寫稿
投稿
一、定義
燃料電池按電解質的類型可分為堿性燃料電池（AFC）、磷酸燃料電池（PAFC）、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、固體氧化物燃料電池(SOFC)和質子交換膜燃料電池(PEMFC)五大類。目前市場出貨類型以質子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池為主。
固體氧化物燃料電池，是一種采用電化學反應發電的裝置，無卡諾循環，其效率遠高于其他發電設備，主要產物是CO2和水。
二、優勢
SOFC具備發電效率高（自身發電效率接近60%，與熱氣輪機聯用效率可達80%以上）、熱電聯供效率高（余熱溫度高400°C-600°C、熱電聯供效率90%以上）、節約水資源（傳統發電用水量的2%）、綠色環保、易于模塊化組裝、燃料選用范圍廣（可使用天然氣、煤制氣、生物質氣、甲醇等），且不需要貴金屬催化劑，適應性強，是一種具有很高應用前景的燃料電池。
三、應用領域
SOFC應用廣泛，主要應用在便攜式電源、分布式發電/熱電聯供系統、高性能動力電源、大型發電站等領域。
在分布式及數據中心應用領域，由風險資金成立的Bloom Energy公司，是目前商業化最成功的燃料電池公司，目前已為蘋果、沃爾瑪、谷歌及可口可樂等提供了數千套的SOFC分布式發電系統，截止2019年上半年總共安裝了500MW的SOFC發電系統。
在家庭熱電聯供領域，日本ENE-FARM計劃2020年、2030年分別實現家用燃料電池累計裝機量達140萬套和530萬套。
在大型發電領域，三菱重工自從1980s開始研究SOFC大規模發電系統，2018年8月科技部王志剛部長參觀實證示范中的250千瓦SOFC系統，截止2019年9月三菱與日立合資的MHPS電力公司已成功研發了10套250kW的SOFC-微氣輪機混合動力發電系統。
在交通運輸領域，2016年6月，日產汽車基于Ceres power的電池堆技術，發布世界首款SOFC原型車，采用乙醇燃料(30L)，配備24千瓦時電池，續航里程600公里。
圖 SOFC應用領域
資料來源：中國礦業大學教授，中國工程院院士彭蘇萍
目前來看SOFC主要應用于家庭熱電聯產項目，還無法適用于大型發電站，這與SOFC自身還存在很多缺點有關，如：工作溫度高、啟動時間長、對材料要求高，密封問題一直存在、部件制造成本高等。
四、技術發展現狀
國際上SOFC應用已經較為成熟，但由于SOFC屬于耗費人才財力巨大的項目，能真正實現大規模商業化供貨的企業也不多。國際知名企業有美國Bloom Energy，英國Ceres Power，愛沙尼亞Elcogen，日本三菱重工和京瓷，韓國有KCERACELL、KOREA SOFC FORUM、HNPOWER等。從年發電量來看，能夠達到兆瓦級別的全球SOFC企業不超過10家。
國內SOFC市場應用尚未真正啟動，在沒有政策扶持、產業鏈配套發展極不成熟、市場未啟動的環境下，企業去投入研發生產需要魄力與勇氣。目前國內投入研發及能夠實現量產SOFC的企業屈指可數。近年來，國內SOFC企業暗暗發力，潮州三環具備量產能力，徐州華清產線目前在試產中，臨近規模化量產。國內還有一家布局SOFC的知名企業是濰柴動力，通過兼并購國際知名SOFC公司展開深度布局。
五、重點企業或項目
1. 美國Bloomenergy公司
美國燃料電池獨角獸企業BloomEnergy，成立于2001年，是新型清潔能源創新企業，主要開發固態氧化物燃料電池，以天然氣和沼氣為燃料。創始人團隊曾受美國航天研究局邀請，負責研究和制造可以在火星上進行的生命維持技術，建立可由電力產生空氣和燃料，或從空氣和燃料產生電力的裝置。
產品方面，BloomEnergy燃料電池是一種能有望替代太陽能的新型電力系統，通過氧氣和天然氣被輸入BloomBox里，在燃料電池里經過高溫化學反應，生成電能、熱量、二氧化碳和水，是一種無污染的電力系統。據稱，BloomEnergy的新產品EnergyServer5能夠達到65%的效能，功率密度是此前型號的兩倍，平均壽命超過5年，為目前行業最高水平。
市場方面，BloomEnergy在加利福尼亞州部署了大部分燃料電池，該州的自發激勵計劃幫助涵蓋了燃料電池的大部分前期成本以及電池、熱儲能和其他分布式能源資源。2016年，蘋果在其位于北卡羅來納州的數據中心安裝了24臺“BloomEnergyServer”，并在6個月之后又繼續裝備了另外26個燃料電池使總容量達到了1000萬瓦特。2017年8月，BloomEnergy宣布與數據中心運營商Equinix公司達成37兆瓦的交易，成為迄今為止美國國最大的燃料電池部署項目。
2. 日本家用燃料電池熱電聯供系統（Ene-Farm）
日本微型熱電聯產項目Ene-Farm已取得了非常亮眼的成果。截至2019年4月，日本共部署了305,000個商業Ene-Farm裝置。松下的基于PEM的燃料電池系統占安裝基數的一半左右。另一半則使用豐田子公司——愛信精機Aisin Seiki提供的固體氧化物系統(“Ene-FarmS”)。該系統輸出功率700W，發電效率達到了46.5%。
資料來源：搜狐網，氫啟未來網分析
Ene-Farm的工作原理可以簡單概括為：通過天然氣制取氫氣，再通過氫氣發電來提供家庭用的熱能和電能，包括熱水、暖氣、供電等。這套系統從日本政府大力補貼至今，全社會已經推廣應用了近30萬套。
隨著推廣規模的擴大，以及幾大廠家的競爭加強，整個系統的成本在快速下降，從最初的800萬日元降至了目前的100萬日元左右，也就是6-7萬元人民幣/套。
圖 Ene-Farm產量與成本變化
資料來源：搜狐網，氫啟未來網分析
3.英國Ceres Power
Ceres Power是一家于英國倫敦證券交易所AIM上市的公司，是新一代、低成本燃料電池技術領導者，其特有的Steel Cell TM技術，源自英國帝國理工學院，已持續研究開發近16年，擁有約50項專利，具有功率密度高、制造成本低等優勢。目前，其產品覆蓋住宅、數據中心、商業發電和汽車四個應用領域。
Ceres Power長期致力于低成本高性能燃料電池產品開發。Ceres Power開發的Steel Cell TM燃料電池在2017年英國化學工程師協會全球獎頒獎典禮上榮獲年度創新產品獎。Ceres Power公司以其先進的固體氧化物燃料電池(SOFC)技術而獲得認可，Ceres Power開發的固體氧化物燃料電池可利用天然氣以及包含氫氣、生物氣在內的低碳燃料實現高效率發電。
2018年5月，濰柴動力擬通過認購其部分發行股份的方式，投資4000余萬英鎊，持有Ceres Power 20%股權。同時，雙方將聯合于2020年前在中國濰坊成立合資公司，推動實現SOFC技術在中國市場的商業化。Ceres Power將在中國市場獨家授權合資公司使用Steel Cell TM技術，產銷燃料電池系統、電堆和電池片，應用于客車、卡車和特定發電市場。為促進產業化的進程，濰柴動力與Ceres Power將首期合作，聯合開發以CNG為燃料的30kW Steel Cell燃料電池，用于電動客車增程系統，預計2019年上半年完成驗證。
4.中國潮州三環
我國最早研發生產SOFC的是潮州三環（集團）股份有限公司（下稱“潮州三環”）。公司于2004年開始開展SOFC電解質隔膜開發和生產業務；2012年開始批量生產SOFC單電池；2015年收購澳大利亞CFCL公司，獲得其電堆和小功率SOFC系統技術基礎；2016年將SOFC專利授權SOLIDpower公司使用，并且為其供應單電池；2017年開始向國內市場推出SOFC電堆。
潮州三環出貨量最大的是電解質隔膜、單電池，同時具備電堆量產能力，系統則主要有旗下子公司CFCL在德國的生產基地完成，以1.5kW系統為主。目前潮洲三環成為全球最大的SOFC電解質隔膜供應商，歐洲市場上最大的SOFC單電池供應商。
5.中國蘇州華清
蘇州華清創建于2010年，2018年7月公司簽約投建徐州華清固體氧化物燃料電池項目。2019年8月，蘇州華清子公司徐州華清京昆能源有限公司固體氧化物燃料電池項目首批20萬片單電池片生產線投產試產。
此外，華清、清華大學、中國礦業大學(北京)還聯合晉煤集團煤化工研究院共同開發以煤為原料的SOFC整體示范工程。2018年8月2日，晉煤集團煤化工研究院對外宣布，他們建設的全國首個以煤為原料的15kW SOFC項目在晉煤集團天溪煤制油分公司燃料電池實驗室打通全流程，實現了煤經氣化再通過固體氧化物燃料電池發電的工程示范。
6.中國濰柴動力
國內還有一家布局SOFC的知名企業是濰柴動力。公司于2018年5月以4000余萬英鎊收購英國知名固體氧化物燃料電池開發商Ceres Power20%股權，并與其攜手在中國濰坊成立合資公司，在固態氧化物燃料電池領域展開全面合作。合資公司將使用Ceres Power獨有的SteelCell?技術，產銷燃料電池系統、電堆和電池片，應用于客車、卡車和特定發電市場。
六、未來發展前景
國內SOFC有非常大的應用潛力，比如冬天供暖消耗大量天然氣，若采用SOFC熱電聯供，整體效益會極大提高；國內分布式發電市場比日本大很多，卻幾乎沒有怎么應用SOFC，而日本應用較為廣泛。可以說，這是一個被忽視的新興市場，也是值得政府去大力推動的市場。
