氢燃料电池SOFC前景展望

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慕容衣
 · 陕西  

美国:SOFC 装机量和发展全球第一,大中型工商业用供电为主

美国适合应用和推广 SOFC 产品技术,基于以下五个特性:1)联邦政府补贴和地方财政的 支持;2)法律法规的支持;3)美国的自然灾害比较频繁,缺少可靠的电网,备用电源应 用场景比较丰富;4)主要客户为大型的公共服务提供商;5)国内自产自销等。

美国目前 SOFC 的累计装机量为全球第一,其主要的应用场景为大中型工商业用供电。

Bloom Energy 公司作为主要的 SOFC 供应商,产品累计投入 1GW 以上,应用的企业包括苹 果、谷歌等数据中心,以及银行、医院等其他相关机构。

美国 SOFC 技术推进得益于美国 联邦政府的积极引导和财政支持,同时一些地方州政府也通过补贴或税收减免等方式,推 动 SOFC 投放。

联邦政府和部分地方政府共同扶持 SOFC 发展。联邦政府层面,在美国能源局(DOE)资助 下,国立能源技术实验室(NETL)成立 SECA(Solid State Energy Conversion Alliance) 项目,对 SOFC 相关项目和企业每年提供 3000~6000 万美元不等的补贴。

同时,地方州政 府,以加利福尼亚和康涅狄格州为代表,也对 SOFC 的投放给与一定补贴或税收减免。

加 州的自发电激励计划项目(Self Generation Incentive Program,简称“SGIP”)补贴力 度较大。自 2001 年起,加州共有 450 套固定式燃料电池系统获得 SGIP 补助,并且优先支 持生物质燃料的推广。

目前,美国全国累计投放的 500MW 大型固定式电站,其中约有一半 位于加州(240MW)。根据 Bloom Energy 表示,其产品享受联邦和加州税收减免政策以及 公用事业地方纳税人补贴后,最终系统购置成本最高可降低 80%左右。

补贴逐步退坡,且向清洁能源生物质燃料倾斜。最初对使用生物质为燃料的 SOFC 给 予 4,500 美元/kW 补助,对使用天然气的 SOFC 电池补贴减半,为 2,750 美元/kW。

随 着时间推移,补贴逐渐退坡,使用生物质为燃料的电池将给予 1,200 美元/kW 补助,而使用天然气燃料的电池仅给予 600 美元/kW 的补贴。自 2020 年起,仅使用 100%生 物质燃料的固定式燃料电池才能收到补助。

SOFC 开发取得阶段性成就,离完成目标仍有 1-5 年的时间。

美国在 kW 级模组开发上已经 取得阶段性成就,Bloom Energy 的 Energy Server 产品发电效率目前可达到 54%、余热回 收效率达到 36%,但在 MW 级 SOFC 的开发以及成本目标上距离达标仍有一定距离,尤其在 中大型(100kW-1MW)SOFC 系统成本方面。

虽然 SECA 在 2018 年便提出到 2020 年将系统 成本降至 900 美元/kW 的目标,但截至 2020 年,系统成本仍然高居 12000 美元/kW,900 美元/kW 的系统成本目标也被推迟至 2025/2030 年完成。

SECA 联盟长期的 SOFC 技术目标主要有以下五个方面:1)在没有碳捕捉和碳封存的 情况下,效率达到 60%;2)寿命达到 4 万小时或以上;3)衰减率小于 1000 小时 0.2%; 4)电堆成本降到 225 美元/kW;5)系统成本降到 900 美元/kW 以下。

阶段性目标主要有以下四个方面:

2005 年:向特定市场供给初代产品,早期切入 的应用场景包括卡车辅助动力,休闲车,军用领域等;

2010 年: SOFC 作为商业化 产品逐渐向住宅、商业、工业的热电联供、交通领域的辅助动力等方面推广,实现 400 美元/kw 的制造成本目标;

2015 年: 在大规模发电领域应用,推出 MW 级燃料电池 组,效率显著提升(混合效率 60-70%),实现 400 美元/kw 的制造成本目标;

2018- 2021 年:完成 MW 级燃料电池联合循环发电(IGFC)试验电厂。

Bloom Energy 是全球固体氧化物电池行业龙头,也是美国的代表性公司。

Bloom Energy 产品的技术基础为 SOFC,主要产品是 Bloom Energy Server(SOFC)和 Bloom Electrolyzer(SOEC)。

Bloom Energy 的业务模式为 PPA 能源采购协议,而非直接销售电 池,其燃料电池系统可获得税收减免和州级补贴。

2001-2015 年期间,Bloom Energy 的客 户在加州累计获得 2.3 亿美元补贴。公司的技术相对成熟,运行可靠性好,其开发的 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。

Bloom Energy Server:电效率高达 60%,在 SOFC 中领先,其热电联产(CHP)的设计能实现高达 90%的综合效率,产能已经达到 1GW。

Bloom Electrolyzer:系统制氢效率达到 37.5kWh/kg,公司已经部署了超过 1GW 的 固体氧化物技术,其电解槽可使用相同的基础平台和过去几十年的所有经验,具备强 大而成熟的供应链基础。

公司产品出货量超 1.2GW,与多个领域龙头合作,订单不断攀升。公司位于加州,贡献了 该州 60%的固定式燃料电池系统,并且产品目前已应用在苹果、谷歌等多家公司,在全球 8 个国家销售安装了 1.2GW 的 SOFC 产品。

Bloom Energy 也与三星重工合作,进军船舶领域;2023 年 Bloom Energy 宣布与 SK Ecoplant 延续 2021 年签署的首选经销商协 议(PDA)条款,预计 2024-2027 年至少增加 500MW 的能源服务器购买量,订单金额高达 45 亿美金。

该交易预计将为 Bloom Energy 在 20 年内带来约 15 亿美元的产品收入和 30 亿美元的服务收入。

2024 年 11 月 7 日,BE 宣布了史上最大订单,与 SK Eternix 合作开发的 80 兆瓦项 目将为韩国忠清北道的两个生态公园供电,仅一周之后,11 月 14 日,Bloom Energy 宣布与 AEP(美国电力公司)签订千兆瓦燃料电池采购协议,为人工智能数据中心供 电。

这项供应协议供应高达 1 吉瓦(GW)的产品,成为迄今为止世界上最大的燃料电 池商业采购。作为该协议的一部分,AEP 已订购 100 兆瓦(MW)的燃料电池,预计 2025 年将有进一步的扩建订单。

技术迭代+不断放量,产品成本快速下行。近年来,公司的产品价格不断下行,2024Q3 产 品平均销售价格约为 3170 美元/kW,成本在 2075 美元/kW,相较 2020Q3,售价和成本分 别减少了 57%和 62%,每年约以 10%—15%的速度下降。

产品 52%在美国本土使用,48%销往 海外,例如韩国、日本。2023/2024Q1-3 收入达到 13.34 亿美元/9.01 亿美元。预计 2024 年,全年收入达到 14-16 亿美元,毛利率 28%。

Fuel Cell Energy 总部位于美国,主要从事固定式燃料电池的研究,主要产品是可用于 现场发电、热电联产及分布式发电的 MCFC。 产品主要服务于电力实业、商业和企业、政府机构等。

目前公司产品 DFC 发电厂已在全球 超过 50 个地点产生超洁净、高效和可靠的电力。公司已经生产超过 15 亿千瓦时的超清洁 电力,且拥有超过 300 兆瓦的发电装机容量。

作为美国最大的上市燃料电池制造商之一, 公司在全球 50 多个地点提供清洁能源,主要在美国、韩国、英国、德国和瑞士开展业务。

在韩国,公司经营世界上最大的燃料电池园区——京畿绿色能源燃料电池园区 (Gyeonggi Green Energy Fuel Cell Park),该园区由 21 座发电厂组成,为韩国 客户提供 59 兆瓦的电力和区域供热。

在北美,公司经营康涅狄格州布里奇波特的 5 个 2.8MW 发电厂和一个兰金循环涡轮 底循环,该涡轮机将来自燃料电池的热量转化为额外的电力,然后出售给康涅狄格州 的 Light & Power。

公司也与丰田达成协议,在加利福尼亚长滩开发设施, Tri-Gen 系统每天将加州农业废物转化为 2.35 兆瓦电力和 1.2 吨氢气。

2023 年 2 月,FuelCell Energy 和马来西亚海洋与重型工程控股有限公司 (MHB) 的 全资子公司马来西亚海洋与重型工程公司(MMHE)已签署谅解备忘录 (MoU),合作开 发大规模亚洲、新西兰和澳大利亚的电解槽设施。

日本:NEDO 牵头,发展家庭分布式热电联供系统 Ene-Farm

日本 SOFC 发展主要由 NEDO 牵头推动。日本 SOFC 的主要在新能源产业技术综合开发机构 (NEDO)的领导下发展,针对 SOFC 规划主要包括家用型(千瓦级)以及电厂型(兆瓦级 及以上)等。

日本从 2005 年开始启动家用燃料电池热电联供(ENE-FARM)计划,对 ENEFARM 进行示范运行及政府补助。

2011 年,NEDO 推出全球首个商业化的 SOFC 热电联供系 统(ENE-FARM type S)即标志着 ENE-FARM SOFC 路线的成功,因此以家用小型热电联供 系统最为成熟,保有量位居全球第一。

除此之外,日本也致力于开发固定式电站 250kW 级 兆瓦级的 SOFC 和燃气轮机燃料电池联合发电(GTFC),以及推进综合煤气化,即 SOFC 燃 气轮机和中汽轮机联合循环系统(IGFC)。2017 年,工业用的 SOFC 燃料电池也开始进入 商用化阶段。

日本政府出台 SOFC 专项路线图,覆盖小型至大型煤电厂发电系统的效率、寿命和成本。

NEDO 对 SOFC 的未来规划覆盖家用型(kw 级)、商用型(数十到百 kw 级)、工业型(MW 级) 以及电厂型(数十与数百 MW 级)。

根据最新发布的《固定式燃料电池路线图》,2025 年工 商用型机组成本目标为 50、100 万日元/kw(高、低压运行);

2030 年家用型机组为 50 万 日元/kw,工商用型机组 30、50 万日元/kw(高、低压运行),中等容量(数百千瓦至数兆 瓦级)联合发电系统价格低于 30 万日元/kw;

2040 年固体氧化物燃料电池系统价格不超 过 30、50 万日元/kw(高、低压运行)。

政府牵头给予资金资助,Ene-Farm 系统保有量全球第一。

日本从 2005 年开始启动家用燃 料电池热电联供(ENE-FARM)计划,对 ENE-FARM 进行示范运行及政府补助。

NEDO 在 2009- 2020 年期间推出“面向燃料电池应用扩大的 ENE-FARM 支持事业费补助金”总额达 76.5 亿 日元。

根据规划,ENE-FARM 计划 2020 年、2030 年分别实现家用燃料电池累计装机量达 140 万套和 630 万套,对应成本有望进一步下降到 50 万日元/套(约 3 万元人民币/台套) 左右。

目前 PEMFC+SOFC 的系统已经突破了将近 50 万台,SOFC 占比将近一半,代表企业 有京瓷、大坂燃气、三菱日立、爱信精机等。

ENE-FARM 系统逐步开启商业化应用,现行成本仅为推广初期成本的 40%以下。2009 年后, 在日本政府持续补贴和松下、爱信精机等厂商的大力推广下,家用燃料电池系统系统逐步 开启商业化应用。

随着规模效应显现,2020 年 ENE-FARM 成本迅速降至 100 万日元/套(约 4.75 万元人民币/套),较 2011 年成本下降 142%,逐步减少补贴依赖。

在此期间日本政府 补贴也逐步退坡,从 2010 年开始对于安装燃料电池系统的家庭提供 140 万日元或制造成 本一半的补贴,到 2015 年政府补贴额度逐步降低至 50-60 万日元。

Ene-farm 相较其他供暖方式可节省电费燃气费用,并且更为灵活。FC mCHP 一般输出功率 ≤5kW,应用场景涵盖独立住宅、排屋、小型集中住宅、便利店、独立商户等。

虽然与效率较高的供热锅炉相比,整体能源利用率相差不多,但是 FC mCHP 在满足房屋热水及空间 供暖的需求的同时,可以承担部分或主要电力供应,同时可以与屋顶光伏系统互补,在晨 间和夜间用电高峰时段补足电力,又能在日间用电低谷时段售电上网盈利。

因此,产生的 电力无论自用或销售,都可以抵消部分购置费用。城市大规模铺设 FC mCHP 可以增加电网 弹性,提高能源利用效率,应对紧急情况下的电力供应问题。

另一方面,该系统依托于现 有城市燃气网络布置,在氢能基础设施缺乏的初期,是一个能够切入和快速展开的燃料电 池应用场景。

根据日本家庭的生活习惯对热水的需求,Ene-farm 装置设计了 700W 的额定输出功率。

根 据实测数据,一年间 ENE-FARM 为日本四口之家节约了近 7 万日元的电费和煤气费。虽然 在煤气费的节约上 ENE-FARM 的表现并不突出,但在节约电费上效果十分明显。

日本京瓷

日本京瓷株式会社(Kyocera)从 1985 年开始深耕小型固体氧化物燃料电池的技术开发, 2011 年率先推出的家用千瓦级固体氧化物燃料电池热电联供系统进入市场,整体系统效 率可达 90%(LHV)以上。

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。

京瓷的 SOFC 已广泛应用于家庭 和小型企业,如便利店和餐馆,未来预计将作为备用电源安装在通信基站、交通信号灯和 管道监控中。

三菱重工

日本三菱重工(MHI)从 20 世纪 90 年代开始针对煤炭高效利用,进行大规模固体氧化物 燃料电池发电系统研究。

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 1MW 的联合发电产 品。目前,日本三菱与日立集团合资成立的电力公司已成功研发出 250 kW 固体氧化物燃 料电池 ‒ 微型燃气轮机(MGT)系统,并在日本推广应用。

爱信精机

2011 年,日本新能源产业技术综合开发机构(NEDO)开发出全球首个商业化的 SOFC 热电 联供系统(ENE-FARM type S),由大阪燃气、爱信、京瓷、长府制作所、丰田汽车等 5 家 企业共同研发完成。

其中,大阪燃气主要担任热电联供系统的设计与施工以及维护技术、 京瓷担任燃料电池堆的设计与制造技术、爱信与丰田汽车担任发电机组的设计与制造技术、 长府制作所担任排热利用热水供应机组的设计与制造技术,最终产品由爱信负责生产。

欧洲:聚焦微型热电联供系统,具备一批已实现产品化的企业

欧洲主要推广微型热电联供系统。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。

欧洲具有一批成功实 现产品化的公司,包括英国 Ceres Power、德国 Sunfire、意大利 Solidpower、爱沙尼亚 Elcogen、丹麦 Topose、德国 Bosch Thermotechmology 等。

近年来由于可再生能源的快 速发展,Sunfire、Topose 正在转向固体氧化物燃料电池的逆过程即固体氧化物电解池技 术研究。

欧盟实施 Ene-field 和 PACE 两大 SOFC 项目推动行业商业化。欧盟支持了众多 SOFC 和 SOEC 项目,例如 Ene-field 和 PACE 项目,分别开发了 1046 套和 2800 余套的微型固体氧 化物燃料电池系统,进而推动行业商业化。

欧洲市场中德国发展最为迅速。德国联邦政府于 2016 年发起了 Micro-CHP 市场激活计划 —KfW 433,根据输出功率的大小为装置安装提供 7050-28200 欧元的补助金。

该项目在 2017 年的计划支持 1500 套 250W-1.5kW 的装置,长期目标是每年为 7.5 万套装置提供补 助。目前,德国已累计投放 5 万多套 Micro-CHP,是欧洲 Micro-CHP 投放最多的国家。除 德国以外,荷兰、丹麦、瑞典、比利时等国在该领域也有布局。

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。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。

近年 Sunfire 正在迅速扩大其生产能力,并筹集了更多资金,为当今业内 资金最充足的电解槽生产商之一,目标到 2030 年在整个欧洲安装数 GW 的电解产能。目前 已出货 100+MW SOEC,效率达到 88%LHV,AC。

英国 Ceres Power

公司是新一代、低成本金属支撑燃料电池技术的领导者。其 Steel Cell 技术,源自英国帝国理工学院,已持续研究开发近 16 年。

2019 年 Ceres Power 宣布成功开发了首个专为 氢燃料设计的零排放热电联产系统,产品在住宅、商业发电和交通领域都有商业化应用。

近年来 CeresPower 也在积极推固定式发电和 SOEC 的市场。2018 年,CeresPower 被潍柴 动力收购了 20%的股份,已经跟潍柴动力、博世、康明斯共同开发出 30kW 的商用车增程 器。

德国 Bosch

博世积极布局 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。

爱沙尼亚 Elcogen

Elcogen 的产品是 SOFC 单片电池和电堆, SOFC 在将燃料转化为电能的效率达到 74%。 从 2021 年开始,公司计划每年生产约 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。

韩国:SOFC 主要应用于公用事业领域,主流技术来自国外引进

韩国 SOFC 主要应用于公用事业领域,市面上的主流技术来自国外的 Ceres Power 和 Bloom Energy两家公司,由斗山和SK E&C分别引进推广。2019、2020、2021年分别布署达370.7MW、 464MW、605MW。

2024 年,韩国造船与海洋工程公司(HD KSOE)也将投资 8000 万美元收购 燃料电池专门企业 Convion,进入 SOFC 和 SOEC 市场。斗山也完成了世界首个船舶用 SOFC 产品挪威船级社环境测试,300KW 级 SOFC 开始量产验证。

在引进技术的同时,韩国政府也支持本土企业和机构对 SOFC 的研发制造。韩国政府曾扶 持三星及 POSCO Power 进行家用型 SOFC 系统开发,并提出 2030 年发电效率 40%,热能效 率 50%,持续时间 9 万小时,成本 5000 美元等目标。

韩国也拥有本土 SOFC 上下游的专门 企业:KCERACELL 是 SOFC 部件原材料公司、提供正负极、电解质和连接板材料;HNPOWER 是一家氢能和氢燃料电池设备公司,具有 SOFC 电堆技术。

在韩国,1000 平米以上的楼层需要保证至 30%的能耗来自可再生能源。若住宅和商业用户 使用太阳能发电、太阳能供暖、燃料电池、地热和风能的任意一种,韩国产业通商资源部 (MOTIE)将为其提供补贴。

其中,补贴燃料电池 80%的安装费,最多不超过 9900 韩元/kW, 住宅用燃料电池补贴不超过 10000 韩元/kW。韩国政府还为住宅、商业和公用事业燃料电 池提供特价天然气,大约比正常价格低 6.5%。

斗山集团

斗山集团(Doosan Group)从 2014 年收购美国 Clear Energy Power (前 UTC) 开始进军氢 燃料电池发电市场,截至 2024 年已经拥有 PEMFC,PAFC,SOFC 的核心技术,累计装机超 过 700MW。

今年 50MW 工厂竣工后,斗山计划从 2025 年开始正式进军 SOFC 市场,并且也 在投入基于 SOFC 技术的船用燃料电池技术的开发,计划在年内完成整个 SOFC 系统的测试 和认证,并交付船用 SOFC。

SK E&C

SK Ecoplant 是 SK 集团和 Bloom Energy 共同成立的合资公司,一直致力于实现 SOFC 在 韩国的本地化。

2020 年 1 月,SK 集团与 Bloom Energy 成立合资企业,实现了 SOFC 零部 件的国产化,并在庆尚北道龟尾市完成了 Bloom SK 燃料电池制造工厂的建设,开始实现 SOFC 的本土化。

2023 年 12 月,SK Ecoplant 与 Bloom Energy 和两家韩国中小型公司 (Amosense、T&E Korea)签署了建立固体氧化物燃料电池(SOFC)供应链并加速 SOFC 国 产化的协议。

具体看,Amosense 将促进 SOFC 电解质载体(衬底)的国产化,T&E Korea 将促进 SOFC 供氧装置(鼓风机)的国产化和生产。Bloom Energy 为 SOFC 组件的韩国开 发提供技术支持,并努力在韩国本土和国际上分销。

SOEC 方面,2021 年 SK Ecoplant 与美国 Bloom Energy 的合资公司生产基于 SOEC 技术的 绿氢,2022 年建立了一个 130kW 的 SOEC 设施。

在未来三年内,两家公司将扩大现有业务,2022 年至 2025 年期间至少增加 500MW 的电力合同,对应约 45 亿美元合同额。此 外,SK 集团将向 Bloom Energy 投资约 5 亿美元收购股权。

中国:起步较晚,尚处工业示范阶段

国外固体氧化物燃料电池的研发方向主要聚焦于降低成本和提高稳定性方面,中国则起步 较晚,尚处于初步探索阶段。

目前美国、日本的 SOFC 技术和产品都对国内禁止出售和转 让,国内需要发展自己的 SOFC 技术。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。

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。

示范案例包括晋煤集团 15kW SOFC、华清京昆 1 kW SOFC、国家能源 20 kW SOFC、 索福人 25 kW SOFC、潍柴 30 kW SOFC、京瓷 700W SOFC。目前国内 SOFC 发电系统功率范 围为 1-35kW,MW 级产线超 10 条。

SOFC 产业链主要包括单电池及上游材料、电堆及其辅助设备(BOP)、系统集成和应用部 分。

电池层面,国内数家单位己经掌握了大面积单电池量产技术,耐久性可达到上万小时, 潮州三环尤为突出。

在电堆方面,国内企业在电池结构设计、单电池组装方面仍然比较粗 放,电池密封和连接体结合强度在电池长期运行中还存在不稳定等问题,这很大程度上影 响着 SOFC 系统的使用寿命。

比如,目前国内的水平大概在数千小时到 1 万小时左右,但 SOFC 商业化系统的期望是 10 年以上。

在电堆辅助系统(BOP)上,包括预重整器、加热 器、压缩机、电压调节器、逆变器、换热器等。

目前国内还没有专业生产公司,主要原因 是 SOFC 市场还未起量、涉足企业的积极性不高,参与 SOFC 的开发和产业化的企业不多; 缺乏相应的配套政策,补贴力度与欧美等国家相比较少。

除了配套部件(BOP)产业链问题, 还有系统效率优化问题、大功率系统的构建问题、电池寿命问题等。

我国应该加快研发固体氧化物燃料电池系列关键技术,实现固体氧化物燃料电池系统的规 模性示范,面向 2035 年进行兆瓦级固体氧化物燃料电池规模化的示范与试运行。

目前我 国固体氧化物燃料电池产业化发展仍存在很多亟待解决的问题,例如:应用基础研究 薄弱,关键技术缺失;固体氧化物燃料电池产业链长、国内技术无法共享;缺少足 够的资金投入,产业化成本较高等等。

针对此,一方面应该加强突破关键性技术,同时立 足国情,坚持多元应用与示范先行,因地制宜开展固体氧化物燃料电池技术的商业应用示 范。

不少能源巨头公司已经开始了 SOFC 技术的储备。比如,潍柴动力在 2018 年就斥资 4000 万英镑收购了英国公司 Ceres 的 20%股份;中广核集团、晋煤集团等已经开展了相应的 SOFC 破冰,推进相关示范项目落地。

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,基于企业自身有燃料、有市场、偏向于实际应用。

自 2022 年以来,壹石通中自科技佛燃能源新奥股份、中环环保等企业纷纷 布局 SOFC 领域。

三环集团

三环集团已成为全球 SOFC 电解质隔膜、SOFC 单电池的主要供应商,是国家重点研发计划 SOFC 电堆工程化开发的牵头单位,具有一流的技术基础和技术团队。

潮州三环(集团)股 份有限公司是国内最早研发生产 SOFC 的公司,出货量最大的是电解质隔膜、单电池,同 时具备电堆量产能力,系统则主要有旗下子公司 CFCL 在德国的生产基地完成,以 1.5kW 系统为主。

目前潮洲三环为全球最大的 SOFC 电解质隔膜供应商(供货 Bloom Energy), 欧洲市场上最大的 SOFC 单电池供应商。

公司于 2004 年开始开展 SOFC 电解质隔膜开发和生产业务;2012 年开始批量生产 SOFC 单 电池;2015 年收购澳大利亚 CFCL 公司,获得其电堆和小功率 SOFC 系统技术基础;

2016 年将 SOFC 专利授权 SOLIDpower 公司使用,并且为其供应单电池;2017 年开始向国内市 场推出 SOFC 电堆。

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。

潍柴动力

潍柴动力 2018 年 5 月战略投资全球领先的 SOFC 技术公司英国 Ceres Power,成为其最大 股东,并与其携手在中国潍坊成立合资公司,在固态氧化物燃料电池领域展开全面合作。

合资公司将使用 Ceres Power 独有的 SteelCell 技术,产销燃料电池系统、电堆和电池 片,应用于客车、卡车和特定发电市场。

目前潍柴动力已经实现了 SOFC 技术的工程化突 破,掌握新一代 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。

壹石通

壹石通是全球锂电池用勃姆石行业龙头,主营产品包括新能源锂电池涂覆材料、电子通信 功能填充材料、低烟无卤阻燃材料等三大类。

近年来,壹石通入局氢赛道,布局减碳固碳 技术领域的新产品,瞄准固体氧化物电池 SOFC 二次创业。

2022 年 10 月,壹石通发布公告拟由全资子公司安徽壹石通材料科学研究院有限公司作为 实施主体,投资建设壹石通运营中心项目,预计总投资近 4 亿元;

2023 年 2 月,与中国 科学技术大学先进技术研究院发起共建“固体氧化物燃料电池联合实验室”,致力于实现 零碳循环和二氧化碳的资源化利用;

2023 年 12 月,公司在合肥南岗的固体氧化物能源系 统建设项目开工,总投资约 12.1 亿元,建设周期为 3 年,将形成年产 1GW 固体氧化物能 源系统的生产规模(含 SOFC 和 SOEC)。

中自环保

中自环保科技股份有限公司是一家专注于新材料、新能源的研发、生产和销售的高新技术企业,是我国移动污染源尾气处理催化剂领域的少数主要国产厂商之一。

在 SOFC 领域, 阳极支撑电池开发出可重复的批量制备工艺技术,开发出千瓦级的阳极支撑电堆的装堆技 术并实现近百小时的短堆运行;金属支撑电池技术正在按计划开发中。

中国船舶

中国船舶 712 所长期聚焦于燃料电池领域的应用。2023 年 10 月 24 日,中国船舶 712 所 获得中国船级社(CCS)颁发的“船用固体氧化物燃料电池发电系统原理认可证书”。这是 国内首次船用 SOFC 发电系统原理认可,起到了行业示范引领作用。

新奥股份

新奥天然气股份有限公司业务覆盖平台气交易、天然气分销、产业智能平台建设与运营、 基础设施运营、综合能源、工程建造及安装业务在内的天然气全场景。

此外也积极在氢能、 生物质等新能源领域 储备技术并拓展业务。

在 SOFC 项目方面,公司牵头负责国家科技部重点研发计划《固体氧化物燃料(SOFC)电 池热电联供关键技术研究》课题,实现将天然气、焦炉煤气、生物沼气等多种复杂燃料的 化学能高效转化为电能和热能。

报告期内已完成 30 kW SOFC 工程样机的技术开发、建造, 和以焦炉煤气为燃料的热电联供工业应用示范。

整体系统的净发电功率平均达 35.6 kW (最大达到 47 kW),发电效率达 60.72%,热电联供效率超过 95%,连续平稳运行时间达 3000 小时,并于 2023 年 11 月完成了科技部专家组现场见证工作。