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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(qū)動(dòng)因素和障礙》報(bào)告[1]，分析了全球燃料電池安裝容量大于200千瓦的美國(guó)、日本、韓國(guó)和歐盟等國(guó)家與地區(qū)在質(zhì)子膜燃料電池等5個(gè)主要技術(shù)領(lǐng)域的部署現(xiàn)狀及其各自的驅(qū)動(dòng)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(shè)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(wǎng)中已經(jīng)安裝了額定功率超過(guò)200千瓦的大型固定式燃料電池系統(tǒng)，美國(guó)和韓國(guó)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(shù)占據(jù)主導(dǎo)地位，其中MCFC所占份額最大，PAFC近5年增速最快。質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC）和堿性燃料電池（AFC）技術(shù)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(guó)在五年前的安裝量才有了較大幅度的增長(zhǎng)。日本東芝和三菱電機(jī)等公司的產(chǎn)品商業(yè)化比較成功，富士電機(jī)可以為后備能源市場(chǎng)提供壽命為15年的100千瓦PAFC；美國(guó)西屋公司等制造商在20世紀(jì)90年代將對(duì)PAFC的興趣轉(zhuǎn)向了SOFC，安裝的系統(tǒng)主要來(lái)自UTC公司。迄今為止，韓國(guó)安裝的PAFC容量約為130兆瓦，且增長(zhǎng)勢(shì)頭仍然強(qiáng)勁，主要技術(shù)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(shù)依賴于美國(guó)或日本，本國(guó)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(shù)占很大比例。美國(guó)的Fuel Cell Energy一直是該技術(shù)的主要制造商，幾乎提供了全球安裝的所有系統(tǒng)。美國(guó)和韓國(guó)是近年來(lái)采用PAFC技術(shù)的主要國(guó)家。韓國(guó)所安裝的325兆瓦燃料電池中有一半以上由MCFC提供；美國(guó)因?yàn)镸CFC有碳捕獲能力而格外關(guān)注該技術(shù)；歐盟框架計(jì)劃的研究重點(diǎn)從最初的基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向技術(shù)升級(jí)和示范，最終又回歸到基礎(chǔ)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(shè)備都由美國(guó)Bloom Energy公司生產(chǎn)。在美國(guó)，燃料電池系統(tǒng)可以享受稅收減免和國(guó)家補(bǔ)貼，Bloom Energy在美國(guó)安裝了超過(guò)200兆瓦的設(shè)備，它不銷售燃料電池，而是通過(guò)電力購(gòu)買協(xié)議（PPA）售電。日本的SOFC研發(fā)非?；钴S且市場(chǎng)很大，擁有三菱重工等國(guó)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(chǔ)問(wèn)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(chǎng)，其研發(fā)主要針對(duì)住宅領(lǐng)域，框架計(jì)劃主要涉及SOFC的升級(jí)、在海事領(lǐng)域的應(yīng)用、微型生物質(zhì)熱電聯(lián)產(chǎn)技術(shù)，歐洲燃料電池和氫能聯(lián)合組織資助了與微型燃?xì)廨啓C(jī)的集成及降低電池系統(tǒng)成本的相關(guān)項(xiàng)目。 4 質(zhì)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(duì)較小，主要應(yīng)用于運(yùn)輸領(lǐng)域，其次是小規(guī)模住宅。該技術(shù)得到日本公共資金的大力支持，針對(duì)住宅和交通領(lǐng)域制定了詳細(xì)的戰(zhàn)略目標(biāo)，并為基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)提供補(bǔ)貼支持；美國(guó)的研發(fā)重點(diǎn)面向燃料電池電動(dòng)汽車，巴拉德公司在該技術(shù)領(lǐng)域占據(jù)了主導(dǎo)地位，主要關(guān)注運(yùn)輸應(yīng)用；歐盟的FP5至FP7框架計(jì)劃分別針對(duì)50千瓦不間斷電源、面向運(yùn)輸部門的PEMFC和SOFC技術(shù)、兆瓦級(jí)別的質(zhì)子交換膜技術(shù)進(jìn)行了研發(fā)。 5 堿性燃料電池（AFC） AFC沒有被大規(guī)?；驈V泛應(yīng)用。20世紀(jì)90年代，各大公司對(duì)AFC的研究基本上都被放棄了。2006年，英國(guó)AFC Energy開發(fā)的技術(shù)得到了應(yīng)用，2017年該公司開發(fā)1兆瓦系統(tǒng)所產(chǎn)生的電力出售給了當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)。以色列的GenCell主要致力于利用AFC開發(fā)5千瓦范圍內(nèi)的備用電源，以替代柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 主要國(guó)家情況 韓國(guó) 韓國(guó)是世界第八大能源消費(fèi)國(guó)，是主要的能源進(jìn)口國(guó)，每年排放大量溫室氣體，且其空氣質(zhì)量在35個(gè)發(fā)達(dá)經(jīng)濟(jì)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(jìn)口。燃料電池被韓國(guó)政府視為新的可再生能源（NRE）來(lái)源?？稍偕茉唇M合標(biāo)準(zhǔn)（RPS）要求電力公司和獨(dú)立電力生產(chǎn)商（大于500兆瓦發(fā)電容量）安裝NRE技術(shù)或購(gòu)買NRE信用額度。大規(guī)模固定式燃料電池的累計(jì)部署總裝機(jī)容量已達(dá)到約300兆瓦，并將增加到600兆瓦。PAFC和MCFC占主導(dǎo)地位，前者增長(zhǎng)較快。2009～2013年韓國(guó)政府支持燃料電池技術(shù)發(fā)展的平均資助額度超過(guò)470億韓元，且提供安裝補(bǔ)貼，補(bǔ)貼額占示范項(xiàng)目成本的80%。公共事業(yè)公司須為RPS開發(fā)能源基礎(chǔ)設(shè)施。其燃料電池發(fā)電技術(shù)均來(lái)自美國(guó)。國(guó)家法規(guī)、低空間需求、發(fā)展態(tài)勢(shì)良好的天然氣發(fā)電網(wǎng)絡(luò)是韓國(guó)成功部署燃料電池的原因。但是韓國(guó)的點(diǎn)火價(jià)差[2]較低，燃料電池系統(tǒng)商業(yè)化動(dòng)力不足，因此必須采取激勵(lì)措施。 日本 日本是能源凈進(jìn)口國(guó)，重視能源安全及溫室氣體排放，試圖通過(guò)能源的多樣化增強(qiáng)抵御自然災(zāi)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(yīng)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(yīng)優(yōu)化法案”中的非化石能源。日本是世界上燃料電池領(lǐng)域獲得公共資金支持最多的國(guó)家，但少有大型固定燃料電池項(xiàng)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(diǎn)開拓1千瓦范圍內(nèi)PEMFC和SOFC的住宅市場(chǎng)。日本的點(diǎn)火價(jià)差較高且穩(wěn)定，燃料電池的發(fā)展前景良好。 美國(guó) 美國(guó)能源價(jià)格高，極端天氣導(dǎo)致電網(wǎng)停電事故頻發(fā)，重視溫室氣體的排放。2005～2015年，美國(guó)聯(lián)邦政府在氫燃料電池技術(shù)開發(fā)方面投入了大約21億美元，美國(guó)能源部負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)公共資金，能源部SECA項(xiàng)目負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)相關(guān)的技術(shù)研發(fā)，MCFC、PAFC、SOFC技術(shù)占主導(dǎo)地位，客戶往往是大型公共服務(wù)提供商。安裝容量超過(guò)500兆瓦，集中分布在加利福尼亞和康涅狄格州。公立機(jī)構(gòu)以獲得國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證、不受空氣許可要求限制等措施對(duì)燃料電池技術(shù)給予政策支持。在康州，公用設(shè)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(guó)點(diǎn)火價(jià)差較高，燃料電池具有經(jīng)濟(jì)可行性。 歐盟 歐洲電網(wǎng)價(jià)格低且電網(wǎng)可靠性好，客戶對(duì)備用電源的需求相應(yīng)較低。歐洲的燃料電池裝機(jī)容量?jī)H約16兆瓦，專門針對(duì)用于發(fā)電和熱電聯(lián)產(chǎn)的大規(guī)模固定燃料電池的投資水平較低，鼓勵(lì)使用可再生能源資源，但沒有任何激勵(lì)計(jì)劃用于分布式發(fā)電或燃料電池可再生能源設(shè)備的安裝。重點(diǎn)支持對(duì)將可再生能源資源整合到輸配電網(wǎng)中及使用能源儲(chǔ)存系統(tǒng)對(duì)利用可再生資源制備的不穩(wěn)定能源進(jìn)行集成。意大利、英國(guó)和德國(guó)是利用燃?xì)怆娋W(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施使燃料電池商業(yè)化的條件最成熟的國(guó)家，德國(guó)研發(fā)面向的是汽車、住宅行業(yè)以及海事等應(yīng)用領(lǐng)域。西班牙點(diǎn)火價(jià)差較高，燃料電池的經(jīng)濟(jì)可行性較好。芬蘭的點(diǎn)火價(jià)差較低，安裝燃料電池的動(dòng)力較小。 結(jié)論 過(guò)去十年，全球固定燃料電池的開發(fā)和部署已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了強(qiáng)勁增長(zhǎng)，美國(guó)加利福尼亞州、康涅狄格州和韓國(guó)的固定式燃料電池安裝總?cè)萘考s占全球70%以上。三家專業(yè)公司分別主導(dǎo)了三種主要技術(shù)：美國(guó)FuelCell Energy（MCFC），美國(guó)Bloom Energy（SOFC）和韓國(guó)斗山燃料電池（PAFC），且主要依賴公共資金支持。美國(guó)和韓國(guó)的公共資金并沒支持特定的某類燃料電池技術(shù)，而是同時(shí)支持多種技術(shù)升級(jí)。 歐盟在大型固定燃料電池領(lǐng)域擁有專有技術(shù)，但燃料電池公司大多專注于中小規(guī)模應(yīng)用，需要出臺(tái)大量的財(cái)政激勵(lì)措施，才能使大規(guī)模固定式燃料電池達(dá)到與美國(guó)和韓國(guó)相同的部署水平：①在歐盟針對(duì)特定應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)升級(jí)項(xiàng)目推出專門支持。②大規(guī)模部署不依賴于歐盟內(nèi)部開發(fā)技術(shù)的相關(guān)項(xiàng)目，這類似于韓國(guó)采取的方法。現(xiàn)在難以證明使用歐盟以外（主要是美國(guó)）的技術(shù)是否正確，但可以通過(guò)歐洲供應(yīng)鏈或制造基地的長(zhǎng)期發(fā)展看出這一舉措的效果。 對(duì)燃料電池技術(shù)進(jìn)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(qiáng)大的面向住宅應(yīng)用的固定燃料電池制造基地、合適的激勵(lì)措施才可以使燃料電池使用擴(kuò)大到更大規(guī)模。點(diǎn)火價(jià)差的分析表明，某些國(guó)家可能較適合燃料電池技術(shù)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(diǎn)火價(jià)差”指的是電價(jià)與天然氣價(jià)格之間的差異。從經(jīng)濟(jì)角度看，如果這個(gè)差異足夠大，利用天然氣（通過(guò)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)或燃料電池系統(tǒng)）發(fā)電而不是購(gòu)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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