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構建“清潔、低碳、安全、高效”的現代能源體系,必須依托新型能源技術的突破。氫能是未來最重要的能源載體,固體氧化物燃料電池技術能夠實現氫能和現有化石燃料清潔高效利用,在“雙碳”目標背景下,SOFC 技術將有利助推我國能源結構綠色低碳轉型和煤炭清潔利用,具有較高的戰略意義。
內燃機與動力系統全國重點實驗室主任譚旭光介紹濰柴SOFC產品技術及應用情況
2023年2月18日,濰柴發布全球首款大功率金屬支撐商業化SOFC(固體氧化物燃料電池)產品。該產品的熱電聯產效率高達92.55%,創下了大功率SOFC熱電聯產系統效率全球最高紀錄,并且獲得了國際權威檢測機構德國TüV南德意志集團的現場認證。
布局SOFC,掌控核心技術
SOFC屬于第三代燃料電池,是一種在高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的化學能高效、環境友好地轉化成電能的新型發電裝置,是目前全球范圍內發電效率最高的新能源技術路線,被普遍認為在未來具有很高的應用前景。與其他燃料電池相比,SOFC具有適應性強、發電效率高、能量密度高、轉化效率高、安裝便捷等優勢。
在全球范圍內,美國、歐洲、日本等發達國家和地區在SOFC技術方面處于領先水平,部分地區已實現SOFC技術商業化運行。與歐美日等發達國家相比,我國SOFC研究起步晚,目前市場仍處于發展初期,在技術水平、基礎研究、商業化應用、人才培養、標準體系等方面存在一定差距。
濰柴從2018年開始布局SOFC業務,戰略投資全球領先的SOFC技術公司英國希鋰斯,并成為其第一大股東。截至目前,累計投入20億元,雙方組建了以百名博士為主的研發團隊。經過5年努力,實現了SOFC技術的工程化突破,全面掌控了新一代SOFC關鍵核心技術。
功率擴展,實現重大突破
濰柴本次發布的全球首款大功率金屬支撐商業化SOFC產品,系統功率達到120kW,支持模塊化安裝,可將功率擴展至兆瓦級,實現了重大技術突破:
第一,產品熱電聯產效率達到92.55%,在大功率SOFC系統中全球最高。
第二,全球率先使用最先進的新一代金屬支撐SOFC技術,相比于傳統的電解質支撐和陽極支撐技術,具有運行溫度低、抗熱沖擊能力強的突出優勢,特別是實現了從高溫800度到600度的技術難關突破,系統可啟停次數是國際競品的4倍以上,啟動速度是國際競品的3倍以上,達到了國際領先水平。
第三,產品通過國際權威檢測機構德國TüV德意志集團的歐盟CE認證,完成39項全項認證測試。
國際權威檢測機構德國TüV南德意志集團為濰柴頒發產品歐盟CE認證證書
本次發布的濰柴SOFC產品具有熱電聯產效率高、可靠性好、燃料適應性廣、電力能源輸出穩定等優勢。
性能突出,未來前景廣闊
據測算,濰柴SOFC產品作為分布式能源裝機容量達到1GW時,相比從電網取電每年可減碳約200萬噸,相比傳統天然氣內燃機發電機組可節約天然氣約6億方;若用生物質氣、綠氫作為燃料,可實現零碳排放,助推國家雙碳目標落地。
SOFC技術的應用方向眾多、意義重大,是實現天然氣、煤炭等化石能源高效清潔利用,及氫能綠色高效利用的有效途徑,適用于工業園區、樓宇、數據中心等多個場景,可為分布式能源和微電網提供綠色低碳的解決方案,在數據中心冷熱電聯供、醫院酒店等分布式能源、船舶電源、沼氣/垃圾填埋氣發電、煤氣化發電等場景都展現出廣闊的應用前景。
濰坊市能源集團濱投分布式能源有限公司副總經理尹波表示:在實際使用中,濰柴SOFC產品運行穩定,凈發電效率超過60%,一方天然氣可以發6度電,并可根據峰谷電價進行調整、削峰填谷,具有良好的經濟效益。
同時,濰柴SOFC產品作為分布式能源和微電網的全新解決方案,既能夠有力保障電力供應安全,也為濰柴動力未來幾十年的發展提供了技術儲備和新業態顛覆的實力。作為全球能源領域的顛覆性創新,SOFC大規模應用必將帶來顯著的經濟效益和社會效益。
積極擴展,期待商業化應用
由于SOFC涉及到多個學科的交叉融合,甚至需要在相矛盾的點上找到一種平衡,技術難度較高。據了解,SOFC商業化系統的期望是10年以上。濰柴SOFC產品可高效供應電能、熱能,大幅減少客戶用能成本,目前已經基于不同的應用場景,在濰柴燃料電池產業園和濰坊市能源集團開展示范,累計運行超過30000小時,商業化運營實現了階段性突破。
隨著市場發展、技術進步,SOFC應用在不斷向無人機、新能源汽車、航空航空、船舶、儲能電池、制氫、熱電聯產等場景擴展。在能源緊缺、環保要求趨嚴、技術進步等因素驅動下,SOFC這一顛覆性新能源技術路線將在未來有望得到普及應用。
為了更快推動SOFC在國內市場的發展,從整體原料制備、雙極板制造、電堆的裝配到最后系統的集成,全產業鏈上下游應形成合力,實現協同創新,才能推動SOFC技術進步。另外,作為研發企業應以市場為導向,終端的客戶共同發現市場、培育市場、開拓市場,開發出更多應用潛力,使這一產業在更多層面獲得更多關注,加速其商業化應用。
濰柴此次創下大功率SOFC熱電聯產系統效率全球紀錄,向行業彰顯了濰柴強大的技術研發實力和自主品牌的責任心,也將大幅提振整個行業的信心,對加速我國能源結構向綠色低碳轉型又邁出了重要一步。