固体氧化物燃料电池（SOFC）作为新一代燃料电池，是一种在中高温下直接将燃料的化学能高效、低碳、环保地转化成电能的发电装置，是目前全球范围内发电效率最高的新能源技术路线。

该技术具有燃料灵活、绿色低碳、不使用贵金属等优势，能够使用天然气、氢气、煤制气、生物质气、甲醇等多种燃料，是实现国家双碳目标的重要技术途径，可广泛应用于数据中心、油气田、工业园区、楼宇、社区和综合能源站等场景，提供热电联产服务。

一、SOFC 发电原理与特点

1. 工作原理

SOFC 系统可分为电堆和辅助车间控制系统（ROP），电堆是燃料电池核心，是将化学能直接转化电能的装置。围绕着电堆的 BOP 有空气供给预热单元、燃料供给（重整）单元、尾气回收单元、电管理单元以及控制单元。

SOFC 的反应温度在 650~950℃，能量转换是通过电极上的电化学过程来进行，电解质采用固体氧化物陶瓷（通常为氧化锆）介质，起传递 O₂⁻离子及分离空气和燃料的双重作用。

电堆阳极燃料来自碳氢化合物重整后的 H₂，通过阳极的多孔结构扩散到阳极与电解质的界面，电堆阴极持续通入空气，具有多孔结构的阴极表面吸附氧，由于阴极本身的催化作用，使 O₂得到电子变为 O₂⁻进入电解质固体离子导体，由浓度梯度引起扩散，到达阳极界面，与阳极燃料发生反应，失去的电子通过外电路回到阴极，发出电能。

2. 主要特点

SOFC 因工作温度高（600~900℃），SOFC 的燃料选择性非常广，能够使用天然气、H₂、煤制气、生物质气、甲醇等多种燃料，使用天然气的 SOFC 相比传统天然气发电机组可以实现减碳 30% 以上。

SOFC 发电与其他发电方式对比具有发电效率高、发电成本低的特点。碳交易收益方面，SOFC 使用天然气减碳 40%，使用 H₂、生物质气零碳排放。SOFC 还具有运行稳定、不受季节和天气影响、低噪音、低排放、靠近终端客户、使用灵活等优势，为微电网和分布式发电领域提供了一种全新的解决方案。

表 1 SOFC 发电与其他发电方式对比

3. 国内外应用

目前美国、欧洲、日本等国家商业化运行处于领先地位，中国国内产业正处于加速追赶进程中。

美国的 SOFC 发电系统累计装机量领先全球，其主要应用于大中型工商业供电，Bloom Energy 公司是目前商业化最好的公司，该公司开发的 SOFC 发电模组功率为 50kW，通过多模组的组合最大可达到几十兆瓦，其产品目前已应用在苹果、谷歌等多家公司。

与美国的 SOFC 市场偏向大中型工商业用供电系统不同，欧洲市场的主要推广方向是小型热电联供系统，其中比较有代表性的企业有 Sunfire、Ceres Power、Solid Power、BOSCH 等。

日本的小型家庭 SOFC 热电联供技术成熟可靠，保有量居世界首位，主要的 SOFC 企业有爱信、京瓷、大阪燃气、三菱日立等。

我国的 SOFC 产业处在技术示范向商业应用的过渡阶段，商业化的曙光开始显现，部分企业积极对 SOFC 投入研发并实现应用，主要有潍柴动力、潮州三环等领军企业，同时华清能源、浙江氢邦和宁波索福人等企业也在从事 SOFC 技术和产品研发。

潍柴动力于 2023 年发布全球首款大功率金属支撑 SOFC 商业化产品，已在国内园区开展示范，商业化运营实现阶段性突破，其 SOFC 以天然气为燃料，发电效率 60% 以上，热电联供效率达 92.55%，一方天然气可以发 6 度电，并可根据峰谷电价进行调整、削峰填谷。

二、SOFC 在新型电力系统中的应用前景

随着双碳目标的提出以及可再生能源装机快速增长、用户侧负荷的多样性变化，电网面临诸多问题与挑战。SOFC 模块化发电和高温固体氧化物电解水制氢（SOEC）储能技术将为电力系统发展带来难得的机遇。

1. 电源侧应用

SOFC 采用模块化设计，不同规模均具有高发电效率，相对于煤电机组效率可提升 20% 以上，功率调节范围宽，启停周期短，可在 0~120% 额定负荷快速调节。

SOEC 电解制氢系统同样具有较宽的功率波动适应性，可实现输入功率秒级响应，同时可适应 10%~120% 的宽功率输入，为电网提供调峰调频服务，提高电力系统安全性、可靠性、灵活性。

2. 电网侧应用

随着风电、光伏等新能源的大规模并网，利用 SOFC 与 SOEC 相互可逆特性，将风能、太阳能等可再生能源电力通过电解技术清洁高效地转换为氢能，氢继而制氨、甲醇、甲烷等衍生化工品，利用氢（氨等）储能特性实现电能跨季节长周期大规模存储，利用固体氧化物电池的电 - 氢（氨等）- 电的高效性，实现电能大规模、长周期高效储能及调节服务，构建零碳电网和新型电力系统。

3. 负荷侧应用

SOFC 具有效率高、排放低、噪音小、环境友好、占地面积小、易安装等特点，可应用于商业楼宇、社区、学校、医院、数据中心、特殊事业部门及军用领域等场景，通过 SOFC 热电联供技术的应用，推动冷 - 热 - 电 - 气多能融合互补，推动分布式能源发展，提升终端能源利用效率和低碳化水平。

4. 离网侧应用

边远地区用户负荷小且分散，建设完善的电网面临投资大、线损大等问题，且电网末端地区电力不稳定，采用离网式 SOFC 作为电源，可有效地解决偏远地区电力供应问题。

三、SOFC 市场应用分析

SOFC 产品具有热电联产效率高、可靠性好、燃料适应性广、电力能源输出稳定等优势，适用于油气田、工业园区、楼宇、数据中心等多个场景，可为分布式能源和微电网提供绿色低碳的解决方案：

1. 油气田应用

在油气田领域，用户普遍使用电网和天然气发电机组供电，国家能源局在《加快油气勘探开发与新能源融合发展行动方案（2023-2025 年）》，要求实现油气保障供应与绿色低碳转型相统一。SOFC 发电系统将伴生气就地利用，大幅减少甲烷直排，实现热电联产同时具有良好的经济效益。

2. 数据中心应用

数据中心用能占社会用电量占比在逐年增大，对于电冷联供高可靠性需求，用户通常采用市电 + UPS + 柴油发电机组确保用能稳定持续，不接受非计划停机。

根据《固定资产投资项目节能审查颁发》要求，数据中心主要考核指标有电能使用效率（PUE）、绿色等级、可靠性等级等，不符合规定的数据中心企业将面临处罚。

SOFC 可提升数据中心绿色等级，降低碳排放；提升数据中心节能水平，降低 PUE 指标；减少数据中心规模对用电指标的限制和依赖，减少认购可再生能源绿电证书；同时 SOFC 动态调整电池功率，在用电高峰和尖峰期节省用能成本，减少电化学储能的容量投入。

3. 工业园区应用

工业园区普遍使用市电、燃气锅炉，用电稳定性要求高，工商业电价较高，用能多样且持续，对设备安装空间相对宽松，且工业园区均有减碳需求。《“十四五” 工业绿色发展规划》鼓励园区发展绿色低碳微电网，工业园区碳排放占比可达总排放量的 31%。

SOFC 应用于工业园区，可使用管道天然气或者工业副产氢，实现电、冷、热三联供，为绿色园区提供了绿色低碳综合能源解决方案。

4. 楼宇应用

办公写字楼普遍使用市电和燃气锅炉，人员密集且有较高的安全性、可靠性及环境舒适性要求，分时、季节性电热需求集中，随着与楼宇建筑相配套新能源充电桩大规模接入，电动汽车随机性、间歇性的充电行为对电网负荷带来严重冲击，以 SOFC 为基础能源建立分布式微电网，有效推动源网荷储协同互动、柔性控制，同时在热电联产（CHP）模式下运行，可满足满载和部分负载下电力和热力需求。

四、结束语

（1）在 SOFC 关键技术开发方面，要重视面向实际应用，重点优化关键材料和部件性能，改善电堆的性能和长期运行衰减率，延长寿命，积极开展针对分布式供电、整体煤气化燃料电池发电、电解制氢耦合能源化工等领域的示范应用，与光伏、地热等可再生能源应用场景相融合，有力支撑实现 2030 年碳达峰目标。

（2）在示范项目建设方面，商业化初期还需要国家政策的支持和财政补贴，发挥好财政性资金作用，支持开展固体氧化物燃料电池重大技术装备的试点示范和前沿关键技术研发应用。

基于已有政策的延续性，针对所选择的典型行业，参考国外先进经验与成熟案例，制定相关的激励与补贴政策以及对应的约束与监督机制、考核机制。使产业初步实现规模化，同时能促进相关配套产业链不断完善，形成良性循环，实现 SOFC 产业快速、健康有序发展，助力我国能源结构转型和实现 “双碳” 目标。

来源：任志敏，SOFC 在新型电力系统应用与前景分析

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一、议题方向

序号	议题方向
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2	打破复合隔膜技术垄断，国产化材料替代进程与产业化挑战
3	高性能工程塑料极框：绿氢电解槽轻量化破局之道
4	“ALK+PEM”制氢技术的协同与集成应用策略
5	质子交换膜的性能优化与电解槽系统协同设计
6	PEM电解槽膜电极材料的选择与优化
7	AEM制氢技术规模化助力绿氢迈向“低成本”主线
8	破局阴离子交换膜技术瓶颈：兼顾高强度、稳定性与寿命的设计方案
9	AEM制氢膜电极制备工艺与自动化技术
10	SOEC高温电解的技术突破与长期稳定性提升
11	“高温优势+余热回收”，SOEC如何降低绿氢成本？
12	海水电解制氢的技术路径与市场前景
13	海水制氢的抗腐蚀机制与抗渗透电解槽设计
14	大规模离网制氢的挑战和终极解决方案
15	离网制氢场景对电解槽快速响应特性的解决方案
16	电解水制氢系统与波动性电源的耦合技术与运行策略
17	不同电解水制氢电源技术路径对比及商市场前景分析
18	双极板蚀刻工艺智能制造优化方案
19	电解水制氢行业当前竞争格局及发展趋势分析
20	中国电解水制氢技术出海机遇与挑战

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