欧盟联合研究中心发布《大型固定式燃料电池全球部署》报告

欧盟联合研究中心（JRC）发布《大型固定式燃料电池的全球部署——驱动因素和障碍》报告^[1]，分析了全球燃料电池安装容量大于200千瓦的美国、日本、韩国和欧盟等国家与地区在质子膜燃料电池等5个主要技术领域的部署现状及其各自的驱动因素和障碍。

全球固定式燃料电池的部署现状

目前，大型固定式燃料电池设备多由公共事业部门部署，全球的分布式发电和热电网中已经安装了额定功率超过200千瓦的大型固定式燃料电池系统，美国和韩国安装量所占份额最大。2017年之前，熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）和磷酸燃料电池（PAFC）三种技术占据主导地位，其中MCFC所占份额最大，PAFC近5年增速最快。质子交换膜燃料电池（PEMFC）和碱性燃料电池（AFC）技术仅部署了少量的大容量装置。

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磷酸燃料电池（PAFC）

全球PAFC安装量约200兆瓦，美国在五年前的安装量才有了较大幅度的增长。日本东芝和三菱电机等公司的产品商业化比较成功，富士电机可以为后备能源市场提供寿命为15年的100千瓦PAFC；美国西屋公司等制造商在20世纪90年代将对PAFC的兴趣转向了SOFC，安装的系统主要来自UTC公司。迄今为止，韩国安装的PAFC容量约为130兆瓦，且增长势头仍然强劲，主要技术提供商是斗山公司。欧洲资助的PAFC系统示范工程大多数规模较小，技术依赖于美国或日本，本国的研究很少。

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熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）

在全球部署的大型固定燃料电池装置中，MCFC技术占很大比例。美国的Fuel Cell Energy一直是该技术的主要制造商，几乎提供了全球安装的所有系统。美国和韩国是近年来采用PAFC技术的主要国家。韩国所安装的325兆瓦燃料电池中有一半以上由MCFC提供；美国因为MCFC有碳捕获能力而格外关注该技术；欧盟框架计划的研究重点从最初的基础研究转向技术升级和示范，最终又回归到基础研究。

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固体氧化物燃料电池（SOFC）

SOFC在全球安装的大型固定式燃料电池中所占比重较大，仅次于MCFC，大部分设备都由美国Bloom Energy公司生产。在美国，燃料电池系统可以享受税收减免和国家补贴，Bloom Energy在美国安装了超过200兆瓦的设备，它不销售燃料电池，而是通过电力购买协议（PPA）售电。日本的SOFC研发非常活跃且市场很大，拥有三菱重工等国际知名企业，受公共资金支持，目前致力于电池性能退化等基础问题的解决，主要面向能量需求为1千瓦左右的住宅。欧洲只有大型固定燃料电池有市场，其研发主要针对住宅领域，框架计划主要涉及SOFC的升级、在海事领域的应用、微型生物质热电联产技术，欧洲燃料电池和氢能联合组织资助了与微型燃气轮机的集成及降低电池系统成本的相关项目。

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质子交换膜燃料电池（PEMFC）

大规模固定PEMFC的全球部署量占比相对较小，主要应用于运输领域，其次是小规模住宅。该技术得到日本公共资金的大力支持，针对住宅和交通领域制定了详细的战略目标，并为基础研究、产品开发提供补贴支持；美国的研发重点面向燃料电池电动汽车，巴拉德公司在该技术领域占据了主导地位，主要关注运输应用；欧盟的FP5至FP7框架计划分别针对50千瓦不间断电源、面向运输部门的PEMFC和SOFC技术、兆瓦级别的质子交换膜技术进行了研发。

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碱性燃料电池（AFC）

AFC没有被大规模或广泛应用。20世纪90年代，各大公司对AFC的研究基本上都被放弃了。2006年，英国AFC Energy开发的技术得到了应用，2017年该公司开发1兆瓦系统所产生的电力出售给了当地电网。以色列的GenCell主要致力于利用AFC开发5千瓦范围内的备用电源，以替代柴油发动机。

主要国家情况

韩国

韩国是世界第八大能源消费国，是主要的能源进口国，每年排放大量温室气体，且其空气质量在35个发达经济体中最差。利用可再生能源发电的方式促使发电部门脱碳的前景并不乐观，高度依赖天然气发电，但几乎所有天然气都需从海外进口。燃料电池被韩国政府视为新的可再生能源（NRE）来源。可再生能源组合标准（RPS）要求电力公司和独立电力生产商（大于500兆瓦发电容量）安装NRE技术或购买NRE信用额度。大规模固定式燃料电池的累计部署总装机容量已达到约300兆瓦，并将增加到600兆瓦。PAFC和MCFC占主导地位，前者增长较快。2009～2013年韩国政府支持燃料电池技术发展的平均资助额度超过470亿韩元，且提供安装补贴，补贴额占示范项目成本的80%。公共事业公司须为RPS开发能源基础设施。其燃料电池发电技术均来自美国。国家法规、低空间需求、发展态势良好的天然气发电网络是韩国成功部署燃料电池的原因。但是韩国的点火价差^[2]较低，燃料电池系统商业化动力不足，因此必须采取激励措施。

日本

日本是能源净进口国，重视能源安全及温室气体排放，试图通过能源的多样化增强抵御自然灾害的能力。氢被视为利用可再生能源的一种手段，制定了专门的氢能战略以减少能源供应的总体碳足迹，但日本还不能确定氢能发电是否属于“能源供应优化法案”中的非化石能源。日本是世界上燃料电池领域获得公共资金支持最多的国家，但少有大型固定燃料电池项目，东芝、三菱和松下等大型企业是燃料电池开发的主体，目前重点开拓1千瓦范围内PEMFC和SOFC的住宅市场。日本的点火价差较高且稳定，燃料电池的发展前景良好。

美国

美国能源价格高，极端天气导致电网停电事故频发，重视温室气体的排放。2005～2015年，美国联邦政府在氢燃料电池技术开发方面投入了大约21亿美元，美国能源部负责协调公共资金，能源部SECA项目负责协调相关的技术研发，MCFC、PAFC、SOFC技术占主导地位，客户往往是大型公共服务提供商。安装容量超过500兆瓦，集中分布在加利福尼亚和康涅狄格州。公立机构以获得国家排放标准认证、不受空气许可要求限制等措施对燃料电池技术给予政策支持。在康州，公用设施公司将安装燃料电池的成本可合法附加在最终客户身上。在加州，要求天然气发电必须100%被可再生资源（如沼气）取代才能获得资助。美国点火价差较高，燃料电池具有经济可行性。

欧盟

欧洲电网价格低且电网可靠性好，客户对备用电源的需求相应较低。欧洲的燃料电池装机容量仅约16兆瓦，专门针对用于发电和热电联产的大规模固定燃料电池的投资水平较低，鼓励使用可再生能源资源，但没有任何激励计划用于分布式发电或燃料电池可再生能源设备的安装。重点支持对将可再生能源资源整合到输配电网中及使用能源储存系统对利用可再生资源制备的不稳定能源进行集成。意大利、英国和德国是利用燃气电网基础设施使燃料电池商业化的条件最成熟的国家，德国研发面向的是汽车、住宅行业以及海事等应用领域。西班牙点火价差较高，燃料电池的经济可行性较好。芬兰的点火价差较低，安装燃料电池的动力较小。

结论

过去十年，全球固定燃料电池的开发和部署已经实现了强劲增长，美国加利福尼亚州、康涅狄格州和韩国的固定式燃料电池安装总容量约占全球70%以上。三家专业公司分别主导了三种主要技术：美国FuelCell Energy（MCFC），美国Bloom Energy（SOFC）和韩国斗山燃料电池（PAFC），且主要依赖公共资金支持。美国和韩国的公共资金并没支持特定的某类燃料电池技术，而是同时支持多种技术升级。

欧盟在大型固定燃料电池领域拥有专有技术，但燃料电池公司大多专注于中小规模应用，需要出台大量的财政激励措施，才能使大规模固定式燃料电池达到与美国和韩国相同的部署水平：①在欧盟针对特定应用的现有技术升级项目推出专门支持。②大规模部署不依赖于欧盟内部开发技术的相关项目，这类似于韩国采取的方法。现在难以证明使用欧盟以外（主要是美国）的技术是否正确，但可以通过欧洲供应链或制造基地的长期发展看出这一举措的效果。

对燃料电池技术进行投资有助于降低燃料电池的成本、提高其可靠性和耐久性。只有拥有强大的面向住宅应用的固定燃料电池制造基地、合适的激励措施才可以使燃料电池使用扩大到更大规模。点火价差的分析表明，某些国家可能较适合燃料电池技术的商业化。

[1] Global deployment of large capacity stationary fuel cells. https://publications.europa.eu/en/publication-detail/-/publication/d5b49b34-6a28-11e9-9f05-01aa75ed71a1/language-en/format-PDF

[2] “点火价差”指的是电价与天然气价格之间的差异。从经济角度看，如果这个差异足够大，利用天然气（通过燃气发动机或燃料电池系统）发电而不是购买电力可能更具吸引力

（作者张超星单位：中科院科技战略咨询研究院）