SOFC功能、優勢及未來空間如何？

兼具連續發電和環保高效，數據中心優選電源。

據國際能源署（IEA）統計，使用 OpenAI 的 ChatGPT 進行一次對話會消耗 2.9Wh 的 電量，耗電量相當于普通谷歌搜索的 10 倍。隨著生成式 AI 的普及，數據中心的需求 激增，導致計算資源緊張和空置率下降，容易造成電網供電不穩定和數據中心能源短 缺。IEA 統計，2022 年全球數據中心消耗的電量高達 4600 億 kWh，占全球電力總需 求的近 2%。此外數據中心的碳排放預計在未來十年將持續增長，因此需要在保持性 能提升的同時，采用可持續的能源解決方案。

SOC 系統可實現同一種裝置同時具備兩種功能：即 SOFC 發電和 SOEC 電解。 1）固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種在中高溫下直接將儲存在燃料和氧化劑中的 化學能高效、環境友好地轉化成電能的全固態化學能源轉換裝置。同時，該發電過程 還伴隨著大量的熱能產生，這些熱能可以被有效地回收和利用，用于供暖、熱水供應、 制冷或其他熱能需求。

2）固體氧化物電解池（SOEC）是 SOFC 的逆過程，用于將電能轉化為化學能。在儲能 端，SOEC 可以將二氧化碳和水通過電解產生高純氫、一氧化碳，并可進一步制成綠 色甲醇，利用富余的太陽能、風能等清潔能源將電能轉化為碳氫燃料進行存儲，實現 清潔能源的循環利用和零碳循環。

SOFC 能夠持續供電。固體氧化物燃料電池其中電極的主要功能是為電化學反應提供 反應場所，并傳導電化學反應產生的(或需要的)電子；電解質的主要功能為傳導氧離 子或質子；連接體的主要功能是將單電池連接，實現大功率輸出，并隔斷空氣與燃料 直接反應；密封材料則是將燃料和空氣分隔密封在各自的流程區域內。當燃料和氧化 劑充足時，SOFC 可以繼續對外電路供電。

SOFC 能量轉換效率較高。SOFC 不受卡諾循環（Carnot Cycle）的限制，能夠更有效 地將燃料中的化學能直接轉化為電能和熱能，僅發電模式下的能量轉換效率約為 50%， 熱電聯供模式下的能量轉換效率高達 90%以上。

SOFC 生產成本相對較低，燃料選擇廣泛。SOFC 系統產品的生產過程不涉及使用貴金 屬，主要的催化劑是鎳和稀土元素，燃料選擇包括天然氣、甲烷、甲醇、碳、沼氣等。 此外，SOFC 系統通常采用模塊化設計，可以根據實際需求進行靈活配置和擴展，模 塊化設計使得其易于安裝、調試、維護和升級，提高了系統的可靠性和穩定性，降低 了系統的運行成本和維護成本。

同時，SOFC 具備長壽命、高可靠性，運行成本相對較低。SOFC 系統通常具有較高的 使用壽命和高可靠性。固體氧化物電解質具有較高的化學穩定性和機械強度，能夠抵 抗燃料和氧化劑的腐蝕，從而延長了系統的使用壽命。

我們假設： 1） 燃料成本：1 立方米天然氣發電 6 度電，天然氣成本 3.2 元/方，度電成本約 0.5 元/kWh。

2） 根據《SOFC 技術和產業發展研究報告》，當產量分別達到 100MW、1000MW、2500MW 時，設備使用成本分別低至 0.35/0.26/0.18 元/kWh。 因此，從燃料成本和設備折舊成本來看，當產量達到一定規模，整體度電成本有望降 低至 0.85 元/kWh 及以下。

SOFC 技術因其出色的效率、大規模發電潛力、環保、以及持續供電的特性，已經成 為市場上數據中心備用電源的優質選擇。目前數據中心電源是 SOFC 電池最主要的市 場，據 Global Market Insight 測算，2023 年全球 SOFC 市場規模為 16.7 億美元， 其中 41%用于數據中心電源，這部分的規模約 6.85 億美元，而 2023 年數據中心電源 市場規模為 229.2 億美元。

隨著電池進步和成本降低，預計 SOFC 在數據中心的應用將更廣泛，市場份額也將持 續增長，我們預計 2027 年數據中心用 SOFC 市場空間有望達到 523 億元。

除數據中心以外，SOFC 具備多種應用領域方向，包括熱電聯供、離網電源、車用電 源、船用電源等領域，行業未來具有較大的增長空間。

根據 QY Research《全球固體氧化物燃料電池（SOFC）市場報告 2024-2030》報告， 預計 2030 年全球固體氧化物燃料電池（SOFC）市場規模將達到 761 億元，2024-2030 年 CAGR 為 28.9%。