鉅大LARGE | 點擊量：573次 | 2021年12月10日
燃料動力電池的興起將如何改變能源市場？
1、燃料電池市場悄然興起
經(jīng)過近十年的發(fā)展，燃料電池在一系列早期應(yīng)用中已經(jīng)表現(xiàn)出了良好的優(yōu)勢，與現(xiàn)有的能源利用技術(shù)可以進(jìn)行諸多領(lǐng)域的競爭，進(jìn)而使這項技術(shù)具有了更為廣闊的吸引力。燃料電池已在多個工業(yè)領(lǐng)域（包括叉車、數(shù)據(jù)中心和電信塔）的應(yīng)用證明了其作為可靠和清潔的電力供應(yīng)等多功能應(yīng)用，以及作為零售店和企業(yè)設(shè)施的現(xiàn)場低排放電源越來越受廣大消費(fèi)者歡迎。燃料電池發(fā)電正變得越來越廣泛，全球有超過十萬個燃料電池系統(tǒng)在運(yùn)行。
為什么燃料電池的銷售和租賃在終端用戶市場上在不斷增加？因為，無論是動力、靜止、離網(wǎng)或便攜式的應(yīng)用需求，這項技術(shù)都能夠?qū)崿F(xiàn)用途廣泛、可靠，能夠為任何需要它的空間提供電力。燃料電池是一種低至零排放技術(shù)，在不燃燒的情況下進(jìn)行電化學(xué)發(fā)電，通常不受國家空氣許可要求的限制。由于運(yùn)動部件很少，燃料電池非常安靜，與其他一些技術(shù)相比，安裝占地面積小。這些良好的屬性允許將該技術(shù)放置在室內(nèi)或室外，例如屋頂、地下室、停車庫、建筑場地或公共空間附近。
此外，燃料電池具有可擴(kuò)展性，從小型便攜式到多兆瓦（mw）公用事業(yè)規(guī)模的裝置，發(fā)電效率約為50%。一些燃料電池系統(tǒng)可以捕獲副產(chǎn)品的熱量，從而將電和熱的綜合效率提高到90%或更高。
燃料電池利用氫，幾乎可以從任何含氫的來源中提取氫，包括傳統(tǒng)（化石燃料）和可再生資源（沼氣、生物量、太陽能和風(fēng)能）?？紤]到這些不同的氫源，燃料電池與可再生和化石燃料工業(yè)之間存在協(xié)同作用。隨著燃料電池和氫氣行業(yè)的持續(xù)增長，這些行業(yè)的市場擴(kuò)張機(jī)會也將擴(kuò)大。
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2、天然氣應(yīng)用
越來越多的燃料電池為企業(yè)設(shè)施和校園、數(shù)據(jù)中心、零售店、生產(chǎn)設(shè)施、政府大樓、學(xué)校和醫(yī)院提供現(xiàn)場電力，而其產(chǎn)生的副產(chǎn)品通常只有熱量和水。以美國為例，保守估計美國主要在加利福尼亞、紐約和康涅狄格州安裝了超過200兆瓦的大型固定燃料電池發(fā)電能力，在這些區(qū)域國家政策和排放目標(biāo)控制促進(jìn)了燃料電池能源的陸續(xù)使用。燃料電池發(fā)電廠在成本上也可以與某些州的電網(wǎng)競爭，提供高質(zhì)量的電力，并已證明在暴風(fēng)雨和其他損害電網(wǎng)完整性的事件中提供可靠的電力。這些燃料電池系統(tǒng)大多由天然氣驅(qū)動。
而很多公用事業(yè)公司運(yùn)行多兆瓦燃料電池系統(tǒng)，以確保電網(wǎng)的彈性發(fā)電。韓國在最大的公用設(shè)施上安裝了一個59兆瓦的天然氣燃料電池發(fā)電廠，可以為電網(wǎng)提供連續(xù)的基本負(fù)荷電力，并為區(qū)域供熱系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的熱量。
在美國，DelmarvaPower（特拉華州）運(yùn)營著30兆瓦的天然氣燃料電池，為約22000戶家庭提供持續(xù)可靠的電網(wǎng)電力?？偛课挥诟ゼ醽喼莸哪茉垂綝ominion在康涅狄格州布里奇波特市中心也有一個14.9兆瓦的天然氣燃料電池設(shè)施，為康涅狄格州的電網(wǎng)提供電力。并有多兆瓦天然氣燃料電池設(shè)施正在建造中，為康涅狄格州的UnitedIlluminating和UILHoldingsCorp.提供電力。世界各地的一些能源公司也與燃料電池制造商簽訂了營銷或分銷協(xié)議，以在客戶群中推廣天然氣燃料電池系統(tǒng)。
此外，小型（≤1千瓦）天然氣燃料電池系統(tǒng)在日本市場上很容買到，在日本，已有超過10萬套住宅燃料電池系統(tǒng)出售給家庭和公寓樓。這個數(shù)字還在穩(wěn)步增長，以達(dá)到日本政府的燃料電池規(guī)劃目標(biāo)，即到2030年使用燃料電池為日本10%的家庭（約530萬戶）供電。住宅燃料電池在歐洲也表現(xiàn)出了良好前景，歐洲12個歐盟成員國正在試驗1000個住宅天然氣燃料電池系統(tǒng)。
在美國的康涅狄格州即將建成的幾個微電網(wǎng)中，燃料電池也被納入其中，這些微電網(wǎng)設(shè)計用于在停電和其他緊急情況下向應(yīng)急庇護(hù)所提供彈性和可靠的電力。
3、沼氣/生物質(zhì)
燃料電池也可以通過利用富氫沼氣實現(xiàn)電力供應(yīng)。根據(jù)美國能源部（DOE）估計，美國沼氣資源有能力以50%的電效率生產(chǎn)約5千兆瓦的電力。DOE報告也指出，大部分沼氣資源將位于大型城市中心附近，也是燃料電池發(fā)電的主要需求中心附近，即車輛（FCEV）和固定燃料電池發(fā)電。
其中，一種沼氣來源是廢水處理過程中（厭氧消化氣體，簡稱ADG）的甲烷副產(chǎn)品，這是一種通常會被燃燒掉，并向大氣中直接排放產(chǎn)生溫室氣體的副產(chǎn)品，通過燃料電池技術(shù)它可以轉(zhuǎn)變?yōu)橐环N電力資源，即現(xiàn)場發(fā)電（稱為"廢物轉(zhuǎn)化為能源"）。例如，美國的加利福尼亞和紐約已經(jīng)有十幾家城市污水處理廠使用ADG和燃料電池發(fā)電。
微軟已經(jīng)在俄亥俄明州啟動了一個試驗項目，利用一個300千瓦的ADG動力燃料電池為鄰近廢水處理廠的一個小型離網(wǎng)數(shù)據(jù)處理廠供電，并創(chuàng)造了一個100%可再生能源利用的裝置。微軟正在率先將較小的數(shù)據(jù)設(shè)施和燃料電池放在廢棄的沼氣池附近，作為投資大型數(shù)據(jù)中心所需電力基礎(chǔ)設(shè)施的替代方案。
此外，沼氣還可以在燃料電池電動汽車和燃料電池驅(qū)動的材料處理設(shè)備中所需要的可再生氫的大規(guī)模生產(chǎn)發(fā)揮作用。美國能源部報告稱，美國廢水處理廠每年可提供50萬噸甲烷，這些甲烷可提供足夠的氫氣，每天可以為60萬輛燃料車提供燃料。美國垃圾填埋場每年也可產(chǎn)生1240萬噸甲烷，充足的氫氣每天可為1300萬輛燃料車提供燃料。
最近的一項研究表明，使用沼氣驅(qū)動的燃料電池不僅可以產(chǎn)生電力和熱量，還可以產(chǎn)生氫氣流。加利福尼亞州奧蘭治縣的廢水處理廠在為期兩年的試點項目中成功地展示了燃料電池三代系統(tǒng)，生產(chǎn)電力和熱量，并將可再生產(chǎn)生的天然氣輸送到位于工廠附近的氫燃料站。
另一個燃料電池三代系統(tǒng)已經(jīng)在加拿大溫哥華運(yùn)行，這套系統(tǒng)使用填埋氣（LFG）提供資源發(fā)電。除了發(fā)電外，附近的一個水培溫室還可以充分利用燃料電池的廢熱，而可再生氫則可出口用于汽車燃料或工業(yè)中。寶馬也正在美國南卡羅來納州的汽車制造廠研究將LFG用于氫氣制造，作為工廠275輛燃料電池驅(qū)動材料裝卸車的低成本氫氣來源。
美國最大的洋蔥加工廠Gills洋蔥（加利福尼亞）通過一個600千瓦（kw）的燃料電池將75%的洋蔥加工廢料轉(zhuǎn)化為低排放、碳中性的能源。ADG供電系統(tǒng)為工廠提供基本負(fù)荷電力，并利用副產(chǎn)品熱量支持厭氧消化池中洋蔥廢料的處理。該公司每年節(jié)省大約70萬美元的電力成本，并消除了每年40萬美元的運(yùn)輸洋蔥廢料到農(nóng)田的成本。藍(lán)湖印第安人部落（加利福尼亞）也利用當(dāng)?shù)氐纳锪?，將木材作業(yè)產(chǎn)生的木屑轉(zhuǎn)化為一個綜合生物量燃料電池發(fā)電系統(tǒng)中的富氫合成氣。
4、風(fēng)與太陽
風(fēng)力與太陽能發(fā)電會產(chǎn)生多余的電力無法直接儲存，但可以通過多余的電力來電解水，產(chǎn)生氫氣和氧氣，并將氫氣和氧氣儲存在地下供日后使用，這種模式可以大規(guī)模儲存多余的可再生能源，也可以將氫氣注入到天然氣管道，輸送到下游使用?？稍偕鷼湟部梢詢Υ嬖诠拗?，通過運(yùn)輸，注入到加氫站網(wǎng)絡(luò)中，然后用于燃料電池或汽車燃料。
德國正積極尋求P2G作為其能源轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略的一部分，目前已有十幾項P2G技術(shù)正在部署中。在美國，南加州天然氣公司最近也宣布了美國首個將風(fēng)能和太陽能資源中的電力轉(zhuǎn)換為氫氣和甲烷的P2G演示，并測試了美國現(xiàn)有天然氣管道的使用，以驗證通過這種方式儲存剩余電力的可行性。
隨著全球運(yùn)輸燃料電池應(yīng)用的持續(xù)增長，以及生產(chǎn)100%可再生氫汽車的需求不斷增長，氫燃料的應(yīng)用可能為太陽能和風(fēng)能行業(yè)的發(fā)展帶來更大機(jī)遇。
在美國加利福尼亞州，九個氫燃料站中的三個使用現(xiàn)場太陽能電解來產(chǎn)生氫氣，更多的氫燃料站也在建設(shè)當(dāng)中，在美國東北部的燃料站也使用現(xiàn)場太陽能（康涅狄格州）和風(fēng)力發(fā)電（紐約）的方式來制氫。
美國國家可再生能源實驗室（科羅拉多州）正在開發(fā)利用風(fēng)能和太陽能資源為運(yùn)輸車輛生產(chǎn)氫氣，并計劃在夏威夷的一個聯(lián)邦設(shè)施建設(shè)一個太陽能氫站。在日本和歐洲，一些發(fā)電站可以提供現(xiàn)場太陽能發(fā)電制氫。隨著汽車制造商將其燃料電池電動汽車陸續(xù)推向消費(fèi)市場，該市場在未來幾年將保持不斷增長。
5、甲醇
燃料電池可以由甲醇提供動力，甲醇是一種可以直接在系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行改造的酒精燃料。甲醇具有巨大的燃料電池使用潛力，因為每加侖中的氫原子比任何其他在正常條件下穩(wěn)定的液體都要多。另外，甲醇易于運(yùn)輸和儲存，并且作為世界上最大的化工產(chǎn)品之一，每年全球需求量為5000萬噸。
擁有甲醇燃料電池產(chǎn)品的公司正在材料處理和離網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域?qū)ふ沂袌鰴C(jī)遇，例如電信塔的電力、監(jiān)控設(shè)備和傳感器、手持電子設(shè)備以及休閑車輛和船只中的電子設(shè)備等。
甲醇在發(fā)展備用和遠(yuǎn)程動力燃料電池市場中扮演著越來越重要的角色，特別是在非洲、印度、加勒比和東南亞。公用電網(wǎng)的可靠電力，尤其是蜂窩塔的可靠電力，對經(jīng)濟(jì)增長、健康和公共安全起著至關(guān)重要的作用，而甲醇燃料電池能夠通過使用這些地區(qū)隨時可用的普通商品來滿足這一需求。
數(shù)百個甲醇燃料電池備用電力系統(tǒng)已經(jīng)在菲律賓、加勒比和拉丁美洲的電信網(wǎng)絡(luò)中運(yùn)行，在那里電網(wǎng)可能遭受極端天氣影響導(dǎo)致的電力中斷。在印度，政府已經(jīng)授權(quán)在電信網(wǎng)站使用清潔能源，燃料電池被視為一個最具吸引力的選擇，以取代目前為許多蜂窩塔供電的污染嚴(yán)重的柴油發(fā)電機(jī)。
5、潛力巨大的新興產(chǎn)業(yè)
國際知名企業(yè)也已經(jīng)認(rèn)識到燃料電池的優(yōu)勢，并正在利用這項經(jīng)過驗證的技術(shù)改變能源使用格局，越來越多的企業(yè)采用燃料電池技術(shù)，燃料電池的客戶群正在逐漸擴(kuò)大。隨著燃料電池行業(yè)的持續(xù)增長，與清潔能源未來愿景相同的關(guān)聯(lián)能源行業(yè)將出現(xiàn)潛在的新市場和新機(jī)遇。皙梓博士
