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全球SOFC發(fā)展啟示錄

　更新時間：2022-01-20 點擊量：2811

1、SOFC介紹

1) 介紹與歷史沿革

SOFC（Solid Oxide Fuel Cell），是以固體氧化物為電解質(zhì)的高溫燃料電池，是第三代燃料電池。

SOFC采用全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)，單電池由陽極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成，其中陽極為燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都使用薄的陶瓷膜用作催化劑。由單個或多個模塊與燃氣重整器、熱交換器、渦輪機等構(gòu)成的整體被稱作“SOFC系統(tǒng)”。

SOFC工作溫度約在600℃-1000℃之間，具有燃料種類廣、無需貴金屬催化劑、功率密度高等優(yōu)勢，主要應用于固定式發(fā)電站。搭配高質(zhì)余熱后還可實現(xiàn)熱電聯(lián)產(chǎn)，能量利用率高達80%，是一種清潔高效的能源系統(tǒng)。

1899年Nernst使用二氧化鋯（ZrO2）作為氧離子導體，開發(fā)出SOFC雛形。1937年，Baur與Preis在Nernst的基礎上開發(fā)出一個可以工作的SOFC。之后在二十世紀六七十年代，以Weistinghouse為首的企業(yè)正式開啟了SOFC的商業(yè)化探索。目前，SOFC主要在美國、歐盟、日本和韓國等國家地區(qū)研發(fā)推廣，中國則起步較晚，尚處于初步探索階段。

2) 工作原理和技術

SOFC的工作原理如下：

• 在SOFC的陽極（即燃料極）一側(cè)持續(xù)通入H2、CO、CH4等燃料氣體，具有催化作用的陽極表面將吸附燃料氣體，并通過陽極的多孔結(jié)構(gòu)擴散到陽極與電解質(zhì)的界面。

• 陰極一側(cè)（即空氣極）持續(xù)通入氧化劑（空氣），具有多孔結(jié)構(gòu)的陰極表面吸附氧，使O2得到電子變?yōu)镺2-，在化學勢的作用下，O2-進入起電解質(zhì)作用的固體氧離子導體，由于濃度梯度引起擴散，最終到達固體電解質(zhì)與陽極的界面，與燃料氣體發(fā)生反應，失去的電子通過外電路回到陰極，形成電流。

當燃料為氫氣時的SOFC原理示意圖：

• 陽極（燃料極）的反應：H2 + O2-→H2O + 2e–

• 陰極（空氣極）的反應：½O2 + 2e- →O2-

3) 技術類別

SOFC根據(jù)其物理結(jié)構(gòu)不同，可大致分為管式和平板式兩種。Westinghouse公司于1980年代后半期成功研制出具備高耐久性的管型SOFC。管式SOFC技術先進，耐久性高，不存在高溫密封的問題，但輸出功率較低且成本高，因此沒有得到廣泛應用。板式SOFC則成本相對低廉，且輸出功率密度和性能較好，成為當前主流的商用化SOFC類型。

4) 優(yōu)缺點

從原理上講, 燃料電池不受卡諾循環(huán)限制, 與傳統(tǒng)熱機相比, 能量轉(zhuǎn)化效率高(可達 50%～60% ) ，環(huán)保(NO x、SO 2 和噪音排放低) 等優(yōu)點。與其他類型燃料電池相比，SOFC還具備以下優(yōu)點：

• 燃料種類選擇范圍寬：在高溫運行下，甲醇、丙烷、丁烷等輕碳氫化合物可以在電池內(nèi)實現(xiàn)重整，其他重型碳氫化合物則可在電池外部進行重整。對氨氣和氯化物等雜質(zhì)的容忍度也較高。

• 環(huán)境污染程度低：不存在電解質(zhì)流失問題，發(fā)電過程只產(chǎn)生水和二氧化碳。氮氧化物、硫化物及顆粒物排放幾乎為零；

• 能量轉(zhuǎn)化效率高。發(fā)電效率可達45%~60%，遠高于傳統(tǒng)熱機發(fā)電技術；若高濕尾氣與燃氣輪機、蒸汽輪機等進行聯(lián)合發(fā)電，則發(fā)電效率可達80%以上。

• 成本相對較低：主要因為高溫重整不需要貴金屬催化劑。

• 模塊化結(jié)構(gòu)。設計安裝靈活，滿足多種需求。

缺點主要包括高溫影響電池材料選擇范圍和損害壽命，以及啟動速度太慢（常用的平板式SOFC需要1小時起）等，目前各國正在研發(fā)攻克中。

5) 用途類別

SOFC常見的應用領域為固定式發(fā)電，主要為MW級以下的中小型SOFC產(chǎn)品，覆蓋場景包括家庭熱電聯(lián)供系統(tǒng)（CHP），數(shù)據(jù)中心備用電站，以及工業(yè)用固定式發(fā)電站等。中大型分布式發(fā)電、大規(guī)模供電及煤炭氣化結(jié)合燃料電池發(fā)電系統(tǒng)（Integrated gasification fuel cell cycle, “IGFC”）為未來主要研究方向。

另外，SOFC作為車輛輔助動力電源也有少量應用。2000年寶馬，Delphi，雷諾三家曾發(fā)起在該領域的合作。日產(chǎn)在該領域布局較為積極。2016年日產(chǎn)發(fā)布了世界上以SOFC動力系統(tǒng)驅(qū)動的燃料電池原型車。該車基于日產(chǎn)e-NV200研發(fā)打造，采用了酶生物燃料電池（e-BioFuel-Cell）技術，利用SOFC動力系統(tǒng)將貯存的生物乙醇轉(zhuǎn)化為電能給汽車提供動力，續(xù)航里程超過600公里。目前，該原型車正在巴西公路上進行進一步的實地測試，日產(chǎn)也計劃在2020年將乙醇SOFC電動車商業(yè)化。

然而，與PEMFC相比，SOFC并不適合直接用作車端的主要動力源，主要受限于以下幾點：

• 啟動時間過長，且SOFC的高效率基于長時間待機，不允許反復開關；

• 超高溫工作對材料耐性要求高且造成震動；

• 電堆體積大，壓縮車內(nèi)空間；

• 電堆強度，高溫驅(qū)動帶來震動，對材料的耐性要求高

6) SOFC結(jié)構(gòu)拆分

陽極材料（空氣極）

主要有氧化鎳和陶瓷（基本類似于電解質(zhì)材料）的多孔結(jié)構(gòu)復合材料，例如，NiO-YSZ、NiO-ScSZ等。

陰極材料（空氣極）

為具有抗氧化能力的多孔結(jié)構(gòu)，可以使氧氣順利通過進入電解質(zhì)；包括：LSM/La0.6Sr0.4MnO、LSC/La0.6Sr0.4CoO3 、SSC/Sm0.5Sr0.5CoO3（SSC）、LSCF /(La,Sr)(Co,Fe)O3等混合導體（MIEC）。

電解質(zhì)材料

多為氧離子傳導性良好、不透氣的固體。主要有YSZ（氧化釔穩(wěn)定二氧化鋯）、ScSZ（摻雜Sc2O3的ZrO2）、鎵酸鑭（LaGaO3）等陶瓷材料。目前，鋯基電解質(zhì)薄膜是SOFC中應用尤為廣泛、研究多的電解質(zhì)材料。鋯基電解質(zhì)能在高溫下、氧化和還原氣氛中保持良好的化學穩(wěn)定性，并且在很大氧分壓范圍內(nèi)具有純的氧離子導電特性，同時具有很好的機械強度，可制成致密的膜電解質(zhì)，因此滿足了SOFC的幾乎所有要求，成為制備SOFC電解質(zhì)材料的優(yōu)選。

2、SOFC主要市場

研究機構(gòu)MarketsandMarkets™預計2020年全球SOFC市場規(guī)模為7.72億美元，到2025年將達到28.81億美元，復合年均增長率30.1%。該市場主要驅(qū)動力為政府補貼及越來越多的FC項目研發(fā)投入，燃料多樣性和高能效發(fā)電需求及歐洲北美日趨嚴格的排放標準。按類型來看，平板式SOFC市場，在2017年時已達3.74億美元。

美國是世界大的SOFC市場，其次是日韓和歐洲。各個國家和地區(qū)的SOFC發(fā)展都離不開政府的引導和大力支持，尤其在商業(yè)化尚未成型的前期導入階段，財政補貼尤為重要。大學、政府和企業(yè)集團的產(chǎn)學研合作機制也是SOFC發(fā)展的重要推動力。

1. 美國SOFC市場一家獨大

從全球市場來看，美國的SOFC累計裝機量處于地位，在200kW以上規(guī)格的固定式電站中，SOFC的投放量。美國SOFC的裝機量主要由Bloom Energy公司貢獻：截止2020年，該公司已累計投放350MW的SOFC產(chǎn)品，其中將近半數(shù)投放于加利福尼亞州。

1.1美國SOFC探索沿革：從管式到平板式

美國從1977年起便開始針對SOFC進行研發(fā)。截止2005年，美國政府共撥款2.5億美元用于管式SOFC的研發(fā)。

管式SOFC最早由美國Westinghouse Electric Corporation公司于上個世紀70年代推出。1998年，西門子通過收購Westinghouse公司獲得其管式SOFC技術，并成立Siemens Westinghouse Power Corporation。該公司于2000年初進行了250kW級的電池測試。由于管式SOFC并沒有達到預期的能量密度和成本目標，因此西門子*退出SOFC業(yè)務。隨后，美國能源部便通過SECA主要對平板式SOFC的研發(fā)進行支持。

1.2政府引導和補貼：從小型到大型

美國能源局（DOE）和國立能源技術實驗室（NETL）引導了美國SOFC市場的發(fā)展。1999年，在DOE資助下，NETL主導成立SECA項目(Solid State Energy Conversion Alliance)，與聯(lián)邦政府、企業(yè)及高校和實驗室一起致力于開發(fā)低成本、模塊化、多燃料、應用廣的SOFC技術。

起初SECA的目標是開發(fā)3-5kW、用途廣泛的小功率SOFC電堆，以便盡早實現(xiàn)量產(chǎn)。然而，項目目標隨后變?yōu)橹攸c開發(fā)IGFC。SECA項目重要參與公司Fuel Cell Technology 于2013年下半年開始開發(fā)250kW和MW級，使用天然氣和生物氣體作為燃料，并于2018年測試了200kW的系統(tǒng)，未來將進一步實證MW級系統(tǒng)，遠期目標是打造公用事業(yè)100MW級IGFC和NGFC系統(tǒng)。

美國聯(lián)邦政府向該項目提供大量支持。項目啟動后經(jīng)費逐年攀升，2002-2011年期間達3000~6000萬美元，2012-2014年之間財政支持力度減半，之后一直維持在3000萬美元左右。

2019年，美國能源部(DOE)化石能源辦公室(FE)發(fā)布了一項針對5-25kw小型固體氧化物燃料電池系統(tǒng)和混合能源系統(tǒng)的資助公告(Funding Opportunity Announcement,簡稱“FOA”)，將向相關研究和項目提供高達3000萬美元的聯(lián)邦資助。FOA旨在開發(fā)先進技術，利用固體氧化物水電解技術(SOEC)改進小型SOFC混合系統(tǒng)，使其達到氫生產(chǎn)和發(fā)電的商業(yè)化水平。之所以針對小型SOFC是因為DOE預計短期內(nèi)會有大量來自數(shù)據(jù)中心的需求。

SECA項目由產(chǎn)業(yè)團隊、技術團隊和聯(lián)邦政府三方構(gòu)成，相互協(xié)調(diào)配合，共同推進SOFC產(chǎn)品的研發(fā)與商業(yè)化進程：

1）產(chǎn)業(yè)團隊經(jīng)由公開招標程序征求參與者共同合作、資助計畫，充分利用產(chǎn)業(yè)基礎設施來降低燃料電池的生產(chǎn)成本，同時利用政府資金進行研發(fā)；產(chǎn)業(yè)團隊發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品使用上的需求及潛在推廣障礙時，可轉(zhuǎn)交核心技術團隊作為研究主題集中攻克。

2）核心技術團隊則包含境內(nèi)各大專院校、實驗室與以研究為目的之組織，團隊目標為解決SOFC在材料、使用壽命以及系統(tǒng)等各方面的技術問題。

3）聯(lián)邦政府作為支持方，負責協(xié)調(diào)促進前兩者之間的合作，確立技術研究的優(yōu)先性，提供必要資金支持。

SECA項目組通過能源部的化石能源辦公室向技術指標達標的產(chǎn)業(yè)團隊提供資金支持，促使產(chǎn)業(yè)團隊之間形成競爭關系。同時SECA也通過核心技術團隊開發(fā)可供所有產(chǎn)業(yè)小組使用的技術，避免重復作業(yè)

SECA對SOFC發(fā)展設定了階段性目標：

• 2005年：向特定市場供給初代產(chǎn)品，早期切入的應用場景包括卡車輔助動力，休閑車等。

• 2010年: SOFC作為商業(yè)化產(chǎn)品逐漸向住宅、商業(yè)、工業(yè)的熱電聯(lián)供、交通領域的輔助動力等方面推廣，實現(xiàn)400美元/kw的制造成本目標。

• 2015年: 在大規(guī)模發(fā)電領域應用，推出MW級燃料電池組，效率顯著提升（混合效率60-70%），實現(xiàn)400美元/kw的制造成本目標。

• 2018-2021年：完成MW級燃料電池聯(lián)合循環(huán)發(fā)電（IGFC）試驗電廠。

長期的技術和成本目標包括：

• 在沒有碳捕捉和碳封存的情況下，效率達到60%

• 實證壽命達40,000小時或以上

• 衰退率小于每1000小時0.2%

• SOFC電堆成本降低到225美元/kW以下

• SOFC系統(tǒng)成本降低到900美元/kW以下

目前，美國在kW級模組開發(fā)上已經(jīng)取得階段性成就，Bloom Energy的Energy Server產(chǎn)品目前據(jù)稱可以達到60%的效率。但在MW級SOFC的開發(fā)以及成本目標上還遠遠未能達標。尤其在中大型（100kW-1MW）SOFC系統(tǒng)成本方面遲遲未有進展。雖然SECA在2018年便提出到2020年將系統(tǒng)成本降至900美元/kW的目標，但截止2020年，系統(tǒng)成本仍然高居12000美元/kW，而先前的900美元/kW目標也被推遲到2025/2030年。

1.3補貼與投放情況

除了聯(lián)邦政府對產(chǎn)業(yè)端的財政支持以外，以加利福尼亞和康涅狄格州為代表的地方州政府也對SOFC的投放給與一定補貼或稅收減免，推動SOFC產(chǎn)品的投放。目前，美國全國累計投放的500MW大型固定式電站，其中約有一半位于加州（240MW）。

Bloom Energy曾透露，由于其產(chǎn)品可以享受聯(lián)邦和加州稅收減免政策以及公用事業(yè)地方納稅人補貼，最終系統(tǒng)購置成本很多可以降低80%左右。

地方層面，加州的自發(fā)電激勵計劃項目（Self Generation Incentive Program，簡稱“SGIP”）補貼力度較大。自2001年起，加州共有450套固定式燃料電池系統(tǒng)獲得SGIP補助。值得注意的是，不同SOFC的燃料享受不同程度補貼，優(yōu)先支持生物質(zhì)燃料的推廣。

起初對使用生物質(zhì)為燃料的SOFC給與4,500 USD/kW補助，對使用天然氣的SOFC電池補貼減半，為2,750USD/kW。之后，補貼幅度減少，生物質(zhì)為燃料的電池給與1,200USD/kW補助，而使用天然氣燃料的電池僅享有600USD/kW的補貼。2020年起，只有使用100%生物質(zhì)燃料的固定式燃料電池才能收到補助。

1.4企業(yè)參與情況

在美國對SOFC進行研發(fā)布局的企業(yè)較多，包括Acumentrics, Atrex, LG Fuel Cells System Inc.,GE, Bloom Energy, FuelCell Energy 和Ceramatec/OxEon等公司。除了Bloom Energy以外，F(xiàn)uelCell Energy從事大規(guī)模SOFC的開發(fā)，已完成對200kW的SOFC系統(tǒng)測試，并計劃在未來十年將其提升至公用事業(yè)級別。另一方面，一些企業(yè)選擇退出SOFC的開發(fā)：GE擁有先進的平板式SOFC技術，但選擇減少SOFC業(yè)務，將工作重心轉(zhuǎn)移到陶瓷陽極的金屬支撐結(jié)構(gòu)等基礎研究領域；由LG Corp收購Rolls Royce Fuel Cell Systems 形成的LG Fuel Cell Systems (LGFCS) 公司于2018年關閉了其俄亥俄州Fuel Cell Prototyping Center，正式退出SOFC研發(fā)事業(yè)。行業(yè)參與者的不穩(wěn)定性也對美國SOFC的開發(fā)研究工作造成一定阻礙。

1.5 Bloom Energy

美國布魯姆能源（Bloom Energy）是SOFC商用化的企業(yè)。公司主要產(chǎn)品為Bloom Energy Server，已更新至第五代，單機輸出功率從100kW提升至250kW，發(fā)電效率可高達65%，處于世界前列水平。

公司位于加州，貢獻了該州60%的固定式燃料電池系統(tǒng)。截止2020年已累計投放350MW的SOFC產(chǎn)品，幾乎全部投放美國市場。客戶包括沃爾瑪、聯(lián)邦快遞、雅虎等。

Bloom Energy的業(yè)務模式為PPA能源采購協(xié)議，而非直接銷售電池。其燃料電池系統(tǒng)可獲得稅收減免和州級補貼。2001-2015年期間，Bloom Energy的客戶在加州累計獲得2.3億美元的補貼。公司資料顯示，公司近年來產(chǎn)品成本呈下降趨勢，目前約為3300美元/kW左右。

1.6 總結(jié)

美國SOFC投放特點：

• 聯(lián)邦政府補貼+地方支持

• 法律法規(guī)：環(huán)保和可再生能源目標

• 自然災害頻繁，缺少可靠電網(wǎng)：備用電源應用場景豐富

• 主要客戶：大型公共服務提供者

• 國內(nèi)自產(chǎn)自銷

2. 日本：家庭分布式熱電聯(lián)供系統(tǒng)Ene-Farm

日本主要圍繞家庭用熱電聯(lián)供系統(tǒng)Eme-Farm同時推廣PEFC（固體高分子型燃料電池）和SOFC兩種技術路線。企業(yè)方面，松下和東京燃氣一起開發(fā)PEFC，愛信精機和大阪燃氣、京瓷和豐田汽車共同開發(fā)SOFC。截止日前，日本ENE-FARM項目在日本已經(jīng)推廣超30萬套SOFC家用系統(tǒng)，保有量位居高位，其中SOFC產(chǎn)品占比約為40%。、

日本的SOFC的發(fā)展歷程大致如下：

• 日本于2009年起PEFC的ENE-FARM，而SOFC僅作為大型工業(yè)領域發(fā)電方案被研究。

• 2005年，大阪燃氣和京瓷一起發(fā)布1kW的小型SOFC，標志著家庭用SOFC電池的起步。

• 2011年，日本新能源產(chǎn)業(yè)技術綜合開發(fā)機構(gòu)（NEDO）于2011年開發(fā)出商業(yè)化的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)（ENE-FARM type S）。該系統(tǒng)由發(fā)電單元和利用廢熱的熱水供暖單元組成，輸出功率為700W，發(fā)電效率為46.5％，綜合能源利用效率高達90.0%，工作時的溫度為700～750℃，在用作家庭基礎電源的同時，還可以利用廢熱用作熱水器或供暖器。截止2020年12月，PEFC和SOFC的ENE-FARM累計銷量突破38萬臺，SOFC占比接近一半。

• 2017年，工業(yè)用的SOFC燃料電池也開始進入商用化階段。

2.1 政府牽頭

日本的SOFC發(fā)展主要由NEDO負責推動。主要項目為SOFC系統(tǒng)重點技術的開發(fā)和SOFC實證研究。NEDO為SOFC的發(fā)展確立一系列目標，其中包括到2024年，SOFC發(fā)電效率超過65%（低熱），壽命達130,000小時的技術等。

NEDO在其“面向燃料電池等應用飛躍性擴大的共同課題解決性產(chǎn)學官聯(lián)合研究開發(fā)事業(yè)”中列舉了SOFC的相關研究：

NEDO對SOFC的未來規(guī)劃覆蓋家用型（kw級）、商用型（數(shù)十到百kw級）、工業(yè)型（MW級）以及電廠型（數(shù)十與數(shù)百MW級）。2015年成本目標為40萬日元/kw，2020-2030年家用型機組為40萬日元/kw、商用型機組20萬日元/kw、工業(yè)型機組成本15萬日元/kw。

2.2 PEFC與SOFC對比

• PEFC的熱回收效率高，啟停靈活，在水槽滿時會停止發(fā)電；SOFC則一般24小時連續(xù)運行，比PEFC發(fā)電效率高且裝置小，可根據(jù)實際需求來選擇。

• PEFC工作溫度70～90℃，除了作為家庭燃料電池還用于FCV上；SOFC一旦啟動就24小時不停歇，工作溫度700-1000°C。

• 不同技術攻關課題：PEFC面臨如何減少鉑金使用的問題，SOFC則面臨如何降低工作溫度的問題。

2.3補貼與降本

日本從2005年開始啟動家用燃料電池熱電聯(lián)供（ENE-FARM）計劃，對ENE-FARM進行示范運行及政府補助。NEDO在2009-2020年期間推出“面向燃料電池應用擴大的ENE-FARM支持事業(yè)費補助金”總額達76.5億日元。根據(jù)規(guī)劃，ENE-FARM計劃2020年、2030年分別實現(xiàn)家用燃料電池累計裝機量達140萬套和630萬套，對應成本有望進一步下降到50萬日元/套（約3萬元人民幣/臺套）左右。

2009年后，在日本政府持續(xù)補貼和松下、愛信精機等廠商的大力推廣下，家用燃料電池系統(tǒng)順利開啟商業(yè)化應用階段。隨著規(guī)模效應顯現(xiàn)，2018-2019年ENE-FARM成本迅速降至120萬－150萬日元/套（約8萬元人民幣/套），較2012年成本下降80%以上，逐步減少補貼依賴。在此期間日本政府從2010年開始對于安裝燃料電池系統(tǒng)的家庭提供140萬日元或制造成本一半的補貼，2015年開始政府補貼額度也降低至50－60萬日元。NEDO在2009-2020年期間對ENE-FARM的補貼總額達76.5億日元。

2019年3月11日，日本產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟省發(fā)布關于“支持ENE-FARM等燃料電池擴大利用運營費補助金”財年預算提案，對ENE-FARM項目中的SOFC（固體氧化物燃料電池）和PEMFC（聚合物電解質(zhì)燃料電池）燃料電池設備和安裝費用進行補貼。NEDO為ENE-FARM的售價設定了目標價和補貼上限價，并根據(jù)產(chǎn)品終端售價給與相應補貼。PEFC和SOFC系統(tǒng)補助金額不同。補貼分基本定額補助和額外補助兩部分。另外，對可支持液化石油氣的設備、可應用在寒冷地區(qū)、可用在公寓等環(huán)境中的PEFC和SOFC進行額外補貼。

3. 韓國

韓國已成為燃料電池用于公用事業(yè)規(guī)模發(fā)電的前軍，總部署量達370.7MW。該國的貿(mào)易、工業(yè)和能源部（MOTIE）發(fā)布的第8次電力供應需求計劃預計，到2022年韓國燃料電池部署量將進一步擴展到大約600兆瓦。

目前韓國SOFC也主要應用于公用事業(yè)領域，市面上的主流技術來自國外的Ceres Power和Bloom Energy兩家公司，由斗山和SK E&C分別引進推廣。

SK E&C

• Bloom Energy早在2017年就與SK E&C簽署了專門供貨協(xié)議。

• 2020年9月2日，美國Bloom Energy與韓國SK工程建設公司(SK E&C)宣布，雙方合作已在韓國西北部京畿道省完工兩個采用燃料電池技術的新型清潔能源設施。其中一個為19.8兆瓦級燃料電池裝置，該項目為Bloom能源公司迄今為止在韓國建設的規(guī)模的項目，此裝置一項就可以滿足該市約4.3萬戶家庭的用電需求。位于坡州市的第二個發(fā)電站為8.1兆瓦級的燃料電池裝置，可滿足該區(qū)域內(nèi)約1.8萬戶家庭的用電需求。截止2020年，Bloom Energy在韓國已部署120MW的SOFC產(chǎn)品。

斗山

• 2014年，斗山集團收購美國ClearEdge Power，從而掌握PAFC技術并開始切入燃料電池分布式發(fā)電市場。

• 2020年7月，由斗山集團投資建設的大山燃料電池發(fā)電廠正式投入運營。該發(fā)電廠裝配了114臺斗山M400型號PAFC燃料電池，產(chǎn)品功率為400kW。發(fā)電廠氫氣來源為工業(yè)副產(chǎn)氫，燃料電池總裝機量達到50MW，是為目前大燃料電池發(fā)電項目，發(fā)電量可達40萬MWh，約可為附近16萬戶家庭提供24小時電力。

• 2020年10月19日，已經(jīng)保有PAFC技術的斗山集團與英國Ceres Power簽訂戰(zhàn)略合作協(xié)議，布局SOFC。該協(xié)議主要包含兩個部分內(nèi)容：（1）非排他性技術授權(quán)；（2）2023年底之前投資724億韓元（約合4.2億人民幣）建成產(chǎn)能50MW SOFC產(chǎn)線，2024年實現(xiàn)量產(chǎn)。

• 2021年3月，Doosan Fuel Cell與 Korea Offshore & Shipbuilding簽署諒解協(xié)議，共同開發(fā)SOFC，目標是實現(xiàn)電池和電堆的本土化生產(chǎn)，并從2024年起在韓國大規(guī)模生產(chǎn)SOFC系統(tǒng)。

在引進技術的同時，韓國政府也支持本土企業(yè)和機構(gòu)對SOFC的研發(fā)制造。

韓國政府曾扶持三星及POSCO Power進行家用型SOFC系統(tǒng)開發(fā)，并提出2030年發(fā)電效率40%，熱能效率50%，持續(xù)時間9萬小時，成本5000美元等目標。在韓國，1000平米以上的樓層需要保證至少30%的能耗來自可再生能源。若住宅和商業(yè)用戶使用太陽能發(fā)電、太陽能供暖、燃料電池、地熱和風能的任意一種，韓國產(chǎn)業(yè)通商資源部（MOTIE）將為其提供補貼。其中，補貼燃料電池80%的安裝費，最多不超過9900韓元/kW，住宅用燃料電池補貼不超過10000韓元/kW。韓國政府還為住宅、商業(yè)和公用事業(yè)燃料電池提供*天然氣，大約比正常價格低6.5%。

韓國也擁有一些本土SOFC上下游的專門企業(yè)：KCERACELL是SOFC部件原材料公司、提供正負極、電解質(zhì)和連接板材料。HNPOWER是一家氫能和氫燃料電池設備公司，具有SOFC電堆技術，號稱功率密度0.8w/cm2。參與SOFC研發(fā)的學術機構(gòu)則包括南韓科學技術院，韓國電力公社旗下研究機構(gòu)KEPRI, 韓國科學技術研究院, 韓國能源研究機構(gòu), 浦項工科大學, 工業(yè)科學技術研究所等。

4. 歐盟

與日本相似，歐盟SOFC市場主要應用為微型熱電聯(lián)供系統(tǒng)Micro-CHP系統(tǒng)。

2012年起，F(xiàn)CH-JU在歐盟啟動ene.field示范項目，歷時5年，共支持了1046套300W-5kW的PEM和SOFC的Micro-CHP系統(tǒng)。由于參與進來的制造商有十數(shù)個，有些小企業(yè)在資金缺乏后不得不退出產(chǎn)品研發(fā)，使得項目的推進及效果不如預期。FCH-JU隨后又啟動了PACE項目，僅引入Soildpower、喜德瑞、菲斯曼以及博世四家有實力的大企業(yè)，并計劃在2018年在歐洲10個國家布置至少2500套裝置。

其中，德國市場發(fā)展迅速。德國聯(lián)邦政府于2016年發(fā)起了Micro-CHP市場激活計劃—KfW 433，根據(jù)輸出功率的大小為裝置安裝提供7050-28200歐元的補助金。該項目在2017年的計劃是支持1500套250W-1.5kW的裝置，長期目標是每年為7.5萬套裝置提供補助。目前，德國已累計投放五萬多套Micro-CHP，是歐洲Micro-CHP投放最多的國家。除德國以外，荷蘭、丹麥、瑞典、比利時等國在該領域也有布局。

歐盟/歐盟委員會從1984年起通過一系列“技術研發(fā)框架項目”（Framework Programmes for Research and Technological Development，簡稱Framework Program或FP）推動技術發(fā)展，至今共有九個階段FP1-FP9，各階段重點研究方向不同，其中包含多個SOFC相關開發(fā)項目。

在歐盟燃料電池和氫能聯(lián)合組織（FCH-JU）的統(tǒng)籌下，依托框架計劃支持的項目促進了歐盟氫能和燃料電池的技術研發(fā)及研究成果轉(zhuǎn)化。

• 自FP5（1998-2002）即開始輔助技術與研發(fā)商業(yè)化的相關研究，輔助項目包括材料研發(fā)、系統(tǒng)開發(fā)、可靠度提升與成本降低等。

• 在FP6（2002-2006）階段則繼續(xù)改善材料以及降低劣化、發(fā)展小型熱電聯(lián)供系統(tǒng)、MW級系統(tǒng)以及量產(chǎn)技術。

• FP7（2007-2013）階段，有多個SOFC相關計劃已經(jīng)通過獲得輔助開始進行，包括材料與制造過程發(fā)展，組件與附屬系統(tǒng)的簡化與化，以及模擬測試與特性研究等，長期目標為2020年達到商業(yè)化驗證。

歐洲主要SOFC Micro-CHP的代表公司包括瑞士的Sulzer Hexis，英國Ceres Power，意大利的Solidpower，丹麥TopsoeFuelCell，德國Bosch Thermotechmology、Solid等。其中CeresPower技術較為先進，且積極進行布局：

• 2004年7月Ceres Power成立，其SteelCell®賺利技術源自英國帝國理工學院的Prof.Brian Steele。

• 2018年6月，濰柴動力（000388.SZ）耗資4000萬英鎊收購英國Ceres Power（CWR.L）19.8%的股權(quán)，并共同于中國設立合資公司，Ceres Power授權(quán)該公司非排他性的SteelCell®賺利技術。

• 2018年8月，公司與博世宣布成立戰(zhàn)略伙伴關系共同開發(fā)固態(tài)燃料電池。博世收購Ceres Power 3.9%股權(quán)。

• 2019年，Ceres Power宣布成功開發(fā)了專為氫燃料設計的*熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。

• 2021年3月17日，Ceres Power增發(fā)募資1.81億英鎊，其中，博世、斗山、濰柴合計認購9千萬英鎊。

參考資料：

[1]KPMG，「???? ??? ??? ?? ?112?」

[2]小笠原慶，「海外のSOFC研究開発狀況」

[3]経済産業(yè)省，「水素?燃料電池戦略ロードマップ」

[4]株式旭リサーチセンター，「家庭用燃料電池「エネファーム」の現(xiàn)狀と展望」

[5]NEDO，「SOFCの現(xiàn)狀と課題～今後取り組むべき基盤技術開発～」

[6]Hossein Ghezel-Ayagh，Progress in SOFC Technology Development at FuelCell Energy

[7]Weidner.E, Ortiz Cebolla.R, Davies,J, JRC Technical Report - Global Deployment of Large Capacity Stationary Fuel Cells

[8]COGEN Europe, European Cogeneration Review – Germany

[9]DOE, Report on the Status of the Solid Oxide Fuel Cell Program

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來源：DT新能源

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