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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)動因素和障礙》報告[1]，分析了全球燃料電池安裝容量大于200千瓦的美國、日本、韓國和歐盟等國家與地區(qū)在質(zhì)子膜燃料電池等5個主要技術(shù)領(lǐng)域的部署現(xiàn)狀及其各自的驅(qū)動因素和障礙。   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200千瓦的大型固定式燃料電池系統(tǒng)，美國和韓國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，美國在五年前的安裝量才有了較大幅度的增長。日本東芝和三菱電機等公司的產(chǎn)品商業(yè)化比較成功，富士電機可以為后備能源市場提供壽命為15年的100千瓦PAFC；美國西屋公司等制造商在20世紀90年代將對PAFC的興趣轉(zhuǎn)向了SOFC，安裝的系統(tǒng)主要來自UTC公司。迄今為止，韓國安裝的PAFC容量約為130兆瓦，且增長勢頭仍然強勁，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)依賴于美國或日本，本國的研究很少。 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)。美國和韓國是近年來采用PAFC技術(shù)的主要國家。韓國所安裝的325兆瓦燃料電池中有一半以上由MCFC提供；美國因為MCFC有碳捕獲能力而格外關(guān)注該技術(shù)；歐盟框架計劃的研究重點從最初的基礎(chǔ)研究轉(zhuǎn)向技術(shù)升級和示范，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Bloom Energy公司生產(chǎn)。在美國，燃料電池系統(tǒng)可以享受稅收減免和國家補貼，Bloom Energy在美國安裝了超過200兆瓦的設(shè)備，它不銷售燃料電池，而是通過電力購買協(xié)議（PPA）售電。日本的SOFC研發(fā)非常活躍且市場很大，擁有三菱重工等國際知名企業(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，其研發(fā)主要針對住宅領(lǐng)域，框架計劃主要涉及SOFC的升級、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氣輪機的集成及降低電池系統(tǒng)成本的相關(guān)項目。 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較小，主要應(yīng)用于運輸領(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，針對住宅和交通領(lǐng)域制定了詳細的戰(zhàn)略目標，并為基礎(chǔ)研究、產(chǎn)品開發(fā)提供補貼支持；美國的研發(fā)重點面向燃料電池電動汽車，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)注運輸應(yīng)用；歐盟的FP5至FP7框架計劃分別針對50千瓦不間斷電源、面向運輸部門的PEMFC和SOFC技術(shù)、兆瓦級別的質(zhì)子交換膜技術(shù)進行了研發(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90年代，各大公司對AFC的研究基本上都被放棄了。2006年，英國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?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)動機。 主要國家情況 韓國 韓國是世界第八大能源消費國，是主要的能源進口國，每年排放大量溫室氣體，且其空氣質(zhì)量在35個發(fā)達經(jīng)濟體中最差。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口。燃料電池被韓國政府視為新的可再生能源（NRE）來源。可再生能源組合標準（RPS）要求電力公司和獨立電力生產(chǎn)商（大于500兆瓦發(fā)電容量）安裝NRE技術(shù)或購買NRE信用額度。大規(guī)模固定式燃料電池的累計部署總裝機容量已達到約300兆瓦，并將增加到600兆瓦。PAFC和MCFC占主導(dǎo)地位，前者增長較快。2009～2013年韓國政府支持燃料電池技術(shù)發(fā)展的平均資助額度超過470億韓元，且提供安裝補貼，補貼額占示范項目成本的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)均來自美國。國家法規(guī)、低空間需求、發(fā)展態(tài)勢良好的天然氣發(fā)電網(wǎng)絡(luò)是韓國成功部署燃料電池的原因。但是韓國的點火價差[2]較低，燃料電池系統(tǒng)商業(yè)化動力不足，因此必須采取激勵措施。 日本 日本是能源凈進口國，重視能源安全及溫室氣體排放，試圖通過能源的多樣化增強抵御自然災(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家，但少有大型固定燃料電池項目，東芝、三菱和松下等大型企業(yè)是燃料電池開發(fā)的主體，目前重點開拓1千瓦范圍內(nèi)PEMFC和SOFC的住宅市場。日本的點火價差較高且穩(wěn)定，燃料電池的發(fā)展前景良好。 美國 美國能源價格高，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，美國能源部負責協(xié)調(diào)公共資金，能源部SECA項目負責協(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500兆瓦，集中分布在加利福尼亞和康涅狄格州。公立機構(gòu)以獲得國家排放標準認證、不受空氣許可要求限制等措施對燃料電池技術(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。美國點火價差較高，燃料電池具有經(jīng)濟可行性。 歐盟 歐洲電網(wǎng)價格低且電網(wǎng)可靠性好，客戶對備用電源的需求相應(yīng)較低。歐洲的燃料電池裝機容量僅約16兆瓦，專門針對用于發(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，鼓勵使用可再生能源資源，但沒有任何激勵計劃用于分布式發(fā)電或燃料電池可再生能源設(shè)備的安裝。重點支持對將可再生能源資源整合到輸配電網(wǎng)中及使用能源儲存系統(tǒng)對利用可再生資源制備的不穩(wěn)定能源進行集成。意大利、英國和德國是利用燃氣電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施使燃料電池商業(yè)化的條件最成熟的國家，德國研發(fā)面向的是汽車、住宅行業(yè)以及海事等應(yīng)用領(lǐng)域。西班牙點火價差較高，燃料電池的經(jīng)濟可行性較好。芬蘭的點火價差較低，安裝燃料電池的動力較小。 結(jié)論 過去十年，全球固定燃料電池的開發(fā)和部署已經(jīng)實現(xiàn)了強勁增長，美國加利福尼亞州、康涅狄格州和韓國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FuelCell Energy（MCFC），美國Bloom Energy（SOFC）和韓國斗山燃料電池（PAFC），且主要依賴公共資金支持。美國和韓國的公共資金并沒支持特定的某類燃料電池技術(shù)，而是同時支持多種技術(shù)升級。 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，需要出臺大量的財政激勵措施，才能使大規(guī)模固定式燃料電池達到與美國和韓國相同的部署水平：①在歐盟針對特定應(yīng)用的現(xiàn)有技術(shù)升級項目推出專門支持。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)項目，這類似于韓國采取的方法。現(xiàn)在難以證明使用歐盟以外（主要是美國）的技術(shù)是否正確，但可以通過歐洲供應(yīng)鏈或制造基地的長期發(fā)展看出這一舉措的效果。 對燃料電池技術(shù)進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、合適的激勵措施才可以使燃料電池使用擴大到更大規(guī)模。點火價差的分析表明，某些國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] “點火價差”指的是電價與天然氣價格之間的差異。從經(jīng)濟角度看，如果這個差異足夠大，利用天然氣（通過燃氣發(fā)動機或燃料電池系統(tǒng)）發(fā)電而不是購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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