質(zhì)子動(dòng)力“低濃度瓦斯燃料SOFC高效發(fā)電系統(tǒng)”順利驗(yàn)收

近日，質(zhì)子動(dòng)力開發(fā)的5kW級(jí)低濃度瓦斯燃料SOFC清潔高效發(fā)電系統(tǒng)通過近1000小時(shí)運(yùn)行測(cè)試后，在質(zhì)子動(dòng)力徐州公司召開了“低濃度瓦斯燃料固體氧化物燃料電池清潔高效發(fā)電技術(shù)研究”專家現(xiàn)場(chǎng)見證會(huì)，多位業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)見證驗(yàn)收。

本項(xiàng)目的完成標(biāo)志質(zhì)子動(dòng)力完成了低濃度煤礦瓦斯處理和應(yīng)用的SOFC相關(guān)技術(shù)積累，可為我國(guó)低濃度煤礦瓦斯的利用提供了一個(gè)新的、高效、環(huán)保技術(shù)路徑。

該SOFC裝置在30%以下濃度的瓦斯燃料條件下，實(shí)現(xiàn)了5.2kW穩(wěn)定發(fā)電，發(fā)電效率達(dá)到46%，綜合能量利用率達(dá)到85%，為系統(tǒng)規(guī)?；瘧?yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

中國(guó)煤炭資源儲(chǔ)備和產(chǎn)量在全球遙遙領(lǐng)先，2024年我國(guó)原煤產(chǎn)量突破47億噸，超過全球總產(chǎn)量一半。與此同時(shí)，中國(guó)有豐富的煤層氣資源和煤礦瓦斯，在中國(guó)甲烷（溫室氣體，且比二氧化碳的全球變暖效應(yīng)更強(qiáng)更快）排放中煤層氣逸散占比也最大。2018年，中國(guó)甲烷排放達(dá)到13.46億噸二氧化碳當(dāng)量（CO₂e），約占當(dāng)年中國(guó)總溫室氣體排放的14%。其中能源供應(yīng)是最大的甲烷排放源，占比42%，包括煤礦開采和礦后活動(dòng)中的煤礦甲烷（39%）和油氣開采的甲烷排放（3%）。因此盡早采取行動(dòng)減少煤層氣、瓦斯的逸散對(duì)于減少中國(guó)甲烷排放和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。

有鑒于此，最新的《煤層氣（煤礦瓦斯）排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 21522-2024),已經(jīng)明確禁止排放濃度高于8%且抽采純量大于10立方米每分鐘的瓦斯。

根據(jù)測(cè)算，如果同時(shí)考慮井工開采、露天煤礦、礦后活動(dòng)以及廢棄井產(chǎn)生的瓦斯氣體，目前我國(guó)煤礦瓦斯的整體利用率約為14%，其中瓦斯發(fā)電約250萬千瓦。2020年，我國(guó)煤炭行業(yè)的瓦斯逸散量約為358億立方米，占當(dāng)年全國(guó)天然氣產(chǎn)量的19%、天然氣進(jìn)口量的27%、天然氣消費(fèi)量的11%。假設(shè)我國(guó)能夠?qū)⒚旱V瓦斯的整體利用率提升至30%，則能夠在原有基礎(chǔ)上增加58億方/年的瓦斯利用量，相當(dāng)于降低當(dāng)年天然氣進(jìn)口量4.15%，或節(jié)約700萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，多減排CO₂當(dāng)量1億噸，能為國(guó)家能源安全和“雙碳”目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)作出積極貢獻(xiàn)，同時(shí)也為SOFC的應(yīng)用提供了一個(gè)較大的潛在市場(chǎng)，預(yù)計(jì)超過200萬千瓦。

我國(guó)煤炭行業(yè)瓦斯逸散和利用情況（RMI，瓦斯回收利用技術(shù)發(fā)展展望2024）

8%及以下的低濃度煤礦瓦斯，在適當(dāng)除氮、除氧后，得到更適合SOFC的瓦斯氣體。以1MW SOFC項(xiàng)目為例，量產(chǎn)后系統(tǒng)投資成本按1萬元/kW計(jì)算，瓦斯處理、土建、廠房、項(xiàng)目審批等投資合計(jì)1000萬元，項(xiàng)目總投資2000萬元。初步測(cè)算：度電成本僅0.28元/kWh，當(dāng)上網(wǎng)電價(jià)為0.5元/kWh時(shí)，項(xiàng)目全投資稅后IRR超過7%；如果考慮CCER收入，CCER價(jià)格為80元/t時(shí)，項(xiàng)目全投資稅后IRR超過19%，年減排CO_2e近4萬噸，有較好的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益以及環(huán)境效益。

低濃度瓦斯燃料SOFC發(fā)電技術(shù)的應(yīng)用，可通過SOFC電化學(xué)反應(yīng)將低濃度瓦斯（1%<cCH₄<30%）的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能，大大提高低濃度瓦斯利用效率，系統(tǒng)發(fā)電效率達(dá)到45%以上。在高效利用瓦斯氣體的同時(shí)，增加了國(guó)家清潔能源供應(yīng)，減少了碳排放，對(duì)于保障煤礦生產(chǎn)安全、國(guó)家能源安全和地球環(huán)境安全均具有重要意義。與此同時(shí)，SOFC還能克服現(xiàn)有低濃度瓦斯內(nèi)燃機(jī)發(fā)電技術(shù)效率低、噪聲大、污染重等技術(shù)瓶頸。

質(zhì)子動(dòng)力聚焦固體氧化物電解池(SOEC)、固體氧化物燃料電池（SOFC）領(lǐng)域，同時(shí)布局SOEC/SOFC電池片、電堆、系統(tǒng)全產(chǎn)業(yè)鏈的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，已經(jīng)建成專門的研究院和SOEC電池片、電堆生產(chǎn)基地，具備了初步產(chǎn)業(yè)化的基礎(chǔ)和能力。

質(zhì)子動(dòng)力團(tuán)隊(duì)已深度掌握SOFC 20x20cm單電池片技術(shù)和5kW單電堆技術(shù)、SOEC專用電池片及電堆技術(shù)、SOEC/SOFC可逆電堆技術(shù)。擁有多個(gè)SOEC/SOFC示范系統(tǒng)打造經(jīng)驗(yàn)，與國(guó)家電網(wǎng)、中廣核、中石油、東方電氣、大唐集團(tuán)等多個(gè)央企有科技項(xiàng)目和示范項(xiàng)目合作。2021-2024年成功交付多套千瓦級(jí)-幾十千瓦級(jí)SOEC、SOFC系統(tǒng)，相關(guān)性能指標(biāo)國(guó)內(nèi)領(lǐng)先。并已經(jīng)開始布局氫儲(chǔ)能，正在開發(fā)的高效氫儲(chǔ)能ReSOC可逆電堆將是國(guó)內(nèi)首臺(tái)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的ReSOC電堆。

在團(tuán)隊(duì)方面，公司除了有行業(yè)頂級(jí)專家領(lǐng)銜的科研團(tuán)隊(duì)外，經(jīng)營(yíng)管理團(tuán)隊(duì)擁有成功的創(chuàng)業(yè)和產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗(yàn)以及豐富的市場(chǎng)資源，業(yè)內(nèi)獨(dú)有的雙輪驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略也讓公司的發(fā)展更加穩(wěn)健、快捷。

目前公司已建立研發(fā)及中試基地，青島公司負(fù)責(zé)上游產(chǎn)品研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，包括SOEC、SOFC電池片、單電堆及電堆塔，一期產(chǎn)能10MW，二期50MW；能源路由器、制氫電源研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化。廠房面積6000平米。徐州公司負(fù)責(zé)下游系統(tǒng)產(chǎn)品的研發(fā)及產(chǎn)業(yè)化，包括SOEC、SOFC大功率系統(tǒng)；電池片、電堆及系統(tǒng)的性能、功能檢測(cè)及老化試驗(yàn)測(cè)試；廠房面積3000平米。