【原】Bloom Energy Japan：革新業務——工業用固體氧化物燃料電池（Bloom能源服務器）的介紹

近來，“分布式能源系統”一詞備受關注。2014年日本內閣會議決定的“能源基本計劃”中，提出“利用蓄電池和燃料電池技術等擴大分布式能源系統的普及”。2016年，日本經濟產業省基于該“能源基本計劃”的內容，制定了“能源創新戰略”，其中，“分布式能源系統”作為新型能源系統備受矚目。但是分布式電源仍存在許多問題。

眾所周知，用作分布式電源的燃氣輪機發電機和柴油發電機等的發電效率（30%～40%）與電力公司擁有的大型集中式燃氣輪機發電機的發電效率（超過40%）相比稍遜一籌。通常，通過應用可以同時使用電力以及利用廢熱的熱電聯產系統，綜合效率可以提高到80～90%左右，實現能源的有效利用。

然而，盡管熱電聯產系統的綜合效率優異，但是僅在對供熱有較高需求的地方才能充分發揮該系統的高綜合效率。因此，對于僅需使用電力，而對廢熱利用無特別需求的消費者而言，熱電聯產系統有時無法實現理論上的綜合效率。

與之相比，Bloom Energy Japan的創新型燃料電池Bloom能源服務器通過內部循環發電過程中產生的熱量并加以利用，成功地將發電效率提高到60％以上（初始值）。此外，Bloom能源服務器全年365天、全天24小時采用遠程監控系統，以便在設備出現故障時保持監控狀態，因此可以根據客戶的使用狀況提出最佳的維護時間。

本文將介紹一種新型分布式電源——Bloom能源服務器，以及其在日本的安裝示例。

Bloom能源服務器的設計概念并非旨在通過獨立運行而為目標設備提供100％的用電量，而是以Bloom能源服務器和電網電力并用為基礎。具體而言，利用發電效率高的Bloom能源服務器來提供可全天使用的基本負荷電源，并用電網電力來補充需求變動的部分。

Bloom能源服務器具有連接模塊型外殼結構，由4個發電模塊（約50kW/l模塊）、1個并網逆變器、1個獨立運行逆變器、1個脫硫模塊、1個備用空模塊，共計8個模塊構成一個200kW燃料電池發電系統單元。

在維護方面，無需同時停止所有發電模塊即可對單個模塊進行維護，因此能夠確保整個系統電力的持續供應。

此外，由發電模塊產生的電力分為兩部分，一部分經由并網逆變器從電網電力向通常負荷供給，另一部分通過獨立運行逆變器直接供給重要負荷。由于這兩個逆變器模塊中安裝了多個盒式逆變器，可提供足夠冗余，系統完全停機的風險很小，因此是高度可靠的發電系統。

燃氣輪機發電機、柴油發動機發電機等分布式電源通常被用作應急電源，在無法使用電網電力時發揮作用，因此運行的可靠性十分重要。在數據中心和醫院等停電時必須確保電力供應的地方，通常會將多臺發電機和UPS（Uninterruptible Power System：不間斷電源）組合起來，以便即使一臺應急電源出現故障也可以維持運轉。如上所述，考慮到重要負荷，Bloom能源服務器的設備本身也具有冗余設計，因此盡管它是常規電源，但也可以用作應急電源。

此外，除了作為發電系統的冗余性之外，Bloom能源服務器的燃料還由抗災性強的中壓燃氣管提供。普通的應急發電機需要燃料儲罐等，但是Bloom能源服務器直接從中壓燃氣管接收氣體，因此即使在發生災害而無法補給燃料的情況下，運行時間也沒有限制。

中壓燃氣管是普通家用低壓燃氣管分流前的管道，焊接后非常堅固。據報道，即使在東日本大地震期間，許多地方都停止了低壓氣體的供應，中壓燃氣管也沒有受到影響，因此可以認為即使發生大規模災害，中壓燃氣管的燃氣供給也不會停止。由于Bloom能源服務器本身的可靠性以及通過耐震的中壓燃氣管的燃料供給，該Bloom能源服務器可用作受災時能穩定運行的新型電源BCP（Business Continuity Planning，業務連續性計劃）。

目前，美國已引入了超500臺300MW以上的Bloom能源服務器，而日本尚處于導入初期。截至2020年7月，日本國內共引入8臺能源服務器，總功率為2750kW，用于呼叫中心、服務器機房、工廠的生產設備、冷凍·冷藏設備等在電網電力出現故障的情況下必須確保供電的地方。

4.1 大阪府中央批發市場的案例

大阪府中央批發市場（茨木市宮島，見圖1）安裝了1200kW（200kW x 6單元）的Bloom能源服務器，并于2015年3月9日開始運行，是日本最大的SOFC燃料電池運行實例。

批發市場擔負著在緊急情況下向周圍地區供應食物的重要責任，因此在受災導致停電的情況下，確保市場中大型冷凍和冷藏設施的電源供應成為重要課題。2014年7月底，作為更新應急發電機時的新解決方案，批發市場進行了使用新能源設備的低碳·分布式電源引進示范項目的公開招標，最終決定引入符合低碳·分布式電源條件的Bloom能源服務器。

此外，批發市場內的大型冷凍和冷藏設備為了支持大阪府的食品物流，需要全年365天、全天24小時無休工作，因此Bloom能源服務器可用作基本負荷電源的功能非常符合使用要求。而且，在環境方面，用電產生的二氧化碳排放量與過去相比削減了35.7％（2015年），這使其成為有助于地方政府推行環保政策的發電設施。特別是在2018年6月18日發生的大阪北部地震中，批發市場距震源只有1公里，盡管地震烈度在6級左右，但發電完全沒有受到影響，證實了上述通過耐震的中壓燃氣管進行燃料供給以及系統的高可靠性。

圖1　Bloom能源服務器的引入例

（輸出1200kW，大阪府中央批發市場）

4.2 富士通先端科技·熊谷服務解決方案中心的案例

如何與城市燃氣管道連接是引入Bloom能源服務器時面臨的課題之一。在城市地區，氣體管道通常埋在設施附近，很容易連接，但是在郊區，附近可能沒有燃氣管道，由此導致一些引入項目擱置。

2020年1月31日開設的富士通先端科技·熊谷服務解決方案中心（圖2）成為日本國內第三個不使用城市燃氣管道，而是利用可現場供應天然氣的LNG衛星提供燃料運行的案例。

針對富士通先端科技·熊谷服務解決方案中心提供的面向流通業和金融機構的服務，通過全年365天、全天24小時連續供電，有望在節省能源和減少二氧化碳排放的同時有效供給年用電總量的50％以上。

圖2  Bloom能源服務器的引入例

（輸出250kW，富士通先端科技·熊谷服務解決方案中心）

4.3 橫濱市政府新政府大樓的案例

作為市政府提出的減少二氧化碳排放量工作的一環，橫濱市于2020年5月17日開始在新政府大樓（橫濱市中區，見圖3）運行200kW的Bloom能源服務器。服務器安裝在議會大樓的8樓，預計將提供新政府大樓所需年電力消耗量的10%左右。此外，該服務器在停電時可以為新政府大樓的一部分功能供電，并且有望用作在受災時既可以繼續維持行政功能又可以改善環境的解決方案。

全球范圍內關于可持續發展的措施不斷擴大，但有望作為清潔能源在未來發展的商業·工業用燃料電池仍然存在許多問題。

雖然在性能方面其已經超過了傳統的應急發電機，但尤其是在成本方面，預計還需一段時間才能實現電網平價。

因此，為了廣泛普及，不僅要從單純的電力供給角度出發，更重要的是，還應通過向客戶提供附加價值（例如本文所述電力的BCP措施等）來使引入更有意義。

隨著導入擴大→成本降低→導入再擴大的良性循環的達成，整個燃料電池行業將呈現新景象。