固体氧化物燃料电池产业发展现状及前景分析

美国、欧洲、日本等发达国家在 SOFC 技术方面处于领先地位，目前已经基本实现了 SOFC 的商业化运行，产业规模不断扩大。

1937 年，美国制造了历史上第一台 SOFC；1962 年美国西屋公司开始研究SOFC，80 年代获得突破；2000 年西门子-西屋公司制造出规模 200kW 的 SOFC 电站。美国的 SOFC 累计装机量领先全球，其主要应用场景是大中型工/商业用供电。Bloom Energy 公司是目前技术最强的公司，其技术相对成熟，运行可靠性好，该公司开发的 SOFC 主打产品规格为 50kW 模组，通过多模组的组合最大可以做到几十兆瓦的燃料电池系统，其产品目前已应用在苹果、谷歌等多家公司。BloomEnergy 与三星重工合作，预计到 2022 年,船舶应用实现年装机量 300MW。2021 年与韩国 SK 集团开展合作，在 2022—2025 年至少增加 500MW 的装机量。另一家全球燃料电池领域的著名企业是美国 Fuel Cell Energy 公司，其开发的 250kW SOFC系统能够作为制氢的电解器或发电的燃料电池运行，还能够使用多种燃料，包括天然气、可再生沼气或氢气[6]。

  限时扫码 

  关注加入氢能产业交流群  

与美国的 SOFC 市场偏向大中型工/商业用供电系统不同，欧洲市场的主要推广方向是微型热电联供（Micro-CHP）系统，其中比较有代表性的企业有 Sunfire、Ceres Power、Solid Power、Hexis、Elcogen、Convion、Topose、博世等。德国 Sunfire公司是基于碱性以及固体氧化物技术生产工业电解槽的全球领导者，其 SOC（固体氧化物电池）电堆正向发电，反向操作可以电解制氢。Sunfire 近期聚焦于 SOEC系统，2021 年试运营了目前世界上最大的 250kW 的 SOEC 电解制氢示范系统，每1h 可生产 5.7kg 的氢气。2022 年该公司在荷兰鹿特丹的 Neste 炼油厂安装世界上首台 2.6MW 的高温电解槽。近年 Sunfire 正在迅速扩大其生产能力，并筹集了更多资金，2022 年获得 2.15 亿美元 D 轮融资，并签署高达 640MW 的电解槽协议。英国 Ceres Power 是新一代低成本燃料电池技术领导者，其特有的 Steel Cell 技术，源自英国帝国理工学院[7]，具有启动速度快、功率密度高的优势。Ceres Power产品在住宅、商业发电和交通领域都有商业化应用。因为不锈钢有很高的热导率和电导率，所以其工作温度很低，启动快，可以用于汽车。近年来 Ceres Power也在积极推固定式发电和 SOEC 的市场。Ceres Power 在 2018 年被潍柴动力收购了 20%的股份，已经跟潍柴动力、博世、康明斯一起开发出 30kW 的商用车增程器。意大利 Solid Power 公司主要开发 micro-CHP 系统，其开发的 2.5kW 规模ENGEN2500 系统总效率约 90%。截止到 2018 年已销售超过 1000 台 BlueGEN 发电系统。瑞士 Hexis 公司是高温燃料电池技术领域的世界领先公司之一，主要面向电功率小于 10kW 的固定应用，为单户家庭、多户公寓建筑、小型商业应用设计和生产基于燃料电池的微型热电联产装置[8]。目前主打的商业化产品，输出电功率 1.505 kW，电效率 40%，输出热功率 2.1kW，系统总效率达到 90%，系统寿命为 10 年。爱沙尼亚 Elcogen 公司的 SOFC 在将燃料转化为电能方面创造了 74%的世界纪录。Elcogen 公司的产品是 SOFC 单片电池和电堆，Elcogen 从 2021 年开始，计划每年生产约 50MW 的电池，在 SOFC 系统方面则是与 Magnex 公司合作。Magnex 是日本 SOFC 系统开发商，正在开发 250W 的 SOFC 便携式系统和1~5kW的SOFC沼气/乙醇热电联产系统，目标是在三年内销售超过3000SOFC产品 [9]。德国博世也在积极布局 SOFC 产业链，2018 和 2019 年两次投资英国电堆生产商 Ceres Power，引进电堆生产线，并且开发出 10kW 的 SOFC 热电联供系统，发电效率达到 60%，其主要的应用市场是小型的工商业和数据中心[10]。

日本的 SOFC 产业在新能源产业技术综合开发机构（NEDO）领导下发展迅速，特别是有政府补助的家用燃料电池热电联供（ENE-FARM）计划，其小型家庭 SOFC 热电联供技术成熟可靠，保有量居世界首位。日本主要的 SOFC 企业有京瓷、大阪燃气、三菱日立、爱信精机等。日本京瓷从 1985 年开始开发燃料电池，一直挑战小型 SOFC 的技术开发，京瓷的电池堆在 2011 年便安装在日本的家用SOFC 发电系统中。现在已经实现第三代更小型化的产品，产品发电功率达 700W，实现了 9 万小时连续工作、360 次启停、12 年设计寿命[11]。三菱重工从上世纪 80年代开始开发 SOFC 技术，2001 年开发出 10kW 级的管式 SOFC 发电系统，2013 年成功运行 200kW 的 SOFC+MGT 复合发电系统，2014 年成立了三菱日立电力系统株式会社，致力于 SOFC 联合循环大型发电系统研发，2018 年宣布实现商用 250kW以及 1 MW 的联合发电产品。

中国的 SOFC 研究开发工作主要在科研院所和高校，资金来源主要是国家或地方科技项目支持。中国科学院上海硅酸盐研究所、中国科学院大连化学物理研究所、中国科学院宁波材料技术与工程研究所、中国科学技术大学、中国矿业大学、华中科技大学等单位都在长期坚持对 SOFC 的研发，经过几十年的积累，已经初步掌握了从原材料生产、大面积单电池批量生产制备、电堆组装到整个 SOFC系统的设计开发技术。但是同欧美日的先进水平及商业化应用相比，我国的 SOFC产业处在工业示范向商业应用的过渡阶段，商业化的曙光开始显现，这吸引了许多企业开始参与进来，促进了产业发展。

潮州三环集团目前是全球 SOFC 隔膜板主要供应商之一，2005 年开始给全球固态燃料电池领军企业 Bloom Energy 供应电解质片。该公司于 2012 年收购了澳大利亚 CFCL 公司，掌握了 SOFC 的成套技术，2022 年成功运行了由 3 个 35kW 模组组成的 100kW 示范系统。2023 年 1 月同广东省能源集团有限公司合作开展的“210kW 高温燃料电池发电系统研发与应用示范项目”，在广东惠州天然气发电有限公司顺利通过验收。本次项目前后安装的 6 台 35kW SOFC 系统，总功率≥210kW，平均交流发电净效率 61.8%，运行时间最长的机台已超过 5000 小时，系统热电联供效率高达 91.2%，实现了 210kW SOFC 固定式发电系统的集群研究和应用示范[12]。潍柴动力 2018 年 5 月战略投资全球领先的 SOFC 技术公司英国希锂斯，成为其最大股东。目前潍柴动力已经实现了 SOFC 技术的工程化突破，全面掌控了新一代 SOFC 关键核心技术，其 2023 年 2 月发布的 120kW 产品是全球首款大功率金属支撑 SOFC，净发电效率超过 60%，热电联产效率达到 92.55%，在大型 SOFC 系统中全球最高[13]。除上述两家上市企业外，像国家能源集团、中石油、中石化、广东能源集团、南方电网等央企也在积极布局 SOFC 产业，主要是因为这些企业自己有燃料、有市场、偏向于实际应用。此外还有几个初创企业具备较强的技术实力，宁波索福人是 SOFC 行业里面技术比较全面的一家，打通了从粉体到系统的技术路线，以平板式的 SOFC 为主，出自中科院宁波材料所，现在最大的系统功率做到了 25kW。浙江氢邦科技有限公司的技术也是来自于中科院宁波材料所燃料电池团队，核心技术是高性能、长寿命、高可靠性的大面积平管型 SOFC，目前开发出了 5kW 级的电堆，正在开发 SOFC 系统。徐州华清京昆技术背景是清华大学，2019 年在徐州建立 25MW 的电池生产线。华科福赛的技术背景是华中科技大学，该公司也打通了粉体到系统的技术路线，2015 年发布了一个 5kW 的天然气 SOFC 发电系统。浙江臻泰新能源公司采用独特的平管式电池结构，目前最大的电堆可以做到 1kW，其反应温度约 650℃，电堆运行稳定性好，也具备做配套系统的能力。