SOFC功能、优势及未来空间如何？

兼具连续发电和环保高效，数据中心优选电源。

据国际能源署（IEA）统计，使用 OpenAI 的 ChatGPT 进行一次对话会消耗 2.9Wh 的 电量，耗电量相当于普通谷歌搜索的 10 倍。随着生成式 AI 的普及，数据中心的需求 激增，导致计算资源紧张和空置率下降，容易造成电网供电不稳定和数据中心能源短 缺。IEA 统计，2022 年全球数据中心消耗的电量高达 4600 亿 kWh，占全球电力总需 求的近 2%。此外数据中心的碳排放预计在未来十年将持续增长，因此需要在保持性 能提升的同时，采用可持续的能源解决方案。

SOC 系统可实现同一种装置同时具备两种功能：即 SOFC 发电和 SOEC 电解。 1）固体氧化物燃料电池（SOFC）是一种在中高温下直接将储存在燃料和氧化剂中的 化学能高效、环境友好地转化成电能的全固态化学能源转换装置。同时，该发电过程 还伴随着大量的热能产生，这些热能可以被有效地回收和利用，用于供暖、热水供应、 制冷或其他热能需求。

2）固体氧化物电解池（SOEC）是 SOFC 的逆过程，用于将电能转化为化学能。在储能 端，SOEC 可以将二氧化碳和水通过电解产生高纯氢、一氧化碳，并可进一步制成绿 色甲醇，利用富余的太阳能、风能等清洁能源将电能转化为碳氢燃料进行存储，实现 清洁能源的循环利用和零碳循环。

SOFC 能够持续供电。固体氧化物燃料电池其中电极的主要功能是为电化学反应提供 反应场所，并传导电化学反应产生的(或需要的)电子；电解质的主要功能为传导氧离 子或质子；连接体的主要功能是将单电池连接，实现大功率输出，并隔断空气与燃料 直接反应；密封材料则是将燃料和空气分隔密封在各自的流程区域内。当燃料和氧化 剂充足时，SOFC 可以继续对外电路供电。

SOFC 能量转换效率较高。SOFC 不受卡诺循环（Carnot Cycle）的限制，能够更有效 地将燃料中的化学能直接转化为电能和热能，仅发电模式下的能量转换效率约为 50%， 热电联供模式下的能量转换效率高达 90%以上。

SOFC 生产成本相对较低，燃料选择广泛。SOFC 系统产品的生产过程不涉及使用贵金 属，主要的催化剂是镍和稀土元素，燃料选择包括天然气、甲烷、甲醇、碳、沼气等。 此外，SOFC 系统通常采用模块化设计，可以根据实际需求进行灵活配置和扩展，模 块化设计使得其易于安装、调试、维护和升级，提高了系统的可靠性和稳定性，降低 了系统的运行成本和维护成本。

同时，SOFC 具备长寿命、高可靠性，运行成本相对较低。SOFC 系统通常具有较高的 使用寿命和高可靠性。固体氧化物电解质具有较高的化学稳定性和机械强度，能够抵 抗燃料和氧化剂的腐蚀，从而延长了系统的使用寿命。

我们假设： 1） 燃料成本：1 立方米天然气发电 6 度电，天然气成本 3.2 元/方，度电成本约 0.5 元/kWh。

2） 根据《SOFC 技术和产业发展研究报告》，当产量分别达到 100MW、1000MW、2500MW 时，设备使用成本分别低至 0.35/0.26/0.18 元/kWh。 因此，从燃料成本和设备折旧成本来看，当产量达到一定规模，整体度电成本有望降 低至 0.85 元/kWh 及以下。

SOFC 技术因其出色的效率、大规模发电潜力、环保、以及持续供电的特性，已经成 为市场上数据中心备用电源的优质选择。目前数据中心电源是 SOFC 电池最主要的市 场，据 Global Market Insight 测算，2023 年全球 SOFC 市场规模为 16.7 亿美元， 其中 41%用于数据中心电源，这部分的规模约 6.85 亿美元，而 2023 年数据中心电源 市场规模为 229.2 亿美元。

随着电池进步和成本降低，预计 SOFC 在数据中心的应用将更广泛，市场份额也将持 续增长，我们预计 2027 年数据中心用 SOFC 市场空间有望达到 523 亿元。

除数据中心以外，SOFC 具备多种应用领域方向，包括热电联供、离网电源、车用电 源、船用电源等领域，行业未来具有较大的增长空间。

根据 QY Research《全球固体氧化物燃料电池（SOFC）市场报告 2024-2030》报告， 预计 2030 年全球固体氧化物燃料电池（SOFC）市场规模将达到 761 亿元，2024-2030 年 CAGR 为 28.9%。