全球燃料电池分布式发电发展格局|氢能|氢燃料
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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%。
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。
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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
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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。
图 3.1 燃料电池分布式发电发展格局
资料来源：香橙会研究院
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
图3.3 Bloom Energy应用案例
资料来源：公开资料，香橙会研究院整理
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。
图3.4 韩国大山燃料电池发电厂
资料来源：公开资料
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
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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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