中廣核 這些企業也盯著SOFC

11月22日,濰柴動力在發佈的對外投資活動記錄中再次強調,氫燃料電池和固態氧化物燃料電池(SOFC)是公司重點發展方向,目前已掌控對應新能源業務優質資源。

無獨有偶,11月17日中廣核研究院高級工程師張淑興在“2018中外工程師大會暨中國(深圳)氫能及燃料電池高峰論壇”上也公開表示中廣核正在對SOFC進行技術攻關。

SOFC是在中高工作溫度下,直接將儲存在燃料和氧化集中的化學能轉化為電能的全固體化學發電的裝置,無需使用Pt(鉑)等昂貴的催化劑,且具備對環境友好、汙染小、噪音低、燃料適應性廣(可用天然氣、甲烷、沼氣等)發電和熱點聯產效率高的特點(發電效率可達45%-60%,熱點聯產效率超80%),是所有碳機燃氣最高效的能源利用方式。

此外,SOFC逆向運行製備SOEC 的技術也非常有價值,是實現電能和化學能之間高效轉化和存儲的關鍵技術。SOEC不僅可以電解水制氫,也可以電解二氧化碳,助力燃油氣實現二氧化碳捕捉和循環利用。

基於以上優點,SOFC可作為小型動力電源、家庭熱電聯產功能系統、分佈式發電系統、大型電站等,功率範圍覆蓋瓦級到兆瓦級,具有廣泛的應用場景。

在家用領域,與更早上市的PEFC產品相比,SOFC不僅發電效率更高,部件個數也將減至1/3左右,由於電池餘熱品質高,經過熱回收系統SOFC可以以熱水或供暖的形式使用,進而放寬家用熱水罐尺寸限制。

但投入大、研發難度高等因素極大的限制了SOFC的商業化應用,整體來看歐美、日、澳等國對SOFC的研究和應用已逐步完善,陸續實現300W-200kW電池應用。

國內SOFC尚處於技術攻關階段,SOFC系統集成的多物理場、耦合平衡與控制系統設計兩大核心難題還未被妥善解決。

我國關於SOFC的研究最早始於1970年代,1990年以後,在國家科技部、國家發改委、中科院等的資助支持下,多家高校和機構展開了對SOFC關鍵材料和製備工藝的探索和研究工作。

隨著近年來,國內氫能和燃料電池產業扶持政策進一步明確,國內大型企業也逐漸導入SOFC佈局,相信隨著大型企業和資本的扛鼎入局,國內SOFC電池研發將取得進一步發展。

以下為國內外部分SOFC企業概況:

西門子西屋電力公司(Siemens Westinghouse Power Generation)


不僅濰柴動力/中廣核 這些企業也盯著SOFC


Siemens是管式SOFC的先行者,其開發的無密封高溫式SOFC具有長壽命、高可靠性和耐熱循環等特點,創造了在1000℃運行上萬小時無衰減的記錄。

早在1986年,Siemens研發的400 W管式SOFC電池組在美國田納西州運行成功,並後續在東京、荷蘭、大阪、加州等地進行了超萬小時的實驗運行。2000年,Siemens設計製造了世界上第一臺220 kW的SOFC /GT聯合循環電站。

Siemens不但試驗了多個kW級SOFC,而且正在研究MW級SOFC與燃氣輪機發電系統。

布盧姆能源公司(Bloom Energy)


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Bloom Energy是目前SOFC行業內技術力量最強,運作最成功的公司之一,其採用電解質支撐電池技術,主要生產SOFC分佈式電源,產品包括ES5、ES-5700、ES5710等。

其推出的模塊化設計類似於一個構建塊,可以將任何數量的系統在不同的配置中聚集在一起,每臺能源服務器產生200-300kW電力,形成從數百千瓦到數十兆瓦的解決方案。

目前,Bloom Energy公司開發的SOFC發電系統規格覆蓋100-250kW,主要發展方向為長壽命、低衰減及大功率系統,已在全球500多個站點,部署了數百兆瓦的解決方案 為包括蘋果、谷歌、eBay、易趣、AT&T、NTT等公司在內的客戶提供了超200套SOFC系統。

2018年6月,Bloom Energy向美國證券交易委員會提交註冊聲明,擬在紐約證券交易所上市。

英國錫里斯動力控股有限公司(Ceres Power)


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Ceres Power專業從事適用於多種燃料氣(石油液化氣、天然氣、甲醇及氫氣等)的SOFC電池堆開發。

其技術源於英國帝國理工大學,採用氧化釓摻雜氧化鈰基材料作電解質,不鏽鋼作為支撐和連接材料,金屬支撐體使電池的支撐功能和導電功能分離。

Ceres Power特有的SteelCell®技術,已持續研究開發近16年,擁有約50項專利,具有功率密度高、製造成本低等優勢,產品覆蓋住宅、數據中心、商業發電和汽車四個應用領域。

2018年5月,濰柴動力擬投資4000餘萬英鎊,持有Ceres Power 20%股權,雙方計劃2019年前在中國開發和演示CNG燃料SteelCell®SOFC混合動力電動公交車,2020年前在華成立合資公司,加快推動SOFC技術在中國市場的商業化。

通用電氣(GE)


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GE的SOFC技術源於國家能源技術實驗室,主要開發用於兆瓦級集成氣化燃料電池動力裝置的SOFC。

2017年初,GE表示已經設計、製造和測試了50 kW量級的SOFC先導系統,並已在著手1.3MW HSOFC系統的試點工作。在實際應用過程中,GE的SOFC系統發電效率達60%,電氣輸出可達1.0MW,具備1-10MW分佈式電源模塊提供能力,已實現最小站點安裝。

此外,GE研發的全新SOFC技術,用不鏽鋼代替鉑和稀土元素,發電效率可達65%,當系統配置為捕獲廢熱時,其總體效率可增長到95%。

加拿大環球熱電公司(Global Thermoelectric)


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Global在中溫平板型 SOFC 研發領域具有重要的地位。其工作溫度1023k陰極負載的SOFC,單個燃料電池輸出功率密度大於1W/cm2,電池堆輸出功率密度大於600mW/cm2,電解質YSZ厚度可達5-10μm。

通過特有的集成製造工藝(TSC II),製造Global的電池能夠進行多次熱循環和電負載循環。 在6000小時的測試中證明,在0.55A / cm2的電流密度下,每1000小時的長期降解率約為1%。

據稱,Global目前能夠生產體積相當於5MW/年的電池,產量高達90%,每千瓦電池成本(直接人工和材料)減少65%。

三菱日立(MHPS)


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三菱日立採用管狀結構的SOFC電堆技術,擁有固體氧化物燃料電池(SOFC)和微型燃氣輪機(MGT)的混合系統產品。其SOFC和燃氣渦輪、蒸汽渦輪的聯合發電機組,電效率約45%,綜合電效率約60%。

2015年,三菱日立向九州大學提供的SOFC-MGT混合動力系統原型機,在不損壞燃料電池的情況下持續穩定發電累計超10000小時。2016-2017年三菱日立向豐田、NGK、東京燃氣、大成等企業安裝運行了4臺250kW樣機。

通過實際運營驗證,三菱日立SOFC-MGT混合動力系統得到簡化,系統緊湊(體積和長度減少了23%),系統成本有效降低。

FuelCell Energy


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在美國能源部(DOE)的支持下,FuelCell Energy構建並測試了50 kW SOFC概念驗證電源系統,該電源系統以55%的效率(HHV)集成到電網中,在1500小時的運行中,堆棧降級率為0.9%/ 1000小時。

2015年,FuelCell Energy的50KW SOFC已在康涅狄格州丹伯裡併網運行,互連式100KW SOFC在2016年在丹伯裡投入運行,並著手建造400KW的SOFC。

現階段,FuelCell EnergySOFC技術能夠達到60%效率,加上餘熱利用率可達到80-85%,處於世界領先水平。

晉煤集團


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2018年8月,全國首套以煤為原料的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,實現了從煤經氣化再通過SOFC發電示範。

該項目系晉煤集團承擔的山西省重點科技攻關項目,最終目標是建立以煤為原料的SOFC整體示範工程。項目完成了從粉體材料-單電池-電堆-發電系統集成的研究,對電堆、發電系統的各項指標進行了多次試驗,實現了SOFC高效、清潔發電。

寧波索福人能源技術有限公司


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寧波索福人能源創立於2014年,主要從事SOFC發電系統研發,具備從粉末、電池、電堆到系統的產品提供能力,主要產品有ASC 30電堆(700W)、ASC 30電堆(2kW)、ASC 60電堆等。

據稱,其體積增加2倍的30單元電池堆(14cm×14cm×8cm)峰值功率在750℃達到2.6kW,放電電流達到128A,運行功率大於2kW。在電池堆自熱運行的條件下,功率達到2.2kW,放電電流90A,電池單體平均電壓0.8V,燃料利用率68%時,電效率達到44%,運行時體積功率密度大於1.4kW/L。

蘇州華清京昆新能源科技有限公司


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華清新能源創建於2010年,SOFC相關產品包括SOFC單電池、電堆、發電系統和千瓦級測試系統等,其中電堆主要有HS-101型、HS-102型、HS-102型等。

目前華清能源已完成產品中試試驗,實現SOFC關鍵材料、電池核心元件、電堆模塊集成和獨立發電系統技術貫通。


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