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歐盟聯(lián)合研究中心（JRC）發(fā)布《大型固定式燃料電池的全球部署——驅動因素和障礙》報告[1]，分析了全球燃料電池安裝容量大于200千瓦的美國、日本、韓國和歐盟等國家與地區(qū)在質子膜燃料電池等5個主要技術領域的部署現(xiàn)狀及其各自的驅動因素和障礙。   全球固定式燃料電池的部署現(xiàn)狀 目前，大型固定式燃料電池設備多由公共事業(yè)部門部署，全球的分布式發(fā)電和熱電網中已經安裝了額定功率超過200千瓦的大型固定式燃料電池系統(tǒng)，美國和韓國安裝量所占份額最大。2017年之前，熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）、固體氧化物燃料電池（SOFC）和磷酸燃料電池（PAFC）三種技術占據(jù)主導地位，其中MCFC所占份額最大，PAFC近5年增速最快。質子交換膜燃料電池（PEMFC）和堿性燃料電池（AFC）技術僅部署了少量的大容量裝置。 1 磷酸燃料電池（PAFC） 全球PAFC安裝量約200兆瓦，美國在五年前的安裝量才有了較大幅度的增長。日本東芝和三菱電機等公司的產品商業(yè)化比較成功，富士電機可以為后備能源市場提供壽命為15年的100千瓦PAFC；美國西屋公司等制造商在20世紀90年代將對PAFC的興趣轉向了SOFC，安裝的系統(tǒng)主要來自UTC公司。迄今為止，韓國安裝的PAFC容量約為130兆瓦，且增長勢頭仍然強勁，主要技術提供商是斗山公司。歐洲資助的PAFC系統(tǒng)示范工程大多數(shù)規(guī)模較小，技術依賴于美國或日本，本國的研究很少。 2 熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC） 在全球部署的大型固定燃料電池裝置中，MCFC技術占很大比例。美國的Fuel Cell Energy一直是該技術的主要制造商，幾乎提供了全球安裝的所有系統(tǒng)。美國和韓國是近年來采用PAFC技術的主要國家。韓國所安裝的325兆瓦燃料電池中有一半以上由MCFC提供；美國因為MCFC有碳捕獲能力而格外關注該技術；歐盟框架計劃的研究重點從最初的基礎研究轉向技術升級和示范，最終又回歸到基礎研究。 3 固體氧化物燃料電池（SOFC） SOFC在全球安裝的大型固定式燃料電池中所占比重較大，僅次于MCFC，大部分設備都由美國Bloom Energy公司生產。在美國，燃料電池系統(tǒng)可以享受稅收減免和國家補貼，Bloom Energy在美國安裝了超過200兆瓦的設備，它不銷售燃料電池，而是通過電力購買協(xié)議（PPA）售電。日本的SOFC研發(fā)非常活躍且市場很大，擁有三菱重工等國際知名企業(yè)，受公共資金支持，目前致力于電池性能退化等基礎問題的解決，主要面向能量需求為1千瓦左右的住宅。歐洲只有大型固定燃料電池有市場，其研發(fā)主要針對住宅領域，框架計劃主要涉及SOFC的升級、在海事領域的應用、微型生物質熱電聯(lián)產技術，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織資助了與微型燃氣輪機的集成及降低電池系統(tǒng)成本的相關項目。 4 質子交換膜燃料電池（PEMFC） 大規(guī)模固定PEMFC的全球部署量占比相對較小，主要應用于運輸領域，其次是小規(guī)模住宅。該技術得到日本公共資金的大力支持，針對住宅和交通領域制定了詳細的戰(zhàn)略目標，并為基礎研究、產品開發(fā)提供補貼支持；美國的研發(fā)重點面向燃料電池電動汽車，巴拉德公司在該技術領域占據(jù)了主導地位，主要關注運輸應用；歐盟的FP5至FP7框架計劃分別針對50千瓦不間斷電源、面向運輸部門的PEMFC和SOFC技術、兆瓦級別的質子交換膜技術進行了研發(fā)。 5 堿性燃料電池（AFC） AFC沒有被大規(guī)模或廣泛應用。20世紀90年代，各大公司對AFC的研究基本上都被放棄了。2006年，英國AFC Energy開發(fā)的技術得到了應用，2017年該公司開發(fā)1兆瓦系統(tǒng)所產生的電力出售給了當?shù)仉娋W。以色列的GenCell主要致力于利用AFC開發(fā)5千瓦范圍內的備用電源，以替代柴油發(fā)動機。 主要國家情況 韓國 韓國是世界第八大能源消費國，是主要的能源進口國，每年排放大量溫室氣體，且其空氣質量在35個發(fā)達經濟體中最差。利用可再生能源發(fā)電的方式促使發(fā)電部門脫碳的前景并不樂觀，高度依賴天然氣發(fā)電，但幾乎所有天然氣都需從海外進口。燃料電池被韓國政府視為新的可再生能源（NRE）來源。可再生能源組合標準（RPS）要求電力公司和獨立電力生產商（大于500兆瓦發(fā)電容量）安裝NRE技術或購買NRE信用額度。大規(guī)模固定式燃料電池的累計部署總裝機容量已達到約300兆瓦，并將增加到600兆瓦。PAFC和MCFC占主導地位，前者增長較快。2009～2013年韓國政府支持燃料電池技術發(fā)展的平均資助額度超過470億韓元，且提供安裝補貼，補貼額占示范項目成本的80%。公共事業(yè)公司須為RPS開發(fā)能源基礎設施。其燃料電池發(fā)電技術均來自美國。國家法規(guī)、低空間需求、發(fā)展態(tài)勢良好的天然氣發(fā)電網絡是韓國成功部署燃料電池的原因。但是韓國的點火價差[2]較低，燃料電池系統(tǒng)商業(yè)化動力不足，因此必須采取激勵措施。 日本 日本是能源凈進口國，重視能源安全及溫室氣體排放，試圖通過能源的多樣化增強抵御自然災害的能力。氫被視為利用可再生能源的一種手段，制定了專門的氫能戰(zhàn)略以減少能源供應的總體碳足跡，但日本還不能確定氫能發(fā)電是否屬于“能源供應優(yōu)化法案”中的非化石能源。日本是世界上燃料電池領域獲得公共資金支持最多的國家，但少有大型固定燃料電池項目，東芝、三菱和松下等大型企業(yè)是燃料電池開發(fā)的主體，目前重點開拓1千瓦范圍內PEMFC和SOFC的住宅市場。日本的點火價差較高且穩(wěn)定，燃料電池的發(fā)展前景良好。 美國 美國能源價格高，極端天氣導致電網停電事故頻發(fā)，重視溫室氣體的排放。2005～2015年，美國聯(lián)邦政府在氫燃料電池技術開發(fā)方面投入了大約21億美元，美國能源部負責協(xié)調公共資金，能源部SECA項目負責協(xié)調相關的技術研發(fā)，MCFC、PAFC、SOFC技術占主導地位，客戶往往是大型公共服務提供商。安裝容量超過500兆瓦，集中分布在加利福尼亞和康涅狄格州。公立機構以獲得國家排放標準認證、不受空氣許可要求限制等措施對燃料電池技術給予政策支持。在康州，公用設施公司將安裝燃料電池的成本可合法附加在最終客戶身上。在加州，要求天然氣發(fā)電必須100%被可再生資源（如沼氣）取代才能獲得資助。美國點火價差較高，燃料電池具有經濟可行性。 歐盟 歐洲電網價格低且電網可靠性好，客戶對備用電源的需求相應較低。歐洲的燃料電池裝機容量僅約16兆瓦，專門針對用于發(fā)電和熱電聯(lián)產的大規(guī)模固定燃料電池的投資水平較低，鼓勵使用可再生能源資源，但沒有任何激勵計劃用于分布式發(fā)電或燃料電池可再生能源設備的安裝。重點支持對將可再生能源資源整合到輸配電網中及使用能源儲存系統(tǒng)對利用可再生資源制備的不穩(wěn)定能源進行集成。意大利、英國和德國是利用燃氣電網基礎設施使燃料電池商業(yè)化的條件最成熟的國家，德國研發(fā)面向的是汽車、住宅行業(yè)以及海事等應用領域。西班牙點火價差較高，燃料電池的經濟可行性較好。芬蘭的點火價差較低，安裝燃料電池的動力較小。 結論 過去十年，全球固定燃料電池的開發(fā)和部署已經實現(xiàn)了強勁增長，美國加利福尼亞州、康涅狄格州和韓國的固定式燃料電池安裝總容量約占全球70%以上。三家專業(yè)公司分別主導了三種主要技術：美國FuelCell Energy（MCFC），美國Bloom Energy（SOFC）和韓國斗山燃料電池（PAFC），且主要依賴公共資金支持。美國和韓國的公共資金并沒支持特定的某類燃料電池技術，而是同時支持多種技術升級。 歐盟在大型固定燃料電池領域擁有專有技術，但燃料電池公司大多專注于中小規(guī)模應用，需要出臺大量的財政激勵措施，才能使大規(guī)模固定式燃料電池達到與美國和韓國相同的部署水平：①在歐盟針對特定應用的現(xiàn)有技術升級項目推出專門支持。②大規(guī)模部署不依賴于歐盟內部開發(fā)技術的相關項目，這類似于韓國采取的方法。現(xiàn)在難以證明使用歐盟以外（主要是美國）的技術是否正確，但可以通過歐洲供應鏈或制造基地的長期發(fā)展看出這一舉措的效果。 對燃料電池技術進行投資有助于降低燃料電池的成本、提高其可靠性和耐久性。只有擁有強大的面向住宅應用的固定燃料電池制造基地、合適的激勵措施才可以使燃料電池使用擴大到更大規(guī)模。點火價差的分析表明，某些國家可能較適合燃料電池技術的商業(yè)化。 [1] Global deployment of large capacity stationary fuel cells. https://publications./en/publication-detail/-/publication/d5b49b34-6a28-11e9-9f05-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF [2] “點火價差”指的是電價與天然氣價格之間的差異。從經濟角度看，如果這個差異足夠大，利用天然氣（通過燃氣發(fā)動機或燃料電池系統(tǒng)）發(fā)電而不是購買電力可能更具吸引力 （作者張超星單位：中科院科技戰(zhàn)略咨詢研究院）  |
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