近日，中國石油石油化工研究院（以下簡稱“石化院”）成功開發(fā)中國石油首套千瓦級固體氧化物燃料電池（SOFC）熱電聯(lián)供系統(tǒng)，實現(xiàn)發(fā)電效率≥40%、蒸汽效率≥25%、熱電綜合效率≥80%，目前該系統(tǒng)開車成功并已穩(wěn)定運行超過1000小時。這也是國內(nèi)首套高效發(fā)電、聯(lián)產(chǎn)蒸汽并實現(xiàn)長周期平穩(wěn)運行的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
圖源煉化科技動態(tài)
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種直接將燃料化學能轉(zhuǎn)換為電能的能量轉(zhuǎn)換裝置，不受卡諾循環(huán)的限制，能量轉(zhuǎn)化效率高，而且具備燃料適應性廣、清潔 無污染、全固態(tài)結(jié)構(gòu)、不使用貴金屬催化劑等優(yōu)點。
圖源煉化科技動態(tài)
SOFC技術(shù)在分布式熱電聯(lián)產(chǎn)、特定場景離網(wǎng)供電和煉化減碳等多場景下與中國石油業(yè)務均有良好的協(xié)同，例如在煉化減碳方面，可利用副產(chǎn)氫、催化干氣、加氫干氣等煉廠氫烴資源高效發(fā)電并聯(lián)產(chǎn)高溫蒸汽，從而提高煉化企業(yè)電氣化率、降低用能碳排放強度。按照“十四五”規(guī)劃布局，石化院將其列為氫能領(lǐng)域重要研發(fā)應用方向，旨在發(fā)揮好它與氫、電、熱等異質(zhì)能源之間的互聯(lián)互通作用，支撐集團公司綠色低碳發(fā)展。
此外，SOFC系統(tǒng)是電堆、重整器、燃燒器和換熱器等關(guān)鍵部件的高效集成，系統(tǒng)集成水平高低是決定能否發(fā)揮其高效率優(yōu)勢的關(guān)鍵。在國外技術(shù)封鎖，國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整的情況下，石化院SOFC團隊立足中國石油綠色轉(zhuǎn)型重大需求，勇于擔當、凝心聚力攻關(guān)技術(shù)。
據(jù)報道，近日，石化院在集團公司科技部項目支持下成功開發(fā)出質(zhì)子交換膜(PEM)電解水制氫催化劑制備技術(shù)，并完成PEM電解水制氫催化劑批量化生產(chǎn)，實現(xiàn)了核心技術(shù)自主可控。[相關(guān)閱讀：中國石油石化院PEM電解水制氫催化劑實現(xiàn)量產(chǎn)]
中國石油石化研究院是中國石油天然氣股份有限公司直屬研究院，下設9個研究機構(gòu)，并對蘭州、大慶、吉林和遼陽4個化工研究中心實行業(yè)務領(lǐng)導集中承擔中國石油煉油化工技術(shù)研發(fā)任務。
此番，石化院完成可靈活處理多種燃料的聯(lián)產(chǎn)蒸汽SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)高效集成及平穩(wěn)運行，攻克SOFC系統(tǒng)高溫尾氣余熱利用等技術(shù)難題，高質(zhì)量完成系統(tǒng)設計集成、安裝調(diào)試、優(yōu)化運行等各項任務，實現(xiàn)了千瓦級SOFC聯(lián)產(chǎn)蒸汽熱電聯(lián)供系統(tǒng)的成功試車。
熱電聯(lián)供成為當前SOFC商業(yè)化探索的重要發(fā)力點
SOFC是一種先進的燃料電池技術(shù)，具有發(fā)電效率高、燃料來源廣（可使用氫氣、天然氣、沼氣、生物質(zhì)氣、煉廠尾氣、工業(yè)馳放氣等燃料）、不使用貴金屬等特有優(yōu)勢，是我國實現(xiàn)“雙碳”目標的重要技術(shù)路線之一。
中國工程院院刊《Engineering》刊文指出，我國要構(gòu)建“清潔、低碳、安全、高效”的現(xiàn)代能源體系，必須依托新型能源技術(shù)的突破，氫能是未來最重要的能源載體，而可以實現(xiàn)氫能和現(xiàn)有化石燃料清潔高效利用的SOFC，與我國現(xiàn)有能源供應系統(tǒng)兼容，必將擔負起非常重要的歷史使命。大力發(fā)展可以采用多種燃料的SOFC將助推我國供給側(cè)能源改革，推動能源技術(shù)革命，為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標奠定技術(shù)基礎(chǔ)。[相關(guān)閱讀：【干貨】我國固體氧化物燃料電池產(chǎn)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略研究]
BE公司固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，圖源《Engineering》
國際市場研究機構(gòu)Markets and Markets預計全球SOFC市場規(guī)模將從2020年的7.72億美元增長至2025年的28.81億美元，復合年增長率為30.1％。
SOFC有著研發(fā)周期長、成本高、風險高等特點，我國關(guān)于SOFC的研究最早始于1970年代，在國家科技部、國家發(fā)改委、中科院等的資助支持下，多家高校和機構(gòu)展開了對SOFC關(guān)鍵材料和制備工藝的探索和研究工作。經(jīng)過多年的攻克，對SOFC技術(shù)的研究已有了較大進展。當前，國內(nèi)企業(yè)也開始著眼于SOFC產(chǎn)業(yè)，進行相關(guān)布局，部分企業(yè)已經(jīng)取得進展。
2023年，國內(nèi)SOFC產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)、示范應用項目處于推進當中，SOFC熱電聯(lián)供商業(yè)化探索開啟，具體動態(tài)如下所示。
2023年國內(nèi)SOFC商業(yè)化探索，圖源全球氫能
由于SOFC發(fā)電的排氣溫度很高，具有較高利用價值，不僅可提供天然氣體重整所需熱量，而且可以用來生產(chǎn)蒸汽，更可以和燃氣輪機組成聯(lián)合循環(huán)，因此在大型集中供電、中型分電、小型家用熱電聯(lián)供等民用領(lǐng)域作為固定電站，以及作為船舶動力電源、交通車輛動力電源等移動電源，具有廣闊的應用前景。
近幾年，SOFC發(fā)電技術(shù)相繼進入了國家發(fā)改委發(fā)布的“能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動計劃（2016-2030年）”、工信部發(fā)布的“中國制造2025—能源裝備實施方案”和科技部發(fā)布的國家重點研發(fā)計劃的支持范圍。
從2023年的發(fā)展態(tài)勢來看，熱能、電能雙重應用的熱電聯(lián)供成為當前SOFC商業(yè)化探索的重要發(fā)力點。
在國家能源轉(zhuǎn)型的背景下，燃料電池熱電聯(lián)供憑借其能源高效利用、清潔環(huán)保的屬性，迎來了發(fā)展的“曙光”。SOFC相較質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），有著不使用貴金屬、燃料選擇性多、可以輸出高品質(zhì)的熱能等優(yōu)秀特質(zhì)，非常適配熱電聯(lián)供的發(fā)展需求，因此成為SOFC商業(yè)化初期探索的重要突破口。
伴隨國內(nèi)外企業(yè)逐步推進示范應用與商業(yè)化嘗試，SOFC技術(shù)展現(xiàn)出廣闊的市場前景，在分布式能源（數(shù)據(jù)中心、醫(yī)院、酒店等）、船舶電源、沼氣垃圾填埋氣等可再生能源利用以及煤制氣發(fā)電等多種場景，都將展現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢。
未來隨著SOFC產(chǎn)品不斷推廣應用，不僅能夠帶動相關(guān)產(chǎn)業(yè)的增長，促進SOFC系統(tǒng)及其部件的成本進一步降低，同時也將為整個SOFC產(chǎn)業(yè)帶來雙重增效的良性循環(huán)，形成千億規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，為實現(xiàn)“能源安全”和“碳達峰碳中和”目標的實現(xiàn)提供新思路。
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