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日本四大企业合资发力SOFC 中国与之差距甚远背后

作者:中国储能网新闻中心 来源:高工氢燃料电池 发布时间:2019-10-08 浏览:
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中国储能网讯:9月27日,全球最大规模陶瓷企业集团森村集团宣布,旗下的日本特殊陶业、TOTO、日本碍子、株式会社则武四家企业共同出资成立了新公司,出资比例分别为67%、20%、8%、5%,将合力研发固体氧化物燃料电池(SOFC)。新公司名为“森村SOFC科技”,于8月9日成立于日本爱知县小牧市,员工数预计为50-100人,正式业务将于12月上旬启动。

高工氢电了解到,SOFC具备发电效率高(自身发电效率接近60%,与热气轮机联用效率可达80%以上)、余热品质高、燃料选用范围广(可使用天然气、煤制气、生物质气、甲烷、甲醇、经脱硫和粉尘颗粒后的化工副产氢、带有一氧化碳纯度不高的氢气等,甚至经重整由液态变成气态的柴油也可以作为燃料),且不需要贵金属催化剂,适应性强,是一种具有很高应用前景的燃料电池。目前SOFC主要应用在便携式电源、电站、数据中心、通信基站、分散式供电供暖等领域,国际上一些企业具备较强的技术实力与品牌知名度。

值得注意的是,国际上SOFC应用已经较为成熟,但由于SOFC属于耗费人才财力巨大的项目,能够真正实现大规模商业化供货的企业也不多。国际知名企业有美国Bloom Energy,英国Ceres Power,爱沙尼亚Elcogen,日本三菱重工和京瓷,韩国有KCERACELL、KOREA SOFC FORUM、HNPOWER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。

国内SOFC市场应用尚未真正启动,但近年来国内SOFC企业暗暗发力,潮州三环具备量产能力,徐州华清产线目前在试产中,临近规模化量产。国内还有一家布局SOFC的知名企业是潍柴动力,通过兼并购国际知名SOFC公司展开深度布局。

国内外SOFC产业发展差距在哪?国内SOFC产业链发展情况如何,市场前景又如何?

国际SOFC年发电量兆瓦级企业不超过10家

与国内SOFC市场应用尚未启动不同的是,国际SOFC应用已经较为成熟,但由于SOFC属于耗费人才财力巨大的项目,能够真正实现大规模商业化供货的企业也不多。国际知名企业有美国Bloom Energy,英国Ceres Power,爱沙尼亚Elcogen,日本三菱重工和京瓷,韩国有KCERACELL、KOREA SOFC FORUM、HNPOWER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。

Bloom Energy是SOFC全球领导者,公司成立于2001年,创始人团队曾受美国航天研究局邀请,负责研究和制造可以在火星上进行的生命维持技术,建立可由电力产生空气和燃料,或从空气和燃料产生电力的装置。2018年 7月25日,Bloom Energy正式登陆纽交所。

Bloom Energy网站显示,公司客户包括25家财富100强公司以及云服务和数据中心、医疗保健、零售、金融服务、公用事业等行业的领导者。迄今为止,Bloom Energy服务器已在4个国家多个行业的600个项目上实现部署。Bloom Energy2019年第一季度实现营业收入2.07亿美元,第二季度实现营业收入2.34亿美元,上半年合计实现营业收入4.41亿美元(约合30.94亿元人民币)。

Ceres Power是一家于英国伦敦证券交易所AIM上市的公司,是新一代、低成本燃料电池技术领导者,其特有的SteelCell技术,源自英国帝国理工学院,已持续研究开发近16年,拥有约50项专利,具有鲁棒性好、功率密度高、制造成本低等优势。目前,其产品覆盖住宅、数据中心、商业发电和汽车四个应用领域。

日本除三菱重工和京瓷外,今年3月,日本碍子、东陶、日本特殊陶业、株式会社则武等4家公司宣布成立合资公司,开展SOFC研发。此前这4家公司分别自主推进固体氧化物燃料电池的开发多年,如今合资公司正式成立,业务将于今年年底启动,值得业界期待。

国外SOFC技术领先,市场应用较为成熟,与当地政府支持有莫大关系。

2005年日本启动家用燃料电池热电联供(ENE-FARM)计划,在2005-2009年建设家用燃料电池示范项目3300台套,并在2009年进行大规模商业化推广。日本政府给家用燃料电池热电联供(ENE-FARM)中的SOFC(固体氧化物燃料电池)和PEFC(聚合物电解质燃料电池)燃料电池设备和安装费用进行补贴。

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530万套,对应成本有望进一步下降到50万日元/套(约3万元/台套)左右。

除日本ENE-FARM计划外,德国发展电转气项目以及韩国在电站方面大力推广,让SOFC成为PEMFC之外在全球出货量最大的燃料电池类型。

Bloom Energy 瞄准了韩国SOFC市场。今年1月消息,Bloom Energy 与SK集团宣布达成一项战略协议,SK能源与建设公司(SKE&C)将成为,Bloom Energy固体氧化物燃料电池系统的韩国分销商。其实两家公司早在2017年就合作成功竞标获得韩国首个固体氧化物燃料电池装置订单。

国内SOFC尚处萌芽阶段

众所周知,目前国家为发展PEMFC,无论在政策层面还是资金层面都给予了高度重视,但对于SOFC,几乎没有任何支持。先从技术角度来了解SOFC,对比SOFC与PEMFC的区别。

SOFC是一种不经过燃烧过程直接以电化学反应方式将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的高效发电装置,无卡诺循环,效率远高于其他发电设备,主要产物是水和CO2。

从SOFC的结构来看,它由电解质、阳极、阴极、连接体构成单电池(如下图所示),再由多个单电池构成电堆。SOFC工作温度高,一般在650度以上才能实现满负荷运转,系统层面还需要热平衡系统,包含燃烧器、热交换器等;冷平衡系统,水过滤回收利用;控制系统,保持系统长时间运行稳定。SOFC从能适应长时间高温工作的材料到电堆,再从电堆到整个系统,涉及多个学科,技术难度较高,不亚于PEMFC。

SOFC的构型有三种:管式、平板式以及平板管式。管式易于密封,发展较快,但是制备成本偏高,同时体积功率密度低;为了降低制备成本,提高功率密度,平板式SOFC成为了后起之秀;为了能够吸收管式和平板式的优点,日本京瓷公司开发了平板管式。

国内一位资深技术人员告诉高工氢电:“SOFC最开始是管式结构,比较好密封,但存在体积功率偏低的缺点。到了90年代,平板式发展起来。不过,以三菱重工为代表的日本公司依然有做管式SOFC,1个系统发电量可以达到1兆瓦。管式有自己适合应用的场景。”

了解了SOFC,与PEMFC的对比就清晰起来。SOFC吃“粗粮”,PEMFC吃“细粮”;平板式SOFC电堆结构与PEMFC类似,管式则不同;SOFC工作温度高,PEMFC则可以做到零下30-40度冷启动,耐高温也不超过80度;两者系统层面关键部件不同,主要应用场景存在差异。

在业内人士看来,国内SOFC有非常大的应用潜力,比如冬天供暖消耗大量天然气,如果采用SOFC热电联共,整体效益会高很多;国内分布式发电市场比日本大很多,却几乎没有怎么应用SOFC,而日本应用较为广泛。可以说,这是一个被忽视的新兴市场,也是值得政府去大力推动的市场。

在没有政策扶持、产业链配套发展极不成熟、市场未启动的环境下,企业去投入研发生产需要魄力与勇气。目前国内投入研发及能够实现量产SOFC的企业屈指可数。

国内最早研发生产SOFC的是潮州三环(集团)股份有限公司(下称“潮州三环”)。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。

潮州三环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。目前潮洲三环成为全球最大的SOFC电解质隔膜供应商,欧洲市场上最大的SOFC单电池供应商。

苏州华清创建于2010年,2018年7月公司签约投建徐州华清固体氧化物燃料电池项目。今年8月,苏州华清子公司徐州华清京昆能源有限公司(下称“徐州华清”)固体氧化物燃料电池项目首批20万片单电池片生产线投产试产。如果从系统层面来看,该项目是国内第一条产线,但电堆层面的第一条产线应该是潮州三环。

华清、清华大学、中国矿业大学(北京)还联合晋煤集团煤化工研究院共同开发以煤为原料的SOFC整体示范工程。2018年8月2日,晋煤集团煤化工研究院对外宣布,他们建设的全国首个以煤为原料的15kW SOFC项目在晋煤集团天溪煤制油分公司燃料电池实验室打通全流程,实现了煤经气化再通过固体氧化物燃料电池发电的工程示范。

国内还有一家布局SOFC的知名企业是潍柴动力。公司于2018年5月以4000余万英镑收购英国知名固体氧化物燃料电池开发商CeresPower20%股权,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CeresPower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。不过,截至目前,合资公司项目进展如何,尚未有消息传出。

此外,核心人员来自华中科技大学的武汉华科福赛新能源有限责任公司(简称:华科福赛)成立于2016年12月,致力于固体氧化物燃料电池发电系统研发生产;中广核集团旗下研究院——中广核研究院瞄向SOFC,2018年9月与哈工大(深圳)签订“固体氧化物燃料电池联合研发战略合作协议”;佛山索弗克氢能源有限公司设立于2015年,公司目前以管式固体氧化物燃料电池为主攻方向,主要研发电堆。这三家公司中,华科福赛、中广核研究院未听闻有建产线消息,佛山索弗克有条实验小线,处于技术研发阶段。

整体而言,国内SOFC企业大多在研发、做示范工程,真正具备量产能力的当属潮州三环,华清目前在试产中,临近规模化量产。

一名SOFC企业高层表示,一个新兴产业的启动,要么靠政府补贴,要么靠市场。目前政府在PEMFC投入了很多资源,如果能够补贴SOFC,相信市场推动起来会快很多。日本政府给家用燃料电池热电联供(ENE-FARM)中的SOFC(固体氧化物燃料电池)和PEFC(聚合物电解质燃料电池)燃料电池设备和安装费用进行补贴,对于产业推动作用很大。

“国内SOFC真正发展起来的一个前提是产业链各个环节都能受益。但目前国内市场前景不明朗,做了不知道什么时候才能盈利,导致产业链企业处于观望状态,相关资源也不愿意投入进来。”另一名资深人士说,其实国外SOFC已经做的很不错,如果国内资源能够调动起来,以优质产品来撬动市场,国内SOFC市场蛋糕会很大。

政策层面,政府在没看到产品之前(目前国内缺整套系统产品),不会凭空出台扶持政策,相信在有些企业的努力之下,能够得到政府层面的重视。

关键字:燃料电池

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