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前言:随着“30达峰、60中和”目标的提出,可以预计,未来40年,中国可再生能源装机量将迎来高潮。据全球能源互联网发展合作组织预测,到2050年、2060年,我国终端能源消费电气化率分别达到57%和66%,风、光发电量合计占比达到65%和70%。
(来源:微信公众号“香橙会研究院” ID:xch-club 作者:黄奕)
图1.1电力发展规划资料来源:全球能源互联网发展合作组织,香橙会研究院整理
但是,可再生能源存在明显的波动性,而电网频率波动不得超过±0.2Hz,须实时平衡,因此,风光电比重的提升将对电网提出严峻的考验。
2燃料电池分布式发电是解决方案之一
除了储能之外,燃料电池分布式发电被视为电网削峰填谷的另一解决方案,具备4大优点。(1)稳定性好:不受天气、时间和区域影响;(2)发电效率高,理论成本低;(3)天然气属于低碳清洁能源;(4)与现有基础设施相匹配。
表2.1发电效率比较资料来源:公开资料,香橙会研究院整理
从全球出货量和装机量情况来看,燃料电池市场主要由PEMFC、SOFC、PAFC构成。
图2.1全球各类型燃料电池出货量资料来源:E4tech
图2.2全球各类型燃料电池装机量资料来源:E4tech
PEMFC、SOFC、PAFC三种燃料电池均可用于分布式发电,各有优缺点。PAFC和SOFC均可用于大型商用分布式发电:PAFC技术最为成熟,最早开始商业化;SOFC具备对燃料没有特定要求、发电效率更高、无需贵金属铂催化剂、成本优势等优点。PEMFC由于需用到贵金属铂催化剂、燃料对CO有很高的要求、成本较高,通常用于小型家用分布式发电。
表2.2燃料电池分布式发电优缺点比较资料来源:公开资料,香橙会研究院整理
2020年,全球SOFC装机量147.5MW,同比增长38.11%;PAFC装机量132.2MW,同比增长0.99%。2009-2020年期间,SOFC装机量复合增长率56.10%;PAFC装机量复合增长率31.88%。
图2.3全球各类型燃料电池分布式发电装机量资料来源:E4tech,香橙会研究院整理
3全球燃料电池分布式发电发展格局
目前,全球燃料电池分布式发电主要由美国、韩国和日本三个国家推动。其中,美国以Bloom Energy为代表,主要发展SOFC大型商用分布式发电;韩国以斗山集团为代表,主要发展PAFC大型商用分布式发电;日本以松下和东芝为代表,主要发展PEMFC小型家用分布式发电。
3.1美国:Bloom Energy
在创立Bloom Energy之前,Dr. KR Sridhar曾参与NASA火星生命维持技术研究,为NASA构建了一套燃料电池,能够从太阳能电池板产生的电力中产生空气和燃料(SOFC的逆反应)。
2001年,在为NASA完成火星生命维持技术研究之后,Dr. KR Sridhar连同团队成立Ion America.Co(Bloom Energy前身)。
2002年,Ion America获得John Doerr和Kleiner Perkins首轮融资。Kleiner Perkins曾投资Google、Amazon.com等知名案例。
2006年9月,Ion America正式改名Bloom Energy。
2008年,耗费4亿美元、历史8年,Bloom Energy正式推出SOFC模块化产品Bloom Box及系统产品Bloom Energy Serve。与传统燃煤发电模式相比,Bloom Energy Serve发电效率是其两倍,而二氧化碳排放量可减少60%。
2008年7月,Bloom Energy获得首个商业化订单,为Google主要办公楼宇和数据中心安装400kW Bloom Energy Serve。其售价为70~80万美元,发电成本13~14美分/度,略高于加州电价11美元/度,在加州政府补贴后,发电成本为8~9美元/度。
截止2010年2月,Bloom Energy安装了30台Bloom Energy Serve。主要客户除Google之外,还包括ebay、联邦快递、沃尔玛等。
2012年,Bloom Energy为苹果位于北卡罗来纳州的数据中心安装了10MW的Bloom Energy Serve。
2014年7月,Bloom Energy与美国最大核电公司Exelon Co.签署战略合作协议,为加利福尼亚州、康涅狄格州、新泽西州、纽约州的75个商业设施提供Bloom Energy Serve。
2016年6月,Bloom Energy为苹果飞船总部安装了4MW的Bloom Energy Serve。
2017年8月,BloomEnergy为美国数据中心运营商Equinix公司部署37MW的Bloom Energy Serve。
2018年7月,BloomEnergy正式登陆正式登陆纽交所,股票代码为“BE”。根据IPO文件显示,截至2018年3月31日,BloomEnergy客户群包括财富100强企业中的25家,如AT&T、家得宝等,累计部署Bloom Energy Serve 312MW,自2014年以来复合增长率25%。上市首日,BloomEnergy股价大涨66.67%,首次公开交易日市值达26.5亿美元。
目前,Bloom Energy Serve已更新至第5代,单机输出功率从100kW提升至250kW,发电效率可高达65%。
图3.2 Bloom Energy部分客户一览资料来源:公开资料
3.2韩国:斗山集团
2014年,斗山集团收购美国Clear Edge Power,从而掌握PAFC技术并开始切入燃料电池分布式发电市场。
2020年7月,由斗山集团投资建设的大山燃料电池发电厂正式投入运营。该发电厂装配了114台斗山M400型号PAFC燃料电池,产品功率为400kW。发电厂氢气来源为工业副产氢,燃料电池总装机量达到50MW,是为目前全球最大燃料电池发电项目,发电量可达40万MWh,约可为附近16万户家庭提供24小时电力。
3.3日本:ENE-FARM(能源农场)
日本于2009年开始大范围推广家用燃料电池分布式发电系统——ENE-FARM。ENE-FARM具备应急电源功能,在居民家中断电的情况下可供电8天。同时,ENE-FARM无需特殊维护,在日本属于日常家用电器。
图3.5 ENE-FARM原理示意图资料来源:公开资料
表3.1 ENE-FARM产品一览资料来源:公开资料,香橙会研究院整理
销量方面,近十年以来,日本各品牌ENE-FARM产品累计销售30万套。价格方面,2019年,日本政府取消ENE-FARM项目补贴,目前产品售价仅为10.94万日元,约合6613元人民币。
2014年6月,在《氢能/燃料电池战略发展路线图》中,日本经济产业省提出2030年ENE-FARM安装530万套(约10%日本家庭)的发展目标。
图3.6 ENE-FARM销量及售价资料来源:公开资料,香橙会研究院整理
4最新动态
由于SOFC设备对燃料没有特定要求、发电效率更高、无需贵金属铂催化剂、成本优势等优点,因此,长远来看,SOFC在燃料电池商用分布式发电领域或将脱颖而出。
2020年10月19日,已经保有PAFC技术的斗山集团与英国Ceres Power签订战略合作协议,布局SOFC。该协议主要包含两个部分内容:(1)非排他性技术授权;(2)2023年底之前投资724亿韩元(约合4.2亿人民币)建成产能50MW SOFC产线,2024年实现量产。
同年12月,博世宣布,开始批量生产基于Ceres Power StellCell专利技术的SOFC,并开始向欧洲全面布局。初期于德国推广,计划初步建成200MW SOFC发电设施。
Ceres Power简介
Ceres Power成立于2004年7月,其StellCell专利技术源自英国帝国理工学院的Prof.Brian Steele。
2004年11月25,Ceres Power登入伦敦证券交易所,股票代码为“CWR”。2018年6月,潍柴动力(000388.SZ)耗资4000万英镑收购英国Ceres Power(CWR.L)19.8%的股权,并共同于中国设立合资公司,Ceres Power授权该公司非排他性的StellCell专利技术。
2018年8月20日,博世耗资770万英镑收购英国Ceres Power 3.9%的股权。Ceres Power采取典型的轻资产商业模式,通过技术授权、合资等方式实现StellCell专利技术的转化。目前Ceres Power战略合作伙伴有:潍柴动力、博世、斗山等。
2021年3月17日,Ceres Power增发募资1.81亿英镑,其中,博世、斗山、潍柴合计认购9千万英镑。
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