魏甲明,陳宋璇,李曉艷,王瑋瑋,付云楓

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司,北京 100038)

0 引言

我國擁有豐富的煤炭資源,且集中式火力發(fā)電技術(shù)成熟、成本低、效率高,能夠保障我國能源供應(yīng)安全,因此,以煤炭為主的火力發(fā)電成為我國能源供應(yīng)的最主要方式。但是煤炭屬于不可再生資源,而且存在二氧化碳排放量大、環(huán)境污染嚴(yán)重等問題。風(fēng)力和光屬于清潔能源,至2020年風(fēng)力、光伏發(fā)電裝機(jī)容量比例已增長至24%[1-2],但風(fēng)力、光伏發(fā)電具有間歇性和波動性強(qiáng)等固有缺陷,需要與其他能源方式耦合,共同解決能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的問題[3]。

固體氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell,SOFC)具有一次發(fā)電效率高、產(chǎn)物環(huán)境友好等優(yōu)點,被公認(rèn)為21世紀(jì)的革命性綠色能源技術(shù)之一[4]。該技術(shù)可以使用水煤氣、工業(yè)副產(chǎn)氫氣和可再生能源電解氫氣作為燃料,既能充分利用我國豐富的煤炭資源來保證能源安全,同時能夠降低化石燃料占比,降低碳排放。此外,該技術(shù)可以布置在電力應(yīng)用端進(jìn)行分布式發(fā)電,有效減少因長距離輸送電力造成功率損耗。因此,固體氧化物燃料電池表現(xiàn)出的優(yōu)越性能有助于我國能源結(jié)構(gòu)的改變及轉(zhuǎn)型。

本文圍繞SOFC 系統(tǒng)未來主要發(fā)展方向,對SOFC 系統(tǒng)中氧化鋯基、氧化鈰基、鈣鈦礦基電解質(zhì)材料性能進(jìn)行綜述,指出基于鈧資源的氧化鋯基電解質(zhì)材料是當(dāng)下電解質(zhì)材料產(chǎn)業(yè)化優(yōu)選路徑的原因,最后從能源、資源的安全供給角度對我國SOFC產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景給出合理建議。

1 固體氧化物燃料電池發(fā)電性能參數(shù)及應(yīng)用

1.1 發(fā)電性能參數(shù)

固體氧化物燃料電池是一種燃料電池。燃料電池通過電化學(xué)過程直接將化學(xué)能轉(zhuǎn)換為電能,發(fā)電效率可達(dá)45%～60%[5],按照電解質(zhì)材料的不同,分為堿性燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池、磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池和固體氧化物燃料電池,各類燃料電池的主要參數(shù)對比情況見表1。

表1 各種燃料電池主要參數(shù)對比Tab.1 Comparison on main parameters of various fuel cells

當(dāng)前技術(shù)較為成熟、應(yīng)用前景廣闊的燃料電池為質(zhì)子交換膜燃料電池和固體氧化物燃料電池。質(zhì)子交換膜燃料電池具有反應(yīng)溫度低、成熟度高及啟動時間短等優(yōu)點,適用于交通工具動力模塊。固體氧化物燃料電池的燃料可以是氫氣、甲醇、天然氣等,適應(yīng)性非常強(qiáng),制作不需要貴金屬,發(fā)電成本降低空間大,同時熱電聯(lián)產(chǎn)時能量轉(zhuǎn)化效率高達(dá)90%。因此,固體氧化物燃料電池更適合作為分布式發(fā)電技術(shù),具有更廣闊的應(yīng)用前景。

固體氧化物燃料電池主要由陰極、陽極和電解質(zhì)組成。作為電源時,氧化劑中的空氣或氧氣在陰極捕集電子形成氧離子,氧離子通過電解質(zhì)傳導(dǎo)到陽極,在陽極表面氧離子與碳?xì)滟|(zhì)燃料發(fā)生電化學(xué)反應(yīng),生成二氧化碳和水的同時向外電路輸出電能[6],其電化學(xué)過程原理示意如圖1所示。

圖1 固體氧化物燃料電池原理示意Fig.1 Schematic diagram of solid oxide fuel cell

1.2 應(yīng)用領(lǐng)域

固體氧化物燃料電池具有模塊化的結(jié)構(gòu),能夠根據(jù)用電功率要求進(jìn)行組裝,可以滿足不同規(guī)模、不同層次的電力需要,廣泛應(yīng)用在便攜式電源、分布式發(fā)電/熱電聯(lián)供系統(tǒng)和大型發(fā)電站等領(lǐng)域[7]。

1.2.1 便攜式電源

固體氧化物燃料電池具有靜音、運(yùn)行時間長、可靠性高、比能量高和機(jī)動性強(qiáng)等優(yōu)勢,因此被廣泛應(yīng)用于便攜式電源領(lǐng)域[8],此外,還因其不受天氣限制,且噪聲、紅外和電磁輻射低[9],在軍用便攜式電源領(lǐng)域具有廣闊市場前景。明海等[10]對現(xiàn)役單兵便攜式電源進(jìn)行了對比,在單兵執(zhí)行72 h 的任務(wù)中,需要的電量為2.16 kW·h,采用鋰離子電池,質(zhì)量約10.9 kg,體積約9.5 L,采用燃料電池,則質(zhì)量僅約4.3 kg、體積僅約4 L。

1.2.2 分布式發(fā)電

與其他燃料電池相比,固體氧化物燃料電池除具有熱、電效率高的特點外,還具有操作溫度高的特性,這使其在分布式能源系統(tǒng)中具有獨特優(yōu)勢,高溫發(fā)電過程中產(chǎn)生的廢熱品質(zhì)高,可以實現(xiàn)熱電聯(lián)用,經(jīng)過能量梯級利用后,可使系統(tǒng)同時達(dá)到較高的熱電效率。此外,與集中式發(fā)電相比,分布式發(fā)電多建立在居民生活區(qū)域,對環(huán)境排放要求嚴(yán)格,而固體氧化物燃料電池發(fā)電過程不需要燃燒,產(chǎn)物潔凈無污染,過程噪聲小,環(huán)境影響小,是分布式發(fā)電的最佳選擇[11]。

吳傲寒等[12]對家用SOFC 熱電聯(lián)供系統(tǒng)進(jìn)行了動態(tài)建模和分析,將高溫發(fā)電過程產(chǎn)生的高階蒸汽中的熱能進(jìn)行回收,為用戶供熱,實現(xiàn)了系統(tǒng)的二次能源利用,有效提高了系統(tǒng)整體的熱電利用效率。趙璽靈等[13]對固體氧化物燃料電池?zé)犭娐?lián)用系統(tǒng)進(jìn)行了研究,通過模擬計算,20 kW 電堆系統(tǒng)的熱電連供效率可達(dá)89%以上。

1.2.3 大型發(fā)電

固體氧化物燃料電池的高效率和低排放特點使其有可能在大規(guī)模集中式電廠中得到應(yīng)用[14]。

張斌等[15]將煤氣化-固體氧化物燃料電池混合循環(huán)技術(shù)與整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)技術(shù)進(jìn)行了模擬仿真對比,固體氧化物燃料電池系統(tǒng)的混合循環(huán)效率可達(dá)60%以上,比煤氣化聯(lián)合循環(huán)高10%左右,而二氧化碳排放量可以降低至560～580 g/(kW·h),比煤氣化聯(lián)合循環(huán)低16%。程健等[16]對1 MW 固體氧化物燃料電池發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行了模擬和優(yōu)化,包括天然氣清潔脫硫、天然氣重整、電化學(xué)過程、未反應(yīng)燃料燃燒、廢氣預(yù)熱原料氣等過程,模擬和優(yōu)化結(jié)果表明1 MW 系統(tǒng)正常運(yùn)行時所需的燃料、空氣和水蒸氣的流量分別為0.054 kg/s、2.61 kg/s 和0.241 kg/s,在此條件下,發(fā)電效率為39.14%,發(fā)電效率較低的主要原因在于電堆中過量的燃料沒有再循環(huán)利用,而通過燃燒進(jìn)行處理。模擬結(jié)果能夠為未來高溫燃料電池發(fā)電系統(tǒng)的設(shè)計提供參考。

2 鈧穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)材料

2.1 固態(tài)氧化物燃料電池電解質(zhì)材料性能對比

在固態(tài)氧化物燃料電池中,電解質(zhì)在高溫下一側(cè)暴露于氧化環(huán)境,另一側(cè)暴露于還原環(huán)境,需要具備以下特征:①足夠高的離子電導(dǎo)率,以最大程度減少內(nèi)阻；②致密不透氣的結(jié)構(gòu)以隔絕陰、陽極；③高溫下穩(wěn)定的化學(xué)性質(zhì)；④與陰、陽極具有良好的兼容性[6,17-19]。目前研制的固體氧化物燃料電池的電解質(zhì)主要可以分為氧化鈰系、鈣鈦礦系和氧化鋯系[20],3 種電解質(zhì)材料性能對比見表2。

表2 常見的3 種電解質(zhì)材料性能對比Tab.2 Comparison on performances of three common electrolyte materials

氧化鈰基電解質(zhì)材料中的鈰元素在還原氣氛條件下容易從+4 價被還原成+3 價,在溫度波動升高后,電解質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)易被破壞而導(dǎo)致性能下降[6,18]；鈣鈦礦基電解質(zhì)材料中的Ca 會隨著使用時間的增加而流失[21],導(dǎo)致其性能下降。因此,這兩類電解質(zhì)材料目前局限于實驗室研發(fā)階段,而氧化鋯基電解質(zhì)材料性能較穩(wěn)定,已經(jīng)成功應(yīng)用于商業(yè)化產(chǎn)品。

2.2 鈧穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)材料

二氧化鋯具有單斜、四方和立方3 種晶體結(jié)構(gòu),其中,只有立方結(jié)構(gòu)是離子導(dǎo)體。為使其在室溫下也能成為離子導(dǎo)體,通常摻雜氧化鈧,鈧離子能夠置換出部分鋯,使氧化鋯形成穩(wěn)定的立方螢石結(jié)構(gòu),在室溫下也具有離子導(dǎo)電性。

Stubican 等[22]對氧化物摻雜進(jìn)行了一系列研究,認(rèn)為摻雜的氧化物應(yīng)該滿足以下3 種條件:金屬氧化物中金屬的平均價態(tài)小于+4 價,以保證其氧亞晶格中產(chǎn)生必要的氧空位；金屬氧化物與氧化鋯能夠形成溫度較低的固溶物；摻雜金屬陽離子需有很強(qiáng)的正電性,以保證形成的立方相穩(wěn)定。經(jīng)過計算和篩選,認(rèn)為Y,Ca,Mg,Sc,Ce,Nd,Bi,Yb 的氧化物是合適的摻雜劑,而氧化鈧中鈧離子半徑為0.087 nm,與立方氧化鋯中鋯離子0.084 nm 的離子半徑最為接近,因此氧化鈧被認(rèn)為是最合適的氧化鋯摻雜劑[23-25]。

由于摻雜量和工作溫度對物相結(jié)構(gòu)影響較大,Yashima[26]總結(jié)了6 種Sc2O3-ZrO2的相圖,并基于摻雜劑成本和電解質(zhì)工作溫度給出最常用的相圖,結(jié)果表明:當(dāng)摻雜量小于7.5%時,在200～850 ℃區(qū)間內(nèi),產(chǎn)物主要以四方相存在；當(dāng)摻雜量在7.5%～10%時,四方相開始向立方相轉(zhuǎn)變。Thornber 等[27]研究認(rèn)為:當(dāng)摻雜量為9%時,產(chǎn)物仍以立方相為主,且此時電導(dǎo)率較高；當(dāng)摻雜量大于10%以后,產(chǎn)物中出現(xiàn)菱方相,對電解質(zhì)的導(dǎo)電性、結(jié)構(gòu)和機(jī)械性能有不利影響。氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)的電導(dǎo)率為10～16 S/m,制成電池后,在2 500～3 000 A/m2時,功率密度可達(dá)1 200～1 450 W/m2[19,28-29]。

綜上所述,氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯電解質(zhì)在離子導(dǎo)電性、化學(xué)穩(wěn)定性等方面綜合性能最佳,且與該電解質(zhì)材料相匹配的陽極材料、陰極材料等材料經(jīng)過多年研究也有較好的性能表現(xiàn),因此,氧化鋯基電解質(zhì)材料,特別是氧化鈧穩(wěn)定氧化鋯材料是當(dāng)前最適宜大規(guī)模商業(yè)化的電解質(zhì)材料。

3 鈧資源現(xiàn)狀

全世界鈧資源總量約為200 萬t,主要集中在中國、俄羅斯、澳大利亞、印度尼西亞等國[30]。俄羅斯和烏克蘭的鈧資源主要伴生在釩鈦磁鐵礦中,含鈧礦物儲量可觀,氧化鈧的品位最高可達(dá)1 300 ×10-6；加拿大的鈮礦和鈾礦伴生有鈧資源,平均品位在(25～108) ×10-6；此外,印度尼西亞、澳大利亞和菲律賓的紅土礦中也伴生有品位較高的鈧資源[31]。

我國鈧資源總量約為70 萬t,占全球總儲量的35%[31]。與全球其他國家資源特點不同,我國的鈧資源主要伴生于鋁土礦、釩鈦磁鐵礦、鎢礦和稀土礦中,主要分布及品位情況見表3。

表3 我國鈧資源情況[32]Tab.3 Scandium resources in China

我國目前以鈦白廢酸提鈧工藝和紅土鎳礦提鈧工藝為主。國內(nèi)大部分的鈧從鈦白廢酸中提取,該工藝存在鈧含量低、酸度高、雜質(zhì)鐵鈦含量高、提鈧工藝復(fù)雜、成本高等問題,多為萃取工藝,常見的萃取劑有P204 +TBP,Cyanex 272 等。中國恩菲工程技術(shù)有限公司于2012年研發(fā)從紅土鎳礦中伴生鈧資源中提取回收鈧工藝,利用中間產(chǎn)物有效地將稀散分布于提取工藝中的鈧資源進(jìn)行富集,再根據(jù)中間產(chǎn)物的組成特點,開發(fā)出高選擇性萃取體系,定向提取制備氧化鈧產(chǎn)品,整個工藝流程簡單,成本優(yōu)勢明顯。2019年,該公司設(shè)計的中冶瑞木新能源項目順利投產(chǎn),一期年產(chǎn)氧化鈧20 t,可有效保障我國燃料電池用鈧資源的供給。

4 固體氧化物燃料電池產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

4.1 國外產(chǎn)業(yè)情況

歐美及日韓的固體氧化物燃料技術(shù)起步較早,經(jīng)過多年技術(shù)積累及商業(yè)化推廣,商業(yè)化程度較高,市場趨于成熟,產(chǎn)生了一批以Bloom energy 公司、LG化學(xué)、三菱重工和日本愛信精機(jī)為代表的世界知名企業(yè)。

Bloom energy 公司成立于2001年,該公司的固體氧化物燃料電池業(yè)務(wù)一直處于國際領(lǐng)先地位,其開發(fā)的固體氧化物燃料電池是第一個大規(guī)模、商業(yè)可行的發(fā)電平臺,單電堆產(chǎn)品命名為Bloom Box,多個電堆系統(tǒng)命名為Bloom energy servers。谷歌公司在數(shù)據(jù)中心安裝了400 kW 的發(fā)電系統(tǒng),成為其第一個客戶。目前,該公司產(chǎn)品采用平板式電解質(zhì)支撐單電池,陸續(xù)開發(fā)出100～250 kW 單機(jī)發(fā)電系統(tǒng),包括ES-5000(100 kW)、ES-400(105 kW)、ES-5700(210 kW)、ES-5710(262.5 kW)等型號,可以采用天然氣或沼氣作為燃料,發(fā)電效率達(dá)到52%以上。該公司電解質(zhì)材料的供應(yīng)基地集中分布于中國、歐洲和印度等國家的地區(qū),主要制造工廠位于加利福尼亞州的森尼維爾和弗里蒙特以及特拉華州的紐瓦克,并專門建立了一個工廠回收燃料電池模塊。此外,該公司在2020年與韓國企業(yè)SK Ecoplant 成立合資企業(yè),大力發(fā)展韓國本地供應(yīng)商生態(tài)系統(tǒng),并于同年7月投入運(yùn)營[33]。

LG 化學(xué)于2012年斥資4 500 萬美元收購了成立于1992年主要從事兆瓦級SOFC 熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)開發(fā)的Rolls Royce Fuel Cell Systems(RRFCS)51%的股份,從此開始固體氧化物燃料電池行業(yè)的運(yùn)營,該公司固體氧化物燃料電池產(chǎn)品采用扁管式結(jié)構(gòu),已經(jīng)成功示范運(yùn)行200 kW 加壓式SOFC-uGT 發(fā)電系統(tǒng),發(fā)電效率約57%,連續(xù)運(yùn)行超過2 000 h[34]。

三菱重工于20世紀(jì)90年代開始進(jìn)行高溫SOFC 技術(shù)研發(fā),在1993年開發(fā)出1 kW 電堆,并穩(wěn)定運(yùn)行3 000 h。1998年開發(fā)出管式加壓SOFC 發(fā)電系統(tǒng),最大輸出功率21 kW,運(yùn)轉(zhuǎn)時間超過7 000 h,發(fā)電效率為41.5%。2004年開發(fā)出75 kW 的SOFC-MGT 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),并于2007年將系統(tǒng)規(guī)模擴(kuò)大到200 kW。2013年與東京燃?xì)夤韭?lián)合開發(fā)200 kW 的SOFCMGT 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),并在東京郊區(qū)連續(xù)運(yùn)行4 000 多小時,發(fā)電效率50.2%[7]。

日本愛信精機(jī)株式會社成立于1965年,參與了日本政府推行的“ENE-FARM”家用燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)項目,從2011年10月開始提供發(fā)電功率為700 W 的SOFC 系統(tǒng),該系統(tǒng)由愛信精機(jī)、大阪燃?xì)狻⒕┐珊烷L府制作合作開發(fā)和推行,可以使用管道天然氣作為燃料,發(fā)電效率46.5%,系統(tǒng)效率90%,售價已從最初的244 萬日元下降到2017年的175 萬日元,至2017年4月,該系統(tǒng)已售出20 萬套左右[7]。

4.2 國內(nèi)產(chǎn)業(yè)情況

與歐美及日韓相比,國內(nèi)固體氧化物燃料電池技術(shù)研發(fā)起步較晚,產(chǎn)品商業(yè)化程度較低,還未形成完善的產(chǎn)業(yè)鏈條,但蘇州華清京昆新能源科技有限公司(以下簡稱“蘇州華清京昆”)、潮州三環(huán)(集團(tuán))股份有限公司(以下簡稱“潮州三環(huán)”)和寧波索福人能源技術(shù)有限公司(以下簡稱“寧波索福人”)等企業(yè)已研制出原型設(shè)備并開展了一系列性能驗證工作,國內(nèi)市場目前處于孕育期。

蘇州華清京昆創(chuàng)建于2010年,主要產(chǎn)品有固體氧化物燃料電池核心元件和關(guān)鍵材料、SOFC 發(fā)電系統(tǒng)、燃料電池測試系統(tǒng)、工程材料產(chǎn)品、熱工裝備、環(huán)保工程及相關(guān)服務(wù)等,其開發(fā)的HS-201、HS-202 和HS-203 發(fā)電系統(tǒng)功率從50 W 到5 000 W,系統(tǒng)發(fā)電效率可達(dá)50%,產(chǎn)品壽命為40 000 h以上[35]。

潮州三環(huán)從2004年開始研發(fā)生產(chǎn)SOFC 電解質(zhì)粉體材料,可生產(chǎn)加工比表面積5～50 m2/g、純度99.99%以上的高純氧化鋯粉,當(dāng)前產(chǎn)能為每年6 000 t[36]。該公司生產(chǎn)的電解質(zhì)粉體材料的主要客戶為美國布魯姆能源公司、澳大利亞陶瓷燃料電池公司。

寧波索福人能源技術(shù)有限公司在單電池、電池堆和系統(tǒng)集成3 個層面的關(guān)鍵技術(shù)上取得了一系列重大突破,其自主開發(fā)的25 kW 燃料電池系統(tǒng)于2021年1月進(jìn)行測試,系統(tǒng)發(fā)電功率可達(dá)30.3 kW,發(fā)電效率60.8%,燃料利用率達(dá)到79.8%[7]。

4.3 未來市場前景預(yù)測

在節(jié)能降碳成為全球能源與環(huán)境領(lǐng)域最大主題的背景下,雖然SOFC 的市場成熟度距離風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電還有差距,還處于孕育期,但鑒于此項技術(shù)在日本和歐美已有廣泛應(yīng)用,且市場發(fā)展良好,因此,隨著分布式發(fā)電應(yīng)用場景日趨成熟,預(yù)計2025年后,分布式SOFC 的裝機(jī)容量有望達(dá)到我國當(dāng)前火力發(fā)電裝機(jī)容量的5%,即6 225.85 萬kW。按照當(dāng)前1 kW 容量需要使用19.8 g 電解質(zhì)粉計算,市場需要鈧鋯復(fù)合粉1 232.7 t,以當(dāng)前鈧鋯復(fù)合粉的市場價格5 400 元/kg 計算,那么僅鈧鋯復(fù)合粉市場規(guī)模即可達(dá)到66 億元左右,帶動的上下游產(chǎn)業(yè)鏈規(guī)模預(yù)計超過500 億。

5 基于鈧資源的固體氧化物燃料電池的產(chǎn)業(yè)建議

我國在政策層面已經(jīng)給予燃料電池產(chǎn)業(yè)極大支持,為燃料電池產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了保障,其中,《中國制造2025》《節(jié)能與新型能源汽車技術(shù)路線圖2.0》、國家“十四五”規(guī)劃等均提出要大力發(fā)展燃料電池產(chǎn)業(yè)。面對分布式SOFC 產(chǎn)業(yè)發(fā)展前景廣闊的局面,我國還應(yīng)建立健全鈧基固體氧化物燃料電池的資源供應(yīng)鏈、制造加工鏈、產(chǎn)品應(yīng)用鏈和二次資源回收鏈的閉環(huán)產(chǎn)業(yè)鏈條(圖2),爭取下一個新能源產(chǎn)業(yè)變革的關(guān)鍵技術(shù)點。

圖2 基于鈧資源的固體氧化物燃料電池的產(chǎn)業(yè)鏈Fig.2 Industrial chain of solid oxide fuel cell based on scandium resources

5.1 資源端

當(dāng)前世界主要的含鈧礦產(chǎn)品以及大宗鈧化工產(chǎn)品供應(yīng)國為中國、俄羅斯和菲律賓,菲律賓為主要的含鈧礦產(chǎn)品的供應(yīng)國,但暫無大宗鈧化工產(chǎn)品生產(chǎn)能力,大宗鈧化工產(chǎn)品如氧化鈧、氟化鈧等產(chǎn)能集中在中國和俄羅斯。因此,從資源供給保障新能源產(chǎn)業(yè)安全發(fā)展的角度進(jìn)行分析,按照我國現(xiàn)有火力發(fā)電功率容量5.9 ×105MW[37]測算,如將我國70 萬t鈧礦資源全部制備成SOFC 發(fā)電設(shè)備,其容量級別為108MW,是我國火電裝機(jī)總?cè)萘康?60 余倍,是全球2020年發(fā)電功率容量2.6 ×106MW 的38 倍多。

因此,建議國家相關(guān)部門應(yīng)積極建立健全鈧、鋯及與固體氧化物燃料電池相關(guān)礦產(chǎn)資源的戰(zhàn)略儲備政策,將我國鈧礦產(chǎn)資源優(yōu)勢、鈧資源冶金原創(chuàng)優(yōu)勢技術(shù)、鈧基材料加工技術(shù)等供應(yīng)鏈優(yōu)勢,轉(zhuǎn)化為以鈧基固體氧化物燃料電池為代表的清潔新能源產(chǎn)業(yè)鏈培育優(yōu)勢。

5.2 材料加工端

鈧鋯復(fù)合粉是SOFC 核心部件電解質(zhì)的加工原料。作為產(chǎn)業(yè)鏈中游的鈧鋯復(fù)合粉加工企業(yè),其上游是鈧鋯資源端,下游是SOFC 產(chǎn)品制造端,因此,在下游SOFC 產(chǎn)品應(yīng)用市場尚未成熟時,氧化鈧和氯氧化鋯等基礎(chǔ)原材料價格會影響中游材料加工企業(yè)的利潤。

因此,建議國家相關(guān)部門積極跟蹤鈧鋯等基礎(chǔ)原材料市場價格,維護(hù)市場穩(wěn)定供給,同時積極引導(dǎo)企業(yè)增加科研投入,降低生產(chǎn)成本,從全產(chǎn)業(yè)鏈降低產(chǎn)品價格,以培育SOFC 下游應(yīng)用市場。

5.3 產(chǎn)品端

歐洲、美國、日本和韓國在固體氧化物燃料電池領(lǐng)域的產(chǎn)品定位差距較大,以Bloom energy 為代表的歐美企業(yè)制造的SOFC 產(chǎn)品容量多大于100 kW,產(chǎn)品主要面向大型企業(yè)。在日本雖然三菱重工也開發(fā)并測試了200 kW SOFC-MGT 聯(lián)合發(fā)電系統(tǒng),但以愛信精機(jī)和大阪燃?xì)獾榷嗉移髽I(yè)聯(lián)合開發(fā)的小容量的ENE-FARM 家用燃料電池?zé)犭娐?lián)產(chǎn)系統(tǒng)銷量更好。

建議SOFC 產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)充分調(diào)研國家相關(guān)能源政策,深入研究當(dāng)前各領(lǐng)域市場需求,確定合理的發(fā)展模式,做好SOFC 產(chǎn)品的市場定位,形成產(chǎn)業(yè)集群,促進(jìn)產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展。此外,國家不僅應(yīng)在能源政策的制定過程中給予SOFC 技術(shù)一定的傾斜,而且在SOFC 產(chǎn)業(yè)尚未成熟階段,也給予相關(guān)中小微企業(yè)切實的財稅補(bǔ)貼政策,以幫助SOFC 產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。

5.4 用戶端

建議國家按照SOFC 產(chǎn)品功率進(jìn)行分類,對于使用大功率SOFC 產(chǎn)品的企業(yè)用戶,按照SOFC 產(chǎn)品的功率和使用時間給予節(jié)能環(huán)保補(bǔ)貼,并在稅收方面按照節(jié)能降碳給予優(yōu)惠。對于使用中小功率的個人用戶,將SOFC 產(chǎn)品以高節(jié)能等級增補(bǔ)入家電能效等級考核體系范圍內(nèi),使用戶在購買SOFC 產(chǎn)品過程中給予實際能效補(bǔ)貼,降低個人用戶購買SOFC產(chǎn)品的價格。還應(yīng)對使用SOFC 產(chǎn)品的用戶給予更低的煤氣或天然氣價格,以進(jìn)一步增強(qiáng)SOFC 產(chǎn)品在市場的競爭力。此外,在市場方面,應(yīng)積極鼓勵和支持租賃等商業(yè)模式的探索,以降低用戶一次性購買產(chǎn)品的費(fèi)用。

5.5 回收端

SOFC 產(chǎn)品中含有大量鋯、鈧、鑭、鉻、錳等有價金屬。退役SOFC 產(chǎn)品回收雖是整個產(chǎn)業(yè)鏈閉環(huán)運(yùn)行的最后一個環(huán)節(jié),但并不是產(chǎn)業(yè)鏈的尾端,產(chǎn)品回收端應(yīng)提前嵌布在整個產(chǎn)業(yè)鏈條中。

建議國家相關(guān)部門積極制定政策引導(dǎo)回收鏈的建立,將回收鏈與資源端整合,提高資源提取端企業(yè)對二次資源回收利用率；將回收鏈與產(chǎn)品端整合,在SOFC 產(chǎn)品設(shè)計生產(chǎn)過程中需充分考慮回收過程可行性和簡易性,以降低回收成本；將回收鏈與用戶端整合,當(dāng)用戶處理廢舊SOFC 產(chǎn)品時,應(yīng)充分體現(xiàn)出SOFC 產(chǎn)品中的資源價值,建立固定的回收渠道,完善回收鏈?zhǔn)袌觥?/p>