刘少名等：欧洲固体氧化物燃料电池(SOFC)产业化现状 283 表3平板式SOFC的主要制造厂商s,可 2.1大中型固定式发电 Table 3 Major manufacturers of planar SOFCs 随着用电需求的增加和日益突出的环境污染 Country Company/Institution Power achieved 问题，国家对于能源与电力供应的绿色环保、安全 Delphi Automotive 可靠性等相关要求也逐渐提高，分散式的大中型 Systems 9 kW stack,system,and APU 固定式SOFC发电系统可以弥补传统的集中式发 GE 50 kW stack and system 电的不足，降低环境污染，提升了能源利用效率、 USA Fuel Cell Energy 50 kW system 供电可靠性和稳定性. LG Fuel Cell Systems 200 kW system 1998年，西门子西屋电气公司在荷兰展示了世 Bloom Energy 100-300 kW system 界首个100 kW SOFC发电系统，该系统由1152个 Denmark Topsoe 1-50 kW stack and system 管状单电池构成，其功率密度为0.13W-cm2,发电 Convion/Wartsila 58 kW system Finland 效率为46%.在2000年6月，西门子西屋公司的 Elcogen 1 kW and 3 kW stack 一套220kW加压式SOFC与气体涡轮联合发电系 Switzerland Sulzer Hexis 1.5 kW system 统在匹兹堡通过了出厂测试，并随后于加州大学 Ceres Power 1-30 kW stack and system UK 欧文分校进行了安装测试，发电效率达到52%刃 Rolls Royce The target is a 1 MW power generation system Bloom Energy公司自2001年成立以来一直致 Germany Sunfire 0.75-50 kW stack and system 力于百kW发电系统(Energy servers,发电效率为 Italy SolidPower 1.5 kW and 2.5 kW system 53%~65%)的商业化，并于2018年7月上市，目前 Kansai Electric Power 10 kW system 已为苹果、谷歌、因特尔、沃尔玛、Ebay等多家大 Japan NGK Spark Plug Cells 型企业的数据中心及楼宇供电，并且其目前正在 Murata Cells 拓展燃料电池在微电网领域的应用市场.现阶段 Korea POSCO energy 10 kW system Bloom Energy正在进行的大规模发电项目包括：与 Australia CFCL 1.5 kW system 韩国韩东南电力公司(“KOEN”)在盆唐发电厂 氧化还原循环性能，劳伦斯伯克利国家实验室 8350kW机组中安装Bloom Energy清洁电力系统； (Lawrence Berkeley National Laboratory)Bl、阿贡国 与-VI公司在加州清洁能源公司Bloom Energy 家实验室(Argonne National Laboratory)B和英国 建造一个2.5MW的电力系统，以支持其不断增长 的Ceres公司B均开发了金属支撑型SOFC.在这 的运营需求并减低碳排放， 种结构的电池中，电极厚度通常约50m,电解质 目前，其他正在开展大中型固定式SOFC发电 厚度5~15um.这种结构的优点低温工作(<600℃)， 系统研制的公司包括：芬兰的Convion有限公司开 机械强度高.但是其制备工艺复杂，流场结构受 发的58 kW SOFC发电系统，其发电效率为53%， 限，并且连接体存在高温氧化问题.因此，目前金 总的能量效率达到了85%；GE公司开发了50kW 属支撑SOFC的研究重点为开发在制备过程和运 的SOFC发电系统，并通过了500h测试，目前正 行过程中具有高抗氧化、抗形变及不发生界面反 在开发1~l0Mw的发电系统m:FuelCell Energy 应的合金材料.已开发商业化产品的公司主要是 开发了50 kW SOFC发电系统，发电效率为55%， 英国的Ceres Power公司，其产品为千瓦级电堆及 每1000h衰减0.9%；LG Fuel Cell Systems开发了 发电系统3 200kW增压式SOFC发电系统（如图5所示），发 电效率为57%，目前正在开展1MW商业化发电系 2SOFC的主要供能方式 固体氧化物燃料电池作为一种清洁、高效 (>50%)的能源转化装置，由于其具有低污染、高效 率、响应速度快、燃料选择性高、模块性强、易于大 规模生产等特点，SOFC燃料电池技术主要在大中 型固定式发电(0.1~10MW)、家庭用微型热电联 图5LG公司设计的1 MW SOFC混合发电系统 供系统(m-CHP)(1~5kW)、交通运输领域(1~ Fig.5 Concept rendering of 1 MW SOFC hybrid power generation 250kW)及便携式领域(<1kW)具有广泛应用前景 system from LG例氧化还原循环性能，劳伦斯伯克利国家实验室 （Lawrence Berkeley National Laboratory） [33]、阿贡国 家实验室（Argonne National Laboratory） [34] 和英国 的 Ceres 公司[35] 均开发了金属支撑型 SOFC. 在这 种结构的电池中，电极厚度通常约 50 μm，电解质 厚度 5～15 μm. 这种结构的优点低温工作（<600 ℃）， 机械强度高. 但是其制备工艺复杂，流场结构受 限，并且连接体存在高温氧化问题. 因此，目前金 属支撑 SOFC 的研究重点为开发在制备过程和运 行过程中具有高抗氧化、抗形变及不发生界面反 应的合金材料. 已开发商业化产品的公司主要是 英国的 Ceres Power 公司，其产品为千瓦级电堆及 发电系统[36] . 2    SOFC 的主要供能方式 固体氧化物燃料电池作为一种清洁、高效 （>50%）的能源转化装置，由于其具有低污染、高效 率、响应速度快、燃料选择性高、模块性强、易于大 规模生产等特点，SOFC 燃料电池技术主要在大中 型固定式发电（0.1～10 MW）、家庭用微型热电联 供系统（m-CHP） （1～5 kW）、交通运输领域（1～ 250 kW）及便携式领域（<1 kW）具有广泛应用前景. 2.1    大中型固定式发电 随着用电需求的增加和日益突出的环境污染 问题，国家对于能源与电力供应的绿色环保、安全 可靠性等相关要求也逐渐提高，分散式的大中型 固定式 SOFC 发电系统可以弥补传统的集中式发 电的不足，降低环境污染，提升了能源利用效率、 供电可靠性和稳定性. 1998 年，西门子西屋电气公司在荷兰展示了世 界首个 100 kW SOFC 发电系统，该系统由 1152 个 管状单电池构成，其功率密度为 0.13 W·cm−2，发电 效率为 46%. 在 2000 年 6 月，西门子西屋公司的 一套 220 kW 加压式 SOFC 与气体涡轮联合发电系 统在匹兹堡通过了出厂测试，并随后于加州大学 欧文分校进行了安装测试，发电效率达到 52% [37] . Bloom Energy 公司自 2001 年成立以来一直致 力于百 kW 发电系统（Energy servers，发电效率为 53%～65%）的商业化，并于 2018 年 7 月上市，目前 已为苹果、谷歌、因特尔、沃尔玛、Ebay 等多家大 型企业的数据中心及楼宇供电，并且其目前正在 拓展燃料电池在微电网领域的应用市场. 现阶段 Bloom Energy 正在进行的大规模发电项目包括：与 韩国韩东南电力公司（“KOEN” ）在盆唐发电厂 8350 kW 机组中安装 Bloom Energy 清洁电力系统； 与 II-VI 公司在加州清洁能源公司 Bloom Energy 建造一个 2.5 MW 的电力系统，以支持其不断增长 的运营需求并减低碳排放. 目前，其他正在开展大中型固定式 SOFC 发电 系统研制的公司包括：芬兰的 Convion 有限公司开 发的 58 kW SOFC 发电系统，其发电效率为 53%， 总的能量效率达到了 85%；GE 公司开发了 50 kW 的 SOFC 发电系统，并通过了 500 h 测试，目前正 在开发 1～10 MW 的发电系统[17] ；FuelCell Energy 开发了 50 kW SOFC 发电系统，发电效率为 55%， 每 1000 h 衰减 0.9%；LG Fuel Cell Systems 开发了 200 kW 增压式 SOFC 发电系统（如图 5 所示），发 电效率为 57%，目前正在开展 1 MW 商业化发电系 表 3    平板式 SOFC 的主要制造厂商[15,17-27] Table 3    Major manufacturers of planar SOFCs[15,17-27] Country Company/Institution Power achieved USA Delphi Automotive Systems 9 kW stack, system, and APU GE 50 kW stack and system Fuel Cell Energy 50 kW system LG Fuel Cell Systems 200 kW system Bloom Energy 100–300 kW system Denmark Topsoe 1–50 kW stack and system Finland Convion/Wärtsilä 58 kW system Elcogen 1 kW and 3 kW stack Switzerland Sulzer Hexis 1.5 kW system UK Ceres Power 1–30 kW stack and system Rolls Royce The target is a 1 MW power generation system Germany Sunfire 0.75–50 kW stack and system Italy SolidPower 1.5 kW and 2.5 kW system Japan Kansai Electric Power 10 kW system NGK Spark Plug Cells Murata Cells Korea POSCO energy 10 kW system Australia CFCL 1.5 kW system 图 5    LG 公司设计的 1 MW SOFC 混合发电系统[19] Fig.5     Concept  rendering  of  1  MW  SOFC  hybrid  power  generation system from LG[19] 刘少名等： 欧洲固体氧化物燃料电池（SOFC）产业化现状 · 283 ·