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日本四大企業合資發力SOFC 中國與之差距甚遠背后

作者:中國儲能網新聞中心 來源:高工氫燃料電池 發布時間:2019-10-08 瀏覽:
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中國儲能網訊:9月27日,全球最大規模陶瓷企業集團森村集團宣布,旗下的日本特殊陶業、TOTO、日本礙子、株式會社則武四家企業共同出資成立了新公司,出資比例分別為67%、20%、8%、5%,將合力研發固體氧化物燃料電池(SOFC)。新公司名為“森村SOFC科技”,于8月9日成立于日本愛知縣小牧市,員工數預計為50-100人,正式業務將于12月上旬啟動。

高工氫電了解到,SOFC具備發電效率高(自身發電效率接近60%,與熱氣輪機聯用效率可達80%以上)、余熱品質高、燃料選用范圍廣(可使用天然氣、煤制氣、生物質氣、甲烷、甲醇、經脫硫和粉塵顆粒后的化工副產氫、帶有一氧化碳純度不高的氫氣等,甚至經重整由液態變成氣態的柴油也可以作為燃料),且不需要貴金屬催化劑,適應性強,是一種具有很高應用前景的燃料電池。目前SOFC主要應用在便攜式電源、電站、數據中心、通信基站、分散式供電供暖等領域,國際上一些企業具備較強的技術實力與品牌知名度。

值得注意的是,國際上SOFC應用已經較為成熟,但由于SOFC屬于耗費人才財力巨大的項目,能夠真正實現大規模商業化供貨的企業也不多。國際知名企業有美國Bloom Energy,英國Ceres Power,愛沙尼亞Elcogen,日本三菱重工和京瓷,韓國有KCERACELL、KOREA SOFC FORUM、HNPOWER等。從年發電量來看,能夠達到兆瓦級別的全球SOFC企業不超過10家。

國內SOFC市場應用尚未真正啟動,但近年來國內SOFC企業暗暗發力,潮州三環具備量產能力,徐州華清產線目前在試產中,臨近規模化量產。國內還有一家布局SOFC的知名企業是濰柴動力,通過兼并購國際知名SOFC公司展開深度布局。

國內外SOFC產業發展差距在哪?國內SOFC產業鏈發展情況如何,市場前景又如何?

國際SOFC年發電量兆瓦級企業不超過10家

與國內SOFC市場應用尚未啟動不同的是,國際SOFC應用已經較為成熟,但由于SOFC屬于耗費人才財力巨大的項目,能夠真正實現大規模商業化供貨的企業也不多。國際知名企業有美國Bloom Energy,英國Ceres Power,愛沙尼亞Elcogen,日本三菱重工和京瓷,韓國有KCERACELL、KOREA SOFC FORUM、HNPOWER等。從年發電量來看,能夠達到兆瓦級別的全球SOFC企業不超過10家。

Bloom Energy是SOFC全球領導者,公司成立于2001年,創始人團隊曾受美國航天研究局邀請,負責研究和制造可以在火星上進行的生命維持技術,建立可由電力產生空氣和燃料,或從空氣和燃料產生電力的裝置。2018年 7月25日,Bloom Energy正式登陸紐交所。

Bloom Energy網站顯示,公司客戶包括25家財富100強公司以及云服務和數據中心、醫療保健、零售、金融服務、公用事業等行業的領導者。迄今為止,Bloom Energy服務器已在4個國家多個行業的600個項目上實現部署。Bloom Energy2019年第一季度實現營業收入2.07億美元,第二季度實現營業收入2.34億美元,上半年合計實現營業收入4.41億美元(約合30.94億元人民幣)。

Ceres Power是一家于英國倫敦證券交易所AIM上市的公司,是新一代、低成本燃料電池技術領導者,其特有的SteelCell技術,源自英國帝國理工學院,已持續研究開發近16年,擁有約50項專利,具有魯棒性好、功率密度高、制造成本低等優勢。目前,其產品覆蓋住宅、數據中心、商業發電和汽車四個應用領域。

日本除三菱重工和京瓷外,今年3月,日本礙子、東陶、日本特殊陶業、株式會社則武等4家公司宣布成立合資公司,開展SOFC研發。此前這4家公司分別自主推進固體氧化物燃料電池的開發多年,如今合資公司正式成立,業務將于今年年底啟動,值得業界期待。

國外SOFC技術領先,市場應用較為成熟,與當地政府支持有莫大關系。

2005年日本啟動家用燃料電池熱電聯供(ENE-FARM)計劃,在2005-2009年建設家用燃料電池示范項目3300臺套,并在2009年進行大規模商業化推廣。日本政府給家用燃料電池熱電聯供(ENE-FARM)中的SOFC(固體氧化物燃料電池)和PEFC(聚合物電解質燃料電池)燃料電池設備和安裝費用進行補貼。

根據規劃,ENE-FARM計劃2020年、2030年分別實現家用燃料電池累計裝機量達140萬套和530萬套,對應成本有望進一步下降到50萬日元/套(約3萬元/臺套)左右。

除日本ENE-FARM計劃外,德國發展電轉氣項目以及韓國在電站方面大力推廣,讓SOFC成為PEMFC之外在全球出貨量最大的燃料電池類型。

Bloom Energy 瞄準了韓國SOFC市場。今年1月消息,Bloom Energy 與SK集團宣布達成一項戰略協議,SK能源與建設公司(SKE&C)將成為,Bloom Energy固體氧化物燃料電池系統的韓國分銷商。其實兩家公司早在2017年就合作成功競標獲得韓國首個固體氧化物燃料電池裝置訂單。

國內SOFC尚處萌芽階段

眾所周知,目前國家為發展PEMFC,無論在政策層面還是資金層面都給予了高度重視,但對于SOFC,幾乎沒有任何支持。先從技術角度來了解SOFC,對比SOFC與PEMFC的區別。

SOFC是一種不經過燃燒過程直接以電化學反應方式將燃料和氧化劑中的化學能直接轉化為電能的高效發電裝置,無卡諾循環,效率遠高于其他發電設備,主要產物是水和CO2。

從SOFC的結構來看,它由電解質、陽極、陰極、連接體構成單電池(如下圖所示),再由多個單電池構成電堆。SOFC工作溫度高,一般在650度以上才能實現滿負荷運轉,系統層面還需要熱平衡系統,包含燃燒器、熱交換器等;冷平衡系統,水過濾回收利用;控制系統,保持系統長時間運行穩定。SOFC從能適應長時間高溫工作的材料到電堆,再從電堆到整個系統,涉及多個學科,技術難度較高,不亞于PEMFC。

SOFC的構型有三種:管式、平板式以及平板管式。管式易于密封,發展較快,但是制備成本偏高,同時體積功率密度低;為了降低制備成本,提高功率密度,平板式SOFC成為了后起之秀;為了能夠吸收管式和平板式的優點,日本京瓷公司開發了平板管式。

國內一位資深技術人員告訴高工氫電:“SOFC最開始是管式結構,比較好密封,但存在體積功率偏低的缺點。到了90年代,平板式發展起來。不過,以三菱重工為代表的日本公司依然有做管式SOFC,1個系統發電量可以達到1兆瓦。管式有自己適合應用的場景。”

了解了SOFC,與PEMFC的對比就清晰起來。SOFC吃“粗糧”,PEMFC吃“細糧”;平板式SOFC電堆結構與PEMFC類似,管式則不同;SOFC工作溫度高,PEMFC則可以做到零下30-40度冷啟動,耐高溫也不超過80度;兩者系統層面關鍵部件不同,主要應用場景存在差異。

在業內人士看來,國內SOFC有非常大的應用潛力,比如冬天供暖消耗大量天然氣,如果采用SOFC熱電聯共,整體效益會高很多;國內分布式發電市場比日本大很多,卻幾乎沒有怎么應用SOFC,而日本應用較為廣泛。可以說,這是一個被忽視的新興市場,也是值得政府去大力推動的市場。

在沒有政策扶持、產業鏈配套發展極不成熟、市場未啟動的環境下,企業去投入研發生產需要魄力與勇氣。目前國內投入研發及能夠實現量產SOFC的企業屈指可數。

國內最早研發生產SOFC的是潮州三環(集團)股份有限公司(下稱“潮州三環”)。公司于2004年開始開展SOFC電解質隔膜開發和生產業務;2012年開始批量生產SOFC單電池;2015年收購澳大利亞CFCL公司,獲得其電堆和小功率SOFC系統技術基礎;2016年將SOFC專利授權SOLIDpower公司使用,并且為其供應單電池;2017年開始向國內市場推出SOFC電堆。

潮州三環出貨量最大的是電解質隔膜、單電池,同時具備電堆量產能力,系統則主要有旗下子公司CFCL在德國的生產基地完成,以1.5kW系統為主。目前潮洲三環成為全球最大的SOFC電解質隔膜供應商,歐洲市場上最大的SOFC單電池供應商。

蘇州華清創建于2010年,2018年7月公司簽約投建徐州華清固體氧化物燃料電池項目。今年8月,蘇州華清子公司徐州華清京昆能源有限公司(下稱“徐州華清”)固體氧化物燃料電池項目首批20萬片單電池片生產線投產試產。如果從系統層面來看,該項目是國內第一條產線,但電堆層面的第一條產線應該是潮州三環。

華清、清華大學、中國礦業大學(北京)還聯合晉煤集團煤化工研究院共同開發以煤為原料的SOFC整體示范工程。2018年8月2日,晉煤集團煤化工研究院對外宣布,他們建設的全國首個以煤為原料的15kW SOFC項目在晉煤集團天溪煤制油分公司燃料電池實驗室打通全流程,實現了煤經氣化再通過固體氧化物燃料電池發電的工程示范。

國內還有一家布局SOFC的知名企業是濰柴動力。公司于2018年5月以4000余萬英鎊收購英國知名固體氧化物燃料電池開發商CeresPower20%股權,并與其攜手在中國濰坊成立合資公司,在固態氧化物燃料電池領域展開全面合作。合資公司將使用CeresPower獨有的SteelCell?技術,產銷燃料電池系統、電堆和電池片,應用于客車、卡車和特定發電市場。不過,截至目前,合資公司項目進展如何,尚未有消息傳出。

此外,核心人員來自華中科技大學的武漢華科福賽新能源有限責任公司(簡稱:華科福賽)成立于2016年12月,致力于固體氧化物燃料電池發電系統研發生產;中廣核集團旗下研究院——中廣核研究院瞄向SOFC,2018年9月與哈工大(深圳)簽訂“固體氧化物燃料電池聯合研發戰略合作協議”;佛山索弗克氫能源有限公司設立于2015年,公司目前以管式固體氧化物燃料電池為主攻方向,主要研發電堆。這三家公司中,華科福賽、中廣核研究院未聽聞有建產線消息,佛山索弗克有條實驗小線,處于技術研發階段。

整體而言,國內SOFC企業大多在研發、做示范工程,真正具備量產能力的當屬潮州三環,華清目前在試產中,臨近規模化量產。

一名SOFC企業高層表示,一個新興產業的啟動,要么靠政府補貼,要么靠市場。目前政府在PEMFC投入了很多資源,如果能夠補貼SOFC,相信市場推動起來會快很多。日本政府給家用燃料電池熱電聯供(ENE-FARM)中的SOFC(固體氧化物燃料電池)和PEFC(聚合物電解質燃料電池)燃料電池設備和安裝費用進行補貼,對于產業推動作用很大。

“國內SOFC真正發展起來的一個前提是產業鏈各個環節都能受益。但目前國內市場前景不明朗,做了不知道什么時候才能盈利,導致產業鏈企業處于觀望狀態,相關資源也不愿意投入進來。”另一名資深人士說,其實國外SOFC已經做的很不錯,如果國內資源能夠調動起來,以優質產品來撬動市場,國內SOFC市場蛋糕會很大。

政策層面,政府在沒看到產品之前(目前國內缺整套系統產品),不會憑空出臺扶持政策,相信在有些企業的努力之下,能夠得到政府層面的重視。

關鍵字:燃料電池

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