隨著能源安全、氣候環(huán)境問題的加劇，近年來全球掀起了一輪新能源的發(fā)展熱潮。在中國，山上林立的白色風(fēng)力發(fā)電機(jī)、成片散布的黑色太陽能電池板，還有街道上越來越多的“綠牌”電動(dòng)汽車，正快速走入我們的生活。

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2020年，在第75屆聯(lián)合國大會(huì)上，習(xí)近平總書記提出“中國將提高國家自主貢獻(xiàn)力度，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的目標(biāo)。要實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，最重要的途徑之一就是改變我國的能源技術(shù)結(jié)構(gòu)。

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截至目前，我國發(fā)電總量近六成依舊是煤炭火力發(fā)電貢獻(xiàn)的。傳統(tǒng)火電是基于煤炭燃燒加熱水蒸氣，推動(dòng)蒸汽輪轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電，能量轉(zhuǎn)換效率低（30~40%）、二氧化碳（CO₂）排放量大。近年來，我國在推動(dòng)新能源汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展進(jìn)程中成績顯著，2021年，我國以電動(dòng)汽車為代表的新能源乘運(yùn)車占全球市場份額的53%。然而，電動(dòng)汽車的電能來源于電網(wǎng)，在沒有改變能源技術(shù)結(jié)構(gòu)之前，由于新能源電動(dòng)汽車使用的電能主要來源于電網(wǎng)，追溯至源頭依舊是“不夠清潔”的。在此背景下，全球都在探索新型高效清潔的能量轉(zhuǎn)換技術(shù)。

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燃料電池技術(shù)是繼水力、火力和核能之后的第四代發(fā)電技術(shù)。燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)將燃料中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換成電能，就像一位老掌柜“精打細(xì)算”地利用好每一粒燃料分子，將燃料分子中的電子直接取出來供給用電側(cè)，這個(gè)過程比“一股腦”的燃燒更加可控、充分，能量轉(zhuǎn)換效率自然會(huì)更高，排放物也會(huì)更加清潔。

SOFC電池單元工作原理示意圖

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固體氧化物燃料電池（SOFC），也稱作陶瓷燃料電池，它工作在600~1000℃的高溫下，所以反應(yīng)活性極高。在所有燃料電池構(gòu)型中，它的能量轉(zhuǎn)換效率是最高的（發(fā)電效率可達(dá)65%）。此外，它還具有安靜無噪音、綠色低排放、燃料來源廣泛等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，越來越多的國家提升了對SOFC技術(shù)的關(guān)注度和重視度，并陸續(xù)投入了大量資金進(jìn)行該項(xiàng)技術(shù)的研發(fā)。

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我們經(jīng)常聽到的氫燃料電池一般特指質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）。這是由于該構(gòu)型的燃料電池只能用純氫氣（H2）作為燃料。GB/T37244-2018《質(zhì)子交換膜燃料電池汽車用燃料氫氣》指出，車用純氫單一雜質(zhì)含量需要滿足：CO≤0.2ppm（千萬分之二）。也就是說，如果燃料中一氧化碳（CO）含量高于0.2ppm（千萬分之二）就可能導(dǎo)致電池?fù)p壞。相比之下，SOFC更加強(qiáng)大。因?yàn)樵诟邷叵拢剂系难趸瘎?dòng)力學(xué)問題被改善，除了氫氣，SOFC還可以采用天然氣、合成氣（CO、H2等混合氣）、生物質(zhì)氣（如沼氣）等為原料，也可以采用煤制氣、煤層氣、頁巖氣、工業(yè)副產(chǎn)氣等為原料，促使傳統(tǒng)化石能源轉(zhuǎn)化效率提升，降低CO2排放，實(shí)現(xiàn)化石能源的清潔高效利用。因此，SOFC也被譽(yù)為“吃粗糧的大力士”。

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2022年1月24日，在中共中央政治局就努力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)集體學(xué)習(xí)會(huì)上，習(xí)近平總書記指出 “推動(dòng)能源革命，要立足我國能源資源稟賦，堅(jiān)持先立后破，通盤謀劃”“要狠抓綠色低碳技術(shù)攻關(guān)，加快先進(jìn)適用技術(shù)研發(fā)和推廣應(yīng)用。”在我國“富煤、缺油、少氣”的能源資源稟賦下，SOFC技術(shù)為煤炭的清潔高效利用提供了重要思路。

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除了煤炭等化石能源的高效清潔利用外，SOFC在數(shù)據(jù)中心冷電聯(lián)供、船舶電源、沼氣垃圾填埋氣發(fā)電、醫(yī)院酒店分布式發(fā)電等場景都有重要應(yīng)用，能源利用效率高達(dá)85%以上。

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SOFC正向運(yùn)行可以發(fā)電，逆向運(yùn)行即為固體氧化物電解池（SOEC）。隨著風(fēng)能、太陽能等可再生能源裝機(jī)容量不斷上升，發(fā)電與負(fù)荷不匹配產(chǎn)生的棄電問題會(huì)越來越嚴(yán)重。SOEC可以通過電解水（H2O）制氫，把這部分原本浪費(fèi)掉的電能儲(chǔ)存到氫氣中，電解效率高達(dá)85%~95%，遠(yuǎn)高于其他電解水技術(shù)。據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計(jì)2050年我國電解水制氫裝備市場規(guī)模可以超過7000億元。2022年3月23日，國家發(fā)改委發(fā)布了《氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展中長期規(guī)劃（2021-2035年）》，著重提到固體氧化物電解水制氫的技術(shù)攻關(guān)。據(jù)美國Bloom Energy公司統(tǒng)計(jì)，全球SOFC、SOEC市場規(guī)模將達(dá)2萬億美元。

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SOFC技術(shù)作為最前沿，最高效的燃料電池技術(shù)，也是公認(rèn)的開發(fā)難度最高的燃料電池技術(shù)，即使在全球范圍內(nèi)，也很少有企業(yè)有能力突破。三環(huán)集團(tuán)自2004年開始從事SOFC研發(fā)與生產(chǎn)，長達(dá)18年的持續(xù)投入和技術(shù)攻關(guān)，使三環(huán)集團(tuán)成為全球SOFC產(chǎn)業(yè)鏈的核心環(huán)節(jié)之一。隨著SOFC系統(tǒng)的成功研發(fā)，三環(huán)集團(tuán)掌握了從材料到單電池，再到電堆，最后到系統(tǒng)的研發(fā)和生產(chǎn)能力，貫穿了SOFC的全技術(shù)鏈條。這一切成就正是源于三環(huán)人的智慧和魄力，以及不懈奮斗追求的優(yōu)秀品質(zhì)。

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能源是人類文明進(jìn)步的重要物質(zhì)基礎(chǔ)和動(dòng)力，攸關(guān)國計(jì)民生和國家安全。SOFC技術(shù)既能實(shí)現(xiàn)煤炭、天然氣等化石能源的高效低碳利用，還能實(shí)現(xiàn)氫能的綠色高效利用，是從“實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和目標(biāo)”到“保障國家能源安全”的無雙利器。現(xiàn)如今，我國步入構(gòu)建現(xiàn)代能源體系的新階段，SOFC技術(shù)在推動(dòng)能源革命進(jìn)程中必將發(fā)揮重要作用。

文?/ 研究院

轉(zhuǎn)載自?/?三環(huán)集團(tuán)資訊中心

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