2025年SOFC行业深度报告：北美数据中心电力短缺，SOFC迎来快速增长

1 背景：美国数据中心缺电催生新型供电方式需求

1.1 数据中心：美国数据中心存量大，预计增量高

存量：美国在全球数据中心数量居全球首位，集中于亚马逊AWS、微软等CSP厂商。截至 2025 年 11 月，美国拥有超过 4000 个数据中心，居全球首位，排名第二的英国数据中心数量为 499 座，不及美国的 12%，德国和中国次之，分别为487和381座。目前亚马逊 AWS 拥有全美最多的数据中心，总投运数量为197 座，总电力容量达 8.89GW；Tract 数据中心电力容量全美最高，达到 15GW以上。美国大体量的存量数据中心意味着巨大的电力需求，是美国电网负荷增长的最主要驱动力之一。

增量：2025-2030 年美国预计新增数据中心 IT 容量达55GW。美国数据中心主要运营商拥有超过 300 座在建数据中心，亚马逊 AWS、Tract 等厂商已公布的规划中数据中心均超 160 座，预计未来五年美国新增数据中心IT 容量可达55GW。

1.2 电力：数据中心耗电量持续提升，现场发电是有效方案

耗电：美国数据中心耗电量持续提升，成为电力负荷增长的主要因素之一。美国数据中心在 2023 年的耗电量约占美国总用电量的 4.4%，预计到2028 年这一占比在6.7%-12%之间，数据中心的总耗电量已从 2014 年的58TWh 增长至2023年的176TWh，预计到 2028 年，该数值将进一步迅速增长，处于325-580TWh之间。数据中心已成为美国电力负荷增长的主要因素之一。

大型并网设施供电：美国大型并网设施总发电量提升较少，电力缺口问题逐渐加剧。2015-2024 年美国大型并网设施总发电量仅提升约 6%，2019-2020 年甚至出现负增长，长期增长动能不足；2025 年美国月度发电量与2024 年同比无明显提升，短期供应格局无明显改善。据 NERC，至 2034 年美国大部分地区电力产量将跌破备用容量边际，供电缺口问题将进一步凸显。

现场发电：现场发电是指在数据中心所在地直接发电，部分或全部替代对传统电网的依赖。核电、水电以及煤电等供电方式的部署周期较长，和数据中心建设周期匹配性较差（2024 年中国数据中心平均交付周期约为 1 年）。现场发电是有效的满足数据中心供电需求的电力供应方式，2030 年前落地的数据中心现场发电项目主要涉及燃气轮机、燃料电池及往复式发动机三类技术，另有部分数据中心开始采用地热发电、小型模块化反应堆（SMRs）等新兴技术，这类新兴技术预计要到2030年后才会实现大规模商用。现场发电正逐渐从传统的备用电源角色，转变为主要的或重要的补充性能源。

2 SOFC：部署快+响应负载快+经济性，适配数据中心

2.1 概念：通过电化学反应产出电能和热能的装置

SOFC：采用固态电解质的一类燃料电池。SOFC 以电化学反应将燃料中的化学能直接转化为电能和热能，通常在 500-1000℃的高温下运行。根据电解质传导离子的不同可分为氧离子导电型和质子导电型，固态电解质既能够传导离子又有分隔空气和燃料的作用。

结构：电池单元-电堆-系统。电池单元：由阴极、电解质、阳极和连接体四部分组成；电堆：将化学能直接转化电能，是燃料电池核心。系统：由电堆和外围辅助单元构成，有空气供给预热单元、燃料供给（重整）单元、尾气回收单元、电管理单元以及控制单元等。 材料：陶瓷材料是主流方向。阳极：通常采用金属铂，但价格昂贵，目前主要研究Ni-YSZ 等金属陶瓷材料；电解质：一般采用 ZrO2等氧化物材料；阴极：传统为金属铂，逐渐转向基于 LaMnO3 等的掺杂氧化物陶瓷材料；连接体：连接体需在高温下具有良好的电子导电性和稳定性，LaCrO3等是常用材料。

分类：根据单元组件设计形式的不同，SOFC 主要分为管式和平板式两种结构。管式结构 SOFC 是最早且较为成熟的形式，具有良好的密封性能和长期运行稳定性，电池组装也相对简单，但电极之间的间距大，内阻损失大，功率密度较低；平板式结构SOFC 的几何形状简单，制造成本较低，电池组件要求边缘耐高温密封，对双极连接板材料要求较高。

2.2 优势：可模块化快速安装，LCOE 有望降低

建设周期：模块化设计，安装便捷。SOFC 具备模块化设计和快速部署能力，可灵活适配数据中心电力需求。其系统集成度高、响应迅速，支持即装即用，满足高可靠性与快速扩容要求，是应对数据中心动态负荷的理想选择。

应用场景：适配多种应用场景。随着技术成熟与成本持续下降，SOFC产业化进程明显提速，全球多家龙头企业加速布局多元化应用场景。从便携式电源到大型分布式电站，SOFC 凭借高效率、长寿命和燃料灵活性，逐步拓展交通、数据中心及能源基础设施等领域。当前，以 Bloom Energy 为代表的主要企业已实现规模化应用，推动SOFC 在热电联供（CHP）、汽车辅助电源及固定发电站等场景落地，产业生态不断完善。

建设周期短，碳排放少，LCOE 低于简单循环燃气轮机等。SOFC 的建设周期约为0.5年，明显短于燃气轮机，SMR 等数据中心常用供电方式，满足数据中心建设需求。碳排放量低于煤电、燃气轮机等供电方式；LCOE（平准化度电成本，是衡量能源项目经济性的核心指标）低于简单循环燃气轮机和海上风电等供电方式。

和燃气轮机相比效率较高，和其他燃料电池相比适配多种燃料。燃料电池简化了能量转换过程，与传统发电方式（如燃气轮机等）需要经过多步将化学能转化为电能不同，燃料电池可在单一步骤中直接完成这一能量转换，燃料电池不像燃气轮机旋转叶片那样具有较大的惯性，在从满载降至部分负载时不会出现效率下降的问题。燃料电池主要类型包括碱性燃料电池、磷酸燃料电池、质子交换膜燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池和 SOFC 等。SOFC 燃料电池适配燃料种类多样，固态电解质无腐蚀性，效率可达50-60%，余热质量高，若采用热电联产（CHP）方式，效率甚至可进一步提升至90%。

建造成本较低，LCOE 有望进一步降低。SOFC 系统中以功率器件和电堆成本占比最高，随着量产规模扩大成本可进一步降低。以 Bloom Energy 为例，SOFC项目根据规模和技术不同，建造成本的价格区间处于 7000-10000 美元/kW之间，2030年或可降低至 2000 美元/kW。

SOFC 搭配超级电容器可快速响应负载功率大范围波动。当负载功率急剧提升时，超级电容放电响应瞬时大功率，SOFC 可实现输出功率快速爬坡，功率达到负载功率需求时再对超级电容充电以备下次放电。数据中心中设备负载动态变化频繁，计算密集阶段常出现功率大幅波动，SOFC 搭配超级电容器能够快速响应负载功率波动的特点是在数据中心场景中的优势之一。

3 前景：海外企业主导，国内厂商追赶，具有放量弹性

3.1 格局：日英美企业主导，国内厂商积极布局

数据中心是 SOFC 主要应用场景之一，SOFC 市场日本、英国和美国企业市场份额高。SOFC 应用场景中数据中心占比在 40%以上，数据中心建设的持续推进提供了SOFC应用的广阔空间。全球 SOFC 市场格局方面日本、英国和美国企业占据主要地位，其中日本企业三菱动力和爱信精机市场占有率分别为 14.80%和10.44%，英国企业Ceres 电力市场占比为 12.40%，美国企业 Bloom Energy 市场占比约为9.40%。

国内逐渐布局 SOFC 技术应用。SOFC、固体氧化物电解池（SOEC）和可逆固体氧化物电池（RSOC）统称为 SOC，2024 年国内 SOC 招标项目数为48 个，主体设备的额定功率总计达近 800kW，上述项目中 SOFC 占比近70%。从中标项目数量来看，氢邦科技以 14 项中标项目领先，质子动力以 7 个项目位于第二，三环集团以3个项目数位居第三；从公布的项目主体设备装机功率来看，三环集团以超过330kW的总功率领先，总装机功率超过百千瓦的企业还包括中国华能、潍柴动力等，氢邦科技、质子动力以较高的配套量位于前列。

3.2 空间：数据中心建设加大放量弹性

全球数据中心建设持续保持高增长，我们假设 2025-2030 年全球数据中心年度新增装机量为 17.20/22.00/32.0/41.60/52.00/62.40GW，美国SOFC 渗透率为2%/3%/5%/7%/9%/12%，其他国家SOFC渗透率为1.6%/2.5%/4.4%/6.3%/8.2%/11.1%，SOFC 单价分别为 5000/4500/4000/3600/3200/2800 美元/kW，我们预计2025-2030 年全球 SOFC 市场规模累计可超 600 亿美元。

编辑：火腿肠