近日，中國(guó)石油石油化工研究院（以下簡(jiǎn)稱“石化院”）成功開發(fā)中國(guó)石油首套千瓦級(jí)固體氧化物燃料電池（SOFC）熱電聯(lián)供系統(tǒng)，實(shí)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(yùn)行超過1000小時(shí)。這也是國(guó)內(nèi)首套高效發(fā)電、聯(lián)產(chǎn)蒸汽并實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的SOFC熱電聯(lián)供系統(tǒng)。
圖源煉化科技動(dòng)態(tài)
固體氧化物燃料電池(SOFC)是一種直接將燃料化學(xué)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(yīng)性廣、清潔 無(wú)污染、全固態(tài)結(jié)構(gòu)、不使用貴金屬催化劑等優(yōu)點(diǎn)。
圖源煉化科技動(dòng)態(tài)
SOFC技術(shù)在分布式熱電聯(lián)產(chǎn)、特定場(chǎng)景離網(wǎng)供電和煉化減碳等多場(chǎng)景下與中國(guó)石油業(yè)務(wù)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(qiáng)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(yīng)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(tuán)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(shì)的關(guān)鍵。在國(guó)外技術(shù)封鎖，國(guó)內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈尚不完整的情況下，石化院SOFC團(tuán)隊(duì)立足中國(guó)石油綠色轉(zhuǎn)型重大需求，勇于擔(dān)當(dāng)、凝心聚力攻關(guān)技術(shù)。
據(jù)報(bào)道，近日，石化院在集團(tuán)公司科技部項(xiàng)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(shí)現(xiàn)了核心技術(shù)自主可控。[相關(guān)閱讀：中國(guó)石油石化院PEM電解水制氫催化劑實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)]
中國(guó)石油石化研究院是中國(guó)石油天然氣股份有限公司直屬研究院，下設(shè)9個(gè)研究機(jī)構(gòu)，并對(duì)蘭州、大慶、吉林和遼陽(yáng)4個(gè)化工研究中心實(shí)行業(yè)務(wù)領(lǐng)導(dǎo)集中承擔(dān)中國(guó)石油煉油化工技術(shù)研發(fā)任務(wù)。
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(yùn)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(shè)計(jì)集成、安裝調(diào)試、優(yōu)化運(yùn)行等各項(xiàng)任務(wù)，實(shí)現(xiàn)了千瓦級(jí)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(dāng)前SOFC商業(yè)化探索的重要發(fā)力點(diǎn)
SOFC是一種先進(jìn)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(shì)，是我國(guó)實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)的重要技術(shù)路線之一。
中國(guó)工程院院刊《Engineering》刊文指出，我國(guó)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(shí)現(xiàn)氫能和現(xiàn)有化石燃料清潔高效利用的SOFC，與我國(guó)現(xiàn)有能源供應(yīng)系統(tǒng)兼容，必將擔(dān)負(fù)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(guó)供給側(cè)能源改革，推動(dòng)能源技術(shù)革命，為實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰、碳中和目標(biāo)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。[相關(guān)閱讀：【干貨】我國(guó)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(guó)際市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)Markets and Markets預(yù)計(jì)全球SOFC市場(chǎng)規(guī)模將從2020年的7.72億美元增長(zhǎng)至2025年的28.81億美元，復(fù)合年增長(zhǎng)率為30.1％。
SOFC有著研發(fā)周期長(zhǎng)、成本高、風(fēng)險(xiǎn)高等特點(diǎn)，我國(guó)關(guān)于SOFC的研究最早始于1970年代，在國(guó)家科技部、國(guó)家發(fā)改委、中科院等的資助支持下，多家高校和機(jī)構(gòu)展開了對(duì)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(duì)SOFC技術(shù)的研究已有了較大進(jìn)展。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)企業(yè)也開始著眼于SOFC產(chǎn)業(yè)，進(jìn)行相關(guān)布局，部分企業(yè)已經(jīng)取得進(jìn)展。
2023年，國(guó)內(nèi)SOFC產(chǎn)品技術(shù)研發(fā)、示范應(yīng)用項(xiàng)目處于推進(jìn)當(dāng)中，SOFC熱電聯(lián)供商業(yè)化探索開啟，具體動(dòng)態(tài)如下所示。
2023年國(guó)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(jià)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?xì)廨啓C(jī)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(dòng)力電源、交通車輛動(dòng)力電源等移動(dòng)電源，具有廣闊的應(yīng)用前景。
近幾年，SOFC發(fā)電技術(shù)相繼進(jìn)入了國(guó)家發(fā)改委發(fā)布的“能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃（2016-2030年）”、工信部發(fā)布的“中國(guó)制造2025—能源裝備實(shí)施方案”和科技部發(fā)布的國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃的支持范圍。
從2023年的發(fā)展態(tài)勢(shì)來看，熱能、電能雙重應(yīng)用的熱電聯(lián)供成為當(dāng)前SOFC商業(yè)化探索的重要發(fā)力點(diǎn)。
在國(guó)家能源轉(zhuǎn)型的背景下，燃料電池?zé)犭娐?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(guó)內(nèi)外企業(yè)逐步推進(jìn)示范應(yīng)用與商業(yè)化嘗試，SOFC技術(shù)展現(xiàn)出廣闊的市場(chǎng)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(chǎng)景，都將展現(xiàn)出技術(shù)優(yōu)勢(shì)。
未來隨著SOFC產(chǎn)品不斷推廣應(yīng)用，不僅能夠帶動(dòng)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)，促進(jìn)SOFC系統(tǒng)及其部件的成本進(jìn)一步降低，同時(shí)也將為整個(gè)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(shí)現(xiàn)“能源安全”和“碳達(dá)峰碳中和”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)提供新思路。
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