池的市场渗透问题。氢能基础设施并不是开发燃料电池技术的关键障碍。人们对于燃料基础设施的夸张说法误导了燃料电池市场。另一方面，比起最终用户对此项技术的耐久性的接受度，燃料电池的可靠性更为关键。然而人们对此关注度不高。我们研究了推广燃料电池面临的问题，引入了推广燃料电池的标准和理论。流场设计的目标和标准需要扩大燃料电池的流通领域。我们还提出了解决推广燃料电池问题的综合途径。