AIDC电源系列02：SOFC主电源逻辑明朗，产业加速步入上行期

证券分析师：黄细里执业证书编号：S0600520010001证券分析师：郭雨蒙执业证书编号：S06005250300022026年6月6日 报告核心观点 ◼SOFC—高效/清洁的发电新选择：SOFC由电堆和外围BOP组成，将化学能转化为电能，可直接输出直流电，与其余燃气发电/燃料电池相比，在发电效率、负荷、燃料依赖性等多方面优势显著。从应用端看，2024年SOFC约有50%用于商业领域（供暖供热等），约有40%应用于数据中心发电。 ◼电堆成本约占整个系统的30%以上（若去掉逆变器可达40%以上）：DOE 2017年数据显示，电堆约占整个SOFC系 统 成 本 的34%左 右，其 中 约48%为 电 池 本体，连 接 体（金属 双 极 板）/密 封 件/端 板 分 别 占 比 约6.4%/4.7%/8.4%； ◼BE引领电解质方案步入商业化浪潮，三类方案本质殊途同归：SOFC技术路线可按照支撑体形式分为电解质/电极（主要为阳极）/金属支撑体三大类。其中电解质已步入大规模商用，龙头为BE，市场份额可达60-70%。◼具体来看：1）电解质支撑体SOFC以厚电解质层换取电池刚性强度，但要求运行温度在900℃以上，使得电池 +BOP均需要使用耐高温材料，材料端成本较高；2）阳极支撑SOFC运行温度更低+材料选择性更广，但会存在阳极极化+常用材料易氧化&热膨胀等问题；3）金属支撑SOFC用金属体提供刚性支撑，进一步降低运行温度，且支撑体一般采用不锈钢，成本低廉，是上述方案中材料端降本空间最大的方案，主要厂商为CeresPower及获其授权并持股Ceres的潍柴动力。 ◼北美缺电供需出现缺口&区域供给不平衡：1）需求端：美国劳伦斯伯克利国家实验室预测到2028年，数据中心用电量将激增至328~580TWh；2）供给端：美国电网装机规模增长缓慢、老旧火力发电机组加速退役，电网设备老旧、稳定性差。缺电现状：当前美国发电项目并网审批平均等待时长约为18-30个月，等待周期长；2025年，AIDC用电需求驱动美国电价平均增长7.1%，其中价格涨幅前十的州中，PJM区域占据一半。◼离网发电大势所趋，SOFC迎来新机遇。当前离网主电源方案主要为：燃气轮机、燃气内燃机、SOFC。燃气轮 机短缺加剧，交付周期延长+价格上涨，SOFC受益于OBBBA法案，经我们测算，在30%ITC减免后LCOE低至0.066美元/kWh，与燃气轮机涨价后的LCOE接近，且交付周期显著更短，具备初步经济性。◼BE屡获大单，产业趋势明朗。自2024年起，BE先后获AEP、Brookfield、Equinix（EPC）、甲骨文、Nebius 等多类型头部厂商订单，并持续上调业绩指引+产能预期。国内潍柴动力持有Ceres Power19.9%的股份，当前已获得技术授权，MW级别项目落地在即。 ◼我们预测用于AIDC发电的SOFC市场规模如下：2026年为366亿元，2030年为3081亿元，CAGR为70.37%，2030年对应SOFC渗透率为22%，对应功率约为17GW。 ◼投资建议：看好SOFC发展趋势，国内首选具备确定性电堆制造能力的【潍柴动力】。◼风险提示：产能扩张不达预期；北美用电需求低于预期；地缘政治动荡风险。 1.SOFC—高效/清洁的发电新选择 2.北美缺电带动SOFC主电源逻辑上行 3.产业进展加速，BE屡获大单 4.投资建议及风险提示 1. SOFC—高效/清洁的发电新选择 SOFC为高效、清洁、燃料灵活的发电装置 ◼SOFC（固体氧化物燃料电池）本质为将化学能直接转化为电能：以固体氧化物（陶瓷）作为电解质。通过在高温下（650~950℃）让燃料（H₂/CO/CH₄等）在阳极与阴极传导来的氧离子（O²⁻）发生电化学反应。 ◼SOFC系统可分为分为电堆（Stack）和外围BOP（BalanceofPlant）辅助单元：1）电堆为SOFC系统的核心，是SOFC化学反应发生室；2）围绕着电堆的BOP有空气供给预热单元、燃料供给（重整）单元、尾气回收单元、电管理单元以及控制单元。 ◼SOFC核心特点：高效、燃料来源丰富、运行安静、无需贵金属作催化剂、低排放、建设周期短。 SOFC为高效、清洁、燃料灵活的发电装置 ◼燃料电池间对比：SOFC较PEMFC在发电效率、负荷、燃料依赖性、运营成本上有显著优势，但在装机灵活性和启动时间上弱于PEMC。 ◼与燃气发电对比：SOFC较燃气发电在发电效率、负荷、燃料依赖性、环保性上有显著优势，但在装机灵活性上弱于燃气发电，同时仍需要降本以实现经济性。 SOFC产业链划分 ◼上游主要为原材料，直接决定电池性能和成本。从结构上看可将其划分为电极/电解质/联结/密封等4类。◼中游为核心制造环节，包括电池制备与系统集成，核心是电堆组装。核心厂商有BE、CeresPower等。◼下游为核心应用场景，主要为发电和制氢两大类，其中发电为核心，较为成熟的领域有家庭CHP系统、重卡APU和船舶动力系统。据Fortune Business Insight测算，2024年SOFC终端应用中，50.43%用于商业领域（供暖供热等），约40%用于数据中心电源。 SOFC分类方式 ◼SOFC的分类通常涉及五个维度：电解质的有无、气体空间的分离方式、工作温度、支撑体类型、几何设计。 ◼核心分类逻辑：1）电解质：作为离子传输的重要载体，影响SOFC的运行温度和电化学效率；2）气体空间的分离方式：是否用物理屏障将反应物分离直接影响SOFC的密封需求和对电极催化选择性的依赖；3）工作温度：温度分布影响单电池/电堆性能，也是导致SOFC电堆内各部件产生热应力的关键所在；4）支撑体：为SOFC核心组成部件，影响电池的机械强度、组装工艺和电化学性能；5）几何设计：根据阳极燃料和阴极空气的不同供给模式区分。 SOFC按支撑体类型可划分为三大类 ◼SOFC按支撑结构划分可分为电解质支撑型、电极（阴极/阳极）支撑型、金属支撑型三大类： ➢电解质支撑型具有结构稳定性高、输出性能稳定的优点：用较厚的电解质层来换取支撑体的机械强度，但增加了欧姆阻抗和极化阻抗进而导致电池性能下降，代表企业有BE。 ➢电极支撑型在电解质薄膜化的基础上保证较高的电化学活性：阳极支撑体主要是金属基复合陶瓷材料，负极支撑体主要是锰酸锶镧（LSM）等，代表企业有Delphi、西门子-西屋等。 ➢金属支撑型具有启动快、成本低等特点：使用廉价、坚固、易于加工的多孔金属作为支撑体如Fe基合金和Ni基合金，代表企业有潍柴动力、CeresPower等。 以支撑体形式看SOFC发展趋势 ◼SOFC各环节作用：1）阳极与燃料接触，流出电子，电子通过外电路（发电）流至阴极；2）阴极接收电子，与外部氧气反应产生氧离子；3）电解质将阴极产生的氧离子传导至阳极，用于阳极氧化反应。 ◼以支撑体类别看SOFC发展路径：第一代以电解质为支撑体，第二代以电极为支撑体（阳极为主），第三代以金属为支撑体。 ◼一代向二代发展的核心诉求是降低因厚电解质导致的高欧姆损失（本质为提效）；二代向三代发展的核心诉求为解决阳极氧化等痛点。同时，降本也为贯穿三代SOFC发展的核心诉求，通过切换支撑体材料和降低反应温度（提高寿命+增加材料选择空间）实现。 电解质支撑型：成熟稳定但降本仍任重道远 ◼特性：较厚的电解质层为SOFC提供机械强度，具备稳定、制备难度低等特点：依靠100-300μm的厚电解质层作为电池的刚性支撑结构，为最早一代SOFC方案，是当前大规模商用SOFC的主流方案，市场龙头为BE。 ◼痛点：高温运行使得材料选择苛刻+原材料成本较高：1）较厚的电解质层（100-300μm）使得氧离子传导阻力大，为保持较高的电解质电导率（提效），SOFC运行温度一般在900-1000℃，大幅收窄了电堆乃至外围BOP的材料选择空间；2）SOFC系统中的核心元件互连件（金属双极板）占电堆成本的5-10%左右，而高温运行下的互联件材料选择一般为铬酸澜陶瓷，成本约在7000元/公斤，原材料成本较可在阳极/金属支撑体SOFC上应用的高温合金/碳素体不锈钢等更高。 阳极支撑型：低温化放大降本空间 ◼特性：低温化运行，电解质/连接体/BOP等核心环节材料选择空间增加。其中，电解质厚度大幅减少，材料可用传统YSZ，无需为高电导率付费。YSZ所用氧化钇价格约为ScSZ所用氧化钪价格的1/100（实际成本差基于金属掺杂应用情境下为几十倍）。 ◼痛点：阳极极化+常用材料易氧化&热膨胀问题影响电池结构进而造成不可逆损失：1）为实现与YSZ电解质共烧结的兼容度，常用阳极材料为Ni-YSZ，但在阳极厚度增加情况下，Ni氧化为NiO带来的体积膨胀+易积碳&硫中毒的劣势被放大，进而会对电池性能乃至结构造成不可逆影响；2）积碳问题可通过选用Cu-CeO2、钙钛矿等作为阳极材料来解决，但会出现共烧兼容性、电导率较低导致阳极极化损失大等问题。 金属支撑型：三类方案温度最低，可快速启停 ◼特性：工作温度为3种方案内最低，且解决阳极支撑热膨胀问题&具备快速启停的特性：1）以金属（一般为铁素体不锈钢）为刚性支撑体，进一步降低电解质厚度从而实现低温运行；2）铁素体不锈钢或掺Cr的不锈钢热膨胀系数与电解质匹配；3）金属如铁素体不锈钢热导率&韧性显著优于陶瓷，快速启停情境下仍能保持温度。 ◼痛点：烧结环境苛刻+超薄电解质层制备困难，金属层元素易迁移造成电极中毒：1）不锈钢在高温下易氧化的特性使得烧结需要在还原气氛下进行，且低熔点特性需控制烧结温度；2）在多孔金属支撑体上制备致密电解质层较电解质/阳极支撑SOFC更难；3）高温烧结下，金属层的Fe/Cr/Ni等元素容易造成阳极中毒、界面反应和电化学活性衰减。 SOFC电池单元可分为管式和平板两类 ◼SOFC的单元组件设计形式大体分为两类：管式结构和平板式结构。管式设计由于良好的密封性能而具有长期运行稳定的特点，而平板式设计由于电流路径短而具有高的功率密度。 ◼管式SOFC的单电池由一端封闭、一端开口的管子构成。最内层为多孔支撑管，向外依次是阳极、电解质与阴极薄膜。其单体结构稳定不易开裂，陶瓷支撑体牢固，组装简便，可串并联组成大功率电池组。但电极间距大、电流路径长，内阻损耗高，功率密度偏低。 ◼平板式结构SOFC的几何形状简单，由阳极、电解质、阴极薄膜组成单体电池。两边带槽的连接体连接相邻阴极和阳极，并在两侧提供气体通道，隔开两种气体。其结构和制备工艺简单，制造成本低。但是电池组件边缘要求耐高温密封来隔离氧气和燃料气；双极连接板材料要求高。 ◼行业主流为平板，代表厂商有BE、Delphi、CeresPower等。 SOFC系统成本拆分 ◼SOFC系 统 可 分 为 分 为 电 堆 和 外 围BOP辅 助 单 元，因 不 同 方 案 下 各 环 节 成 本 占 比 不 同，以DOE2017年数据拆分： ➢1）电堆约占整个SOFC系统成本的34%左右（若去掉逆变器则可达40%以上），其中约48%为电池本体，连接体（金属双极板）/密封件/端板分别占比约6.4%/4.7%/8.4%； ➢2）外围BOP单元中成本占比较高的电力电子、热回收环节，分别占比30.80%/14.75%，其中混合逆变器占电力电子成本的75.7%、阴极换热器占热回收的82.6%，是主要成本项。 2.北美缺电带动SOFC主电源逻辑上行 核心因素：AIDC基建潮加剧北美电力供求矛盾 ◼需求端：美国劳伦斯伯克利国家实验室预测到2028年，数据中心用电量将激增至328~580TWh（23年为176TWh），约占美国电力总需求量的6.7%~12.0%（23年为4.4%），其中核心需求增量来源于AIDC； ◼供给端：截至2024年，美国存量装机规模约为1300GW左右，近6年增长速度缓慢（2018-2024年CAGR约为1.7%）；且老旧火力发电机组退役速度正在加快。根据EIA规划，2025