(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
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OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
《燃料電池概論》(13)
☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆)專業大廠 BALLARD收支平衡﹖ 最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖
☉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 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧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 ‧SOFC解決RGFC (1kW) 困境：電(45%)>熱(35%)、免用Pt、多碳燃料、簡化FP
Dr. Rational_You (游李興)(有理性) Founder & GM @EnerMaster (FC能源專家) ［dale_chen@must.edu.tw］邀約 2012125B授課
☉結論: ‧DMFC(1W~10W~100W)←RMFC/RGFC/SOFC(1kW)+Hybrid→SOFC(100kW)
☉建議: SOFC(10W←100W←1kW→10kW→100kW) (p.1)
Source: rational@enermaster.com.tw
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(1)合金氫罐
FC系統－系統架構 & 技術分工 BOP (熱與水管理)
(2)高壓氫瓶 (3)加水產氫 (4)改質製氫 FP (Fuel Processor) (燃料處理器)
熱管理 水管理
(p.2)
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台灣氫能與燃料電池產業「專業分工」嗎？
EMS (電能管理) 餘熱回收 餘水回收
Integration (整合)
*南亞電 *碧氫 Stack(燃料電池堆) Source: rational@enermaster.com.tw 【(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.3)
Source: rational@enermaster.cm.tw (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.4)
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20／40／80Ceslls的STACK操作@12／24／48V
(PEMFC)MEA(膜電極組)堆疊Cells≒發電Stack ◇當一組燃料電池運轉時﹐工作電壓為0.6～0.8V﹐這意味著﹐要產生足夠 的電壓﹐需要把許多電池串聯起來﹐構成一個電池組﹐如圖↓所示。
4cm
4cm 5cm
5cm
Single Cell
4cm
0.6V, 10A = 6W 20cm2 @ 500mA/cm2
8cm 5cm
串聯 2 Cells 1.2V, 10A = 12W
0.6V, 20A = 12W 40cm2 @ 500mA/cm2
Fuelcell.swf
Stack
Fuelcell.swf
串聯 20 Cells 12V, 10A = 120W
Source: www.sglcarbon.com Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源(5)普及化的問題】
(p.5)
串聯 20 Cells 12V, 20A = 240W (p.6)
Source: rational@enermaster.com.tw
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直流轉換器可用於將燃料電池的可變化的I-V曲線 行為轉變為一固定的電壓輸出
串聯 20 x 2 Cells 24V, 10A = 240W
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OUTLINE ☉FC架構: ‧Stack、EMS (+Hybrid)、FP (Fuel Processor)、BOP、Integration
☉FC種類: ‧PEMFC(1W~100kW:含DMFC、RMFC、RGFC)、SOFC(1kW~100kW)
☉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 ‧FC@電廠： 1M*1kW*JPY50萬(壽命)≒核電廠(需十年)
☉可攜式FC: DMFC、RMFC & RGFC、SOFC(<1kW) ‧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 ‧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) Source: rational@enermaster.com.tw ; (全華圖書)200810(RyanO'Hayre)燃料電池基礎(09)燃料電池系統介紹
(p.7)
Source: rational@enermaster.com.tw (2012/09/)
(p.8)
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PEMFC的PEM之Nafion結構…保濕!?
PEMFC(質子交換膜燃料電池)發電反應原理
陽極 PEM
Source:rational@enermaster.com.tw導讀(本間琢也)(上松宏吉)【燃料電池】［瑞昇文化(2011/10/)］(1)【燃料電池是什麼啊﹖】 (p.9)
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FC (少用&急開)導致Pt燒結和脫落(LIFE降低)
Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (2)多樣化的燃料電池】
(p.10)
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影響PEMFC性能因素：Pt、CO、H2O&溫度
0.4W(cm^2)
0.4mg(cm^2)
Source: rational@enermaster.com.tw 【(日本)FCDIC(石井弘毅)【圖解燃料電池】(03)FC的構造】
(p.11)
Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(03)FC的燃料與氧化劑供應】
(p.12)
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雙極(兩面)板@MEA:導流+導電+散熱
PEMFC-Cell-內加濕 (vs.外加濕)
Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC
(p.13)
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Source: rational@enermaster.com.tw (2008/05/); (全華科技)燃料電池(黃鎮江-編譯DOE 2001) 2003/11 (04)PEMFC
(p.14)
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日本FCV的Stack每kW成本JPY6000=USD60@2015僅Ballard的 (FCgen-1300)Stack售價USD600的10分之1
(Ballard.com)Stack(FCgen-1300)售價USD600
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(200904)】
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(p.15)
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡？》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬／kW…FC (p.16) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
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日本TOYOTA／HONDA共用(首例)FC組／周邊
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡？》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km／EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML
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FCV解決課題≒耐久、低溫、低成本化(詳述於後)
(p.17)
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TOYOTA的FCV部件(與EV共用)、加濕(停用)@100℃、散 熱器(小型化)
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡？》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬／kW…FC (p.19) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡？》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬／kW…FC (p.18) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆)
專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】 日本FCV估…JPY500萬@2015開始普及(5000台) …JPY300萬@2030全面普及(160萬台) (Picture)
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡？》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km／EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML
(p.20)
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日本FCV估…JPY500萬@2015開始普及(5000台) …JPY300萬@2030全面普及(160萬台)
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡？》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km／EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
日本FCV的FC(系統)每kW成本JPY1萬=USD100@2015
(p.21)
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日本FCV成本JPY1億@2008→JPY1000萬@2011 →JPY500萬@2015(備註≒量產5000台)
Source: rational@enermaster.com.tw 【20111018《燃料電池車銷聲匿跡？》車輛開發向成本削減邁進…FC成本≒JPY1萬／kW…FC (p.22) 壽命≒50萬km／5000Hrs功率↓30%】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58333-20111017.html
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日韓車企聯合／促進FCV開發@2015…現代+豐田+日產+本田≒簽 訂共同促進上市銷售@挪威+瑞典+丹麥+冰島 □據美國媒體TTATC網站最新消息﹐在歐洲開展的長達近一個月的關於氫 FCV未來發展前景的聯合峰會結束之後﹐豐田、日產、本田以及現代 四家汽車製造商簽訂了共同促進燃料電池汽車在挪威、瑞典、冰島、丹 麥上市和銷售的合作意向。 ☉全球大多數的的汽車製造商巨頭大都在自己的商業日程中列出了於2015 年推出燃料電池汽車的計畫﹐現代公司有望更早將此類車型推向市場。 此次行動的熱點之一位於斯堪的納維亞半島(涵蓋上述諸國)。 ☉日本汽車製造商對於FCV的前景抱有很大希望。 ‧本田歐洲研發部門負責人MitsuhiroUeno將燃料電池汽車稱為「綠色出行終 極解決方案」。 ‧FCV沒有純EV(電動車)的缺點﹐不會受限於價位、有限的行駛里
程、充電時間以及配套設施。 Source: rational@enermaster.com.tw 【20111013《燃料電池車銷聲匿跡？》熱潮過去之後≒技術課題被穩步攻克…JPY500萬 @2015…FCV可500km／EV只150~250km】http://big5.nikkeibp.com.cn/news/auto/58118-20110929.html?ref=ML
(p.23)
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2012-10-12/2006.html; (china-hydrogen.org)20121012(環球網)【日韓車企聯合／促進FCV(燃料電池車)開發@2015…現代+豐田+日產+本田≒簽訂共同促進FCV (p.24) 上市銷售@挪威+瑞典+丹麥+冰島…FCV沒有EV(電動車)缺點】
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
Ballard(巴拉德)宣佈與BENZ達成燃料電池產品供應協定…與FORD 合資AFCC合作FC(FC-velocity)轎車／巴士
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://china-hydrogen.org/fuelcell/pemfc/2010-01-05/573.html; (china-hydrogen.org)20110714(氫潮網) (p.25) 【 Ballard(巴拉德)宣佈與BENZ達成燃料電池產品供應協定…與FORD合資AFCC合作FC(FC-velocity)轎車／巴士】
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
Daimler BENZ的NECAR…FCV系列(含BUS)
Source：rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)200805(黃鎮江)綠色能源 (4)從馬車到氫車】
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
(plugpower.com)PEMFC(GenDrive_Lift)Hybrid@Cap (GD-160,8.7kW)(GD-170,10.1kW)350Bar,1.8Kg,180Sec
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (plugpower.com)PEMFC(GenDrive_Lift)Hybrid@Cap(GD-160,8.7kW)(GD-170,10.1kW)(Dc36~48V)350Bar,1.8Kg,180Sec】
(p.26)
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(BENZ)FCV(F125)續航1000km耗氫7.9kg…量產@2014
(p.27)
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/application/2011-09-13/1078.html【(china-hydrogen.org)20110913 (p.28) (騰訊)BENZ推出F125歐翼式車門氫動力概念車…可駛1000km@耗氫7.9kg…量產@2014年…231hp加速100km(h)@4.9秒…極速≒221km(h)】
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(BENZ)FCV(CITARO)BUS續航250km(1) □據外媒報導﹐德國漢堡氫燃料電池大巴下個月將增加至39輛﹐原有燃料電 池大巴已行駛8年﹐收集了200萬公里的測試資料﹐為供應商梅賽德斯賓 士公司開發新一代車型提供了寶貴參考。 ☉▼目前在路上的36輛由梅賽德斯【BENZ公司】提供的【CITARO燃料電 池大巴】已收集的測試資料﹐對未來燃料電池汽車的發展起到指導作用。 ‧測試結果顯示氫燃料電池的使用大大降低了對環境的污染﹐真正實現了零 排放﹐被稱為ZEV(ZeroEmissionVehicle)。 ☉▼目前﹐每輛車的【續航里程】在【250公里左右】。該公司稱﹐新研發 的車輛比早期的車型【降低了50%的氫燃料】﹐而性能和行駛里程上都 有顯著提高。
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2011-08-23/1002.html (p.29) 【(china-hydrogen.org)20110823(電源門戶網)德國漢堡氫FC大巴行駛200萬km…H2消耗量≒減少1／2…(BENZ)FCV(CITARO)續航250km】
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
Toyota由FCB供3kW100Hrs(15kg氫)／23kg氫9.8kW50Hrs
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://big5.nikkeibp.com.cn/eco/news/cattechnicalsj/3394-20120905.html 20120905(日經BP社) 【TOYOTA開發出由FCB(燃料電池巴士)供應電力的系統≒兩個1.5kW@AC100V≒3kW100小時≒300kWh(▼15kg (p.31) 氫)…(FCHV-BUS)最多可充23kg氫≒(V2H系統)9.8kW@50小時▲】
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會從BUS(點對點)開始應用FCV(燃料電池車) ▽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。 Source: rational@enermaster.com.tw (2011/05/)【(日本)FCDIC(石井弘毅)【圖解燃料電池】(05)汽車用FC】
(p.30)
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(1)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.32)
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(2)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.33)
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(4)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.35)
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
(Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(3)
Source: rational@enermaster.com.tw 【 (Ballard.com)Stack(all)ProductPortfolio(201105)】
(p.34)
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
Ballard獲102套PEMFC訂單…為IdaTech供FCgen-1020ACS +Dantherm系統≒氫ELECTRAgen-H2／甲醇ELECTRAgen-ME
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/mix/2012-09-27/1978.html; (china-hydrogen.org)20120928 (p.36) 【Ballard獲102套PEMFC產品訂單…為IdaTech供FCgen-1020ACS+Dantherm系統≒氫ELECTRAgen-H2／甲醇ELECTRAgen-ME】
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
美國Cinergy採Ballard的PEMFC (250kW)
Source: rational@enermaster.com.tw 【(全華科技)201003(AlanG.MacDiamid)燃料電池技術(05)質子交換膜燃料電池】
(p.37)
(EnerMaster)20121025B(RationalYou)《燃料電池概論》(13)【 2012年FC(燃料電池)唯一Stack(電堆) 專業大廠BALLARD收支平衡﹖最可能是BUS(巴士)市場﹗而非UPS(不斷電系統)﹖ 】
TOYOTA安裝BALLARD的CLEARgen組成RGFC(1MW)
Source: rational@enermaster.com.tw ; http://www.china-hydrogen.org/fuelcell/application/2012-09-03/1911.html; (china-hydrogen.org)20120903(中國氫能源網)【TOYOTA將安裝燃料電池系統@加州…由BALLARD採CLEARgen的PEMFC模組化 (p.38) 500kW組成1MW… RGFC≒改質瓦斯(可再生垃圾沼氣製氫)燃料電池@CHP(熱電共生)】