固体氧化物燃料电池专家会

摘要 •美国数据中心采用SOFC作为备用电源，主要由于其高效率(55%以上，远超内燃机)，低噪音，持续稳定供电，以及较低的碳排放量，同时受益于美国政府对清洁能源的政策支持。•SOFC系统成本目前约为3,300美元/千瓦，电堆成本占比最高(约65%)，未来降本空间最大的是电堆和热部件，预计到2050年可降至1,000美元/千瓦。•SOFC寿命目标已提升至6万小时，但效率会随时间衰减，需关注其在6万小时后是否仍能保持55%以上的效率，否则发热量过大，冷却功耗增加。•降低SOFC度电成本的关键在于降低系统造价和延长使用寿命，而天然气价格受市场影响较大，难以有效控制。提高电堆耐用性，带动相关部件降档次是降本核心。•国内外SOFC技术差距主要体现在组装工艺，特别是高温长时间运行下的密封工艺，国内企业在该方面仍面临挑战。•目前燃料电池成本仍然较高，与传统能源相比缺乏竞争力，预计2030年前难以显著降低，市场规模及供应链完善是关键因素。•虚拟电厂概念为SOFC提供了新的应用场景，使其能够参与能源整合，提高能源利用率，并符合国家对清洁能源比例提升的要求。船舶领域是未来SOFC应用的潜在重点方向。 Q&A 美国数据中心倾向于使用固体氧化物燃料电池（SOFC）作为备用电源的原因是什么？相比其他分布式电源，SOFC有哪些优势？ 数据中心倾向于使用固体氧化物燃料电池（SOFC）作为备用电源，主要有以下几个原因和优势： 1.效率高：相比内燃机，SOFC的效率更高。成熟的内燃机效率通常不超过50%，而SOFC在全生命周期内的平均电效率约为55%。例如，美国BloomEnergy公司的产品在运行4万小时后，其平均效率仍能达到55%。2.噪音低：SOFC几乎没有噪音，仅有少量来自鼓风机的噪音，一般低于75分贝，相比内燃机显著降低了噪声污染。3.持续性好：与光伏、风能等间歇性能源不同，SOFC能够提供持续稳定的电力输出，不受天气和时间影响。这对于需要24/7不间断运行的数据中心尤为重要。 4.碳排放低：虽然目前主流的SOFC仍以天然气为燃料，会产生二氧化碳，但其高效能使得单位发电量的碳排放量较低。例如，一个30千瓦的SOFC系统每年可减少约25吨二氧化碳排放。此外，在欧美等碳市场发达地区，通过交易碳减排指标还能带来额外收益。 5.政策支持：美国政府对清洁能源技术的发展给予了大力支持，包括财政补贴和政策优惠。中国也在推动氢能战略，到2030年要求数据中心至少5%的用电来自清洁能源，这进一步促进了包括SOFC在内的新型能源技术的发展。 综合来看，高效、低噪音、持续供电能力、较低碳排放以及政策支持，使得固体氧化物燃料电池成为数据中心备选能源中的优先选择。 美国风力补贴的具体情况如何？目前的补贴金额是多少？ 美国风力补贴在2010年之前可能能够达到70%，但近年来逐渐减少。目前具体的补贴政策和金额不太清楚，可以参考国内2018年和2019年对太阳能氢燃料电池的补贴政策。当前国内对燃料电池（FC）没有补贴，美国这几年的政策也不太了解。 SOFC（固体氧化物燃料电池）的寿命和效率情况如何？ 早期SOFC的寿命大约为4万小时，但到2024年，行业目标普遍提升至6万小时。SOFC的衰减率通常以每千小时0.5%的电压衰减来计算，20%的总衰减被认为是使用寿命终点。例如，初始电压为1伏，当衰减到0.8伏时，即认为其性能已不再理想。如果SOFC在6万小时后效率低于55%，则其发热量过大，需要大量冷却功耗。理论上，SOFC能量转换效率可达60%以上，但随着使用时间增加，实际效率可能降至40%以下，与内燃机相比失去优势。 目前SOFC系统成本及其构成如何？ 截至2024年第三季度，BE公司的SOFC系统成本约为3,300美元每千瓦（约合人民币2万元）。其中： •电堆占65%左右，即13,000元；•热部件（包括燃烧器、换热器、重整器等）占15%左右；•子系统（包括燃料供给、空气供给、循环系统、冷却系统等）占10%左右；•电气部分（包括DC/AC转换器、预充电源等）占5%左右；•控制系统占5%。 SOFC未来降本空间最大的是哪一块？长期成本预估是多少？ 降本空间最大的是电堆和热部件。当前市场规模较小导致电堆生产成本高昂，仅有少数厂家具备生产能力，如美国BE公司、英国Ceres公司和德国Bosch公司。未来市场扩大后，有望将电堆成本降至2000元每千瓦。此外，高温换热器材料及工艺复杂且昂贵，也是主要降本方向之一。根据预测，到2050年，如果一年装机容量达到250兆瓦，其成本可降至1,000美元每千瓦。 降低燃料电池系统成本的主要空间在哪里？ 降低燃料电池系统成本的空间仍然很大，尤其是在热部件和子系统方面。以换热器为例，如果将其工作温度降到500度，成本可以直接降低30%。对于子系统，虽然部件数量有限，但通过采用替代方案也能实现降本。例如，目前的空压机需要高效和低泄漏率，以满足电堆要求。如果未来电堆技术进一步发展，对气体清洁度或成分要求降低，那么空压机或风机可以从定制产品转变为工业用小鼓风机，其价格可能从3万元降至一两千元。总体来看，核心在于提高电堆的耐用性和鲁棒性，从而带动相关部件降档次，实现整体成本下降。 电堆内部结构及其核心部件的成本如何？ 电堆内部结构相对简单，包括阴极、阳极、电解质、支撑体和连接体五个部分。支撑体通常是最便宜的部分，例如金属支撑点使用不锈钢板，其厚度不到一毫米。连接体需要透气，目前多采用激光打孔的不锈钢材质，这部分工艺较贵。阳极一般使用镍作为催化剂，载体为氧化锆，相对贵金属而言镍并不昂贵，但比普通不锈钢贵一些。此外，阳极载体中还含有稀土元素，如铈等，这些元素增加了成本。电解质材料与阳极相似，也含有稀土元素，但没有镍，因此稍微便宜一些。阴极材料通常是锰酸镧，相对其他部分稍微便宜些。因此，从成本拆分来看，最贵的是阳极，其次是电解质、阴极和连接体，而支撑体最便宜。 国内外在燃料电池技术上的差异主要体现在哪些方面？ 国内外在燃料电池技术上的差异主要体现于寿命端，即组装工艺上。目前国内高校主要研究材料，并不涉及大规模生产中的组装工艺问题。而企业如索夫人、中科院等虽然研究多年，但在密封工艺上仍存在挑战。例如，对于运行温度约700度且需运行4万小时以上的不漏气密封工艺，目前国内尚未完全解决。这也是国内与国外如布鲁马、西里斯或博世之间最大的技术差距所在。 燃料电池未来降本的关键因素是什么？ 燃料电池未来降本的关键因素在于提高核心部件——尤其是电堆——的性能及耐用性，从而带动整个系统相关部件档次下降，实现整体成本降低。例如，通过改进支撑体、连接体、阳极、电解质和阴极材料及其制造工艺，可以有效降低这 些核心部件的生产成本。同时，提高组装工艺水平以确保高温长时间运行中的密封性能，也是实现大规模应用并降低整体系统成本的重要途径。这些改进将使得燃料电池更具经济竞争力，有助于推动其广泛应用。 Sos系统在运行过程中，除了燃气费用之外，还有哪些较高的成本？度电成本如何计算？ 度电成本是一个综合考虑的问题。首先需要考虑系统的寿命，例如按照布鲁姆披露的数据，一个50千瓦的系统每小时发电250度，运行4万小时，总发电量为1,000万度。如果电价为每度5毛钱，总收入为500万元。成本包括系统本身的费用和燃气费用。假设一个250千瓦的系统，每千瓦造价2万元，总造价500万元。此外，还需考虑燃气费用，假设效率为60%，一立方米天然气能发6度电，则需要166.67万立方米天然气。如果天然气价格为每立方米5毛钱，总燃气费用约83.33万元。再加上大修和折旧等其他因素，可以得出总成本，从而计算出度电成本。 以立方米天然气发6度电是否已经考虑了60%的能量转化效率？ 是的，这个计算已经包含了60%的能量转化效率。 Sos系统在运行过程中是否会产生热能？这些热能如何处理？ 是的，Sos系统在运行过程中会产生热能。例如潍柴发布的一款25千瓦金属支撑系统，其发电效率约61%-62%，加上热电联动总效率可达92%。这意味着该系统不仅可以产25千瓦的电，还可以额外产12.5千瓦的热能。这些热能通常用于加热水，可供家庭暖气或提供给有需求的数据中心、酒店等场所。不过，这部分热能销售收益相对较低。 如何降低Sos系统的度电成本？核心因素是什么？ 降低Sos系统度电成本主要有三个途径：提高系统寿命、降低系统造价或降低天然气价格。然而，天然气价格受制于市场和供应商定价权，很难通过用户自身降下来。因此，核心在于降低系统造价和延长使用寿命。目前，有专家提出将使用寿命提升至10万小时，但实现这一目标非常困难，需要材料技术上的重大突破。目前4万小时已是不错成绩。 Sos与其他企业相比，在降低燃料价格方面有哪些优势？ 一些企业如新奥集团由于掌握了城市燃气供应链，有定价权，因此能够更有效地控制燃料价格。而一般用户则难以通过自身努力来降低天然气价格，只能通过优化设备和提高效益来减少整体运营成本。 目前燃料电池（FC）在成本和市场竞争力方面的现状如何？未来几年内是否会有显著改善？ 当前燃料电池的成本仍然较高，尤其是三瓦级别的系统，其成本约为3,000美元每千瓦。与煤电和天然气相比，短期内没有明显优势。预计到2030年之前，燃料电池在国内市场上的成本难以显著降低。主要原因包括缺乏成熟的上下游供应链、电堆供应商不完善、换热器技术不成熟等。此外，即使通过大规模采购与供应商谈判降低单价，由于市场需求不足且国家补贴有限，整体成本仍难以降至可接受水平。目前PEM燃料电池的价格约为3,000美元每千瓦，要在2030年前将其降至500美元每千瓦已是理想情况。 国内有哪些企业在进行燃料电池示范项目？这些项目主要应用在哪些场景？ 国内目前进行燃料电池示范项目的企业包括潍柴、中石化、大连研究所、潮州三环和广州能源集团等。例如，陕西能源集团与潍柴合作了一个100千瓦级别的系统示范项目，中石化的大连研究所也有一两百千瓦级别的系统在运行。此外，潮州三环与广州能源集团合作开发了200千瓦级别的系统。这些示范项目多用于综合分布式能源场景，包括光伏、光热、风能及氢能发电等，通过实现能源闭环来验证技术可行性。 虚拟电厂概念对燃料电池的发展有何影响？ 虚拟电厂利用大数据整合分布式能源资源，将多个小规模发电单元统一调配并网，从而提高整体效率并获得政策支持。对于燃料电池而言，这种模式提供了新的应用场景，使其能够参与到虚拟电厂中。例如，一个园区内如果拥有100千瓦或更大的SOC系统，可以通过虚拟电厂将多余发出的绿能整合并入国家电网。这不仅提升了分布式能源利用率，也符合当前政策对绿色无污染能源比例提升的要求。 潍柴与国投公司的示范项目具体应用在哪些方面？ 潍柴与国投公司合作开展了一个综合分布式能源示范项目，该项目结合了光伏、光热、风能及氢能发电等多种新能源形式，实现理论上的完美闭环。具体来说，通过白天太阳能发出的光伏和光热进行制氢，再利用这些氢气供给燃料电池进行二次发电，从而形成一个高效环保的新型综合能源解决方案。 国内其他企业如潮州三环和广州能源集团在SOC系统方面有哪些进展？ 潮州三环起初从事陶瓷材料业务，并为BloomEnergy提供支撑片。在2016年收购了一家澳大利亚的小型公司后开始涉足SOC领域，与奥地利AVL公司及广州能源集团合作开发200千瓦级别系统。然而，由于技术水平有限，目前尚未取得显著突破。安徽易事通也从陶瓷粉体制造转向SOC领域，但同样面临技术瓶颈。因此，目前国内最具潜力的是潍柴，其依托成熟技术和长期积累，在未来可能会取 得更大进展。 目前车用燃料电池（FuelCell，简称FC）的进展如何？ 目前车用燃料电池的项目基本上已经停滞。潍柴集团曾经与相关部门合作进行过一些尝试，但由于技术问题和可靠性问题，未能取得实质性进展。韩春光董事长虽然已经不再担任董事长，但他曾推动将燃料电池应用于商务车。然而，由于燃料电池系统的高温特性（六七百度）以及车辆运行时的震动，对陶