氢能&燃料电池行业研究:固定式应用场景突破,海外固体氧化物电池迈入商业化.pdf

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  • 时间:2024/12/26
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氢能&燃料电池行业研究:固定式应用场景突破,海外固体氧化物电池迈入商业化。固体氧化物电池(SOC)能源转化效率高、燃料适应性广、反应可逆,将成为未来能源系统不可或缺的一部分。固体 氧化物电池(Solid oxide cell,SOC)是高温全固态设备,具有固体氧化物燃料电池(SOFC)以及固体氧化物电解 池(SOEC)的双重功能,可将氢气、天然气和其他碳氢化合物等燃料的化学能转化为电能,也可将太阳能和风能等可 再生能源储存为氢燃料。在电化学能量转换和存储技术中,SOC是最清洁和高效的,具有独特的平台双重功能特性。 SOC 与其他能量转换技术相比具有许多优点,例如低材料成本(无需贵金属)、高效率(自身发电效率近60%,回收热 再利用能源效率最高可达85%)和燃料灵活性,适用热电联产和固定式电源,当前发展重点在可靠性、寿命和成本。

从固定式应用场景突破,应用空间广阔。基于高效率和多种燃料发电等优势,SOFC成为增长最快的替代备用电源选项 之一。根据Grand View Research,2023 年全球固体氧化物燃料电池市场规模预计为6.2亿美元,预计2024年至2030 年的复合年增长率为36.8%,规模达到40.54亿美元,其中最大和增长最快的市场为美国,其次是欧洲和中国。应用 的主要场景集中于热电联供和数据中心,2023年SOFC在固定式市场应用中占比达81.49%。并且SOFC技术因其高效 的能源转换效率、大规模发电潜力以及持续供电的特性,已经成为市场上数据中心备用电源的热门选择。据Grand View Research 测算,2023 年SOFC终端应用中,51.9%用于商业领域(供暖供热等),约40%用于数据中心电源,对应市场 规模约2.5亿元,而2023年数据中心电源市场规模约为229.2亿美元,因而2023年SOFC应用在数据中心电源总市 场中的占比大约为1.1%。随着电池进步和成本下行,预计其在数据中心的应用渗透率也将不断提高。

商业化的关键要素在于高可靠性、长寿命和低成本。核心零部件材料的选择是决定电池性能的重点,加工使用专用工 艺、特种装备和昂贵的材料,可在材料突破和规模化量产后实现成本的快速下降,当前电堆成本占总系统成本的40% 左右,预计电堆产能产量规模达100MW以上时,成本将仅为当前的20%-30%。预计随着规模化和技术进步,当年产量 达到100MW以上时,成本可大幅度下降。我们认为在固体氧化物电池寿命达到5万小时,系统成本降至1万元/kW以 下时,将具备市场竞争力。此外,寿命的提高与向大功率平板式金属支撑方向发展,是 SOFC未来商业化的发展趋势。

国外迈入商业化初期,国内尚处工业化示范阶段。国内外在SOFC的技术领域存在较大差距,美日欧等国家技术日趋 成熟,开始进入商业化应用初级阶段,但 能真正实现大规模商业化供货的企业并不多,相关企业包括美国Bloom Energy、 Fuel Cell Energy,英国 Ceres Power,德国Sunfire,爱沙尼亚Elcogen,德国Bosch,日本三菱重工、京瓷和爱信 精机,韩国斗山集团、SK E&C等。从年发电量来看,能够达到兆瓦级别的全球SOFC企业不超过10家。我国受制于国 外对关键技术的封锁,整体技术水平存在一定差距,在政策扶持有限、产业链配套发展不成熟、市场未启动的环境下, 国内 SOFC 市场应用尚未真正启动。但是近年来,国内 SOFC 企业也开始逐步发力,例如潮州三环具备量产能力,是 Bloom Energy 原材料隔膜板的供应商;潍柴动力通过兼并购Ceres Power展开布局等等。SOEC方面,其作为一种具 有很好发展前景的新型水电解技术,但是目前该技术成熟度较低,国内仅在实验室里完成验证示范,尚未广泛商业化。

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