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固體氧化物燃料電池SOFC
相較質(zhì)子交換膜燃料電池（PEMFC），固體氧化物燃料電池（SOFC）具有多項優(yōu)勢，包括不使用貴金屬催化劑、燃料適應(yīng)性強、余熱品位高以及發(fā)電效率突出等。由于其工作溫度通常在600°C以上，燃料氧化反應(yīng)的動力學(xué)條件得到改善，因此SOFC不僅可以使用氫氣作為燃料，還可直接利用天然氣、合成氣（如一氧化碳與氫氣的混合氣）、生物質(zhì)氣（例如沼氣），甚至煤制氣、煤層氣、頁巖氣及各類工業(yè)副產(chǎn)氣等多種碳基燃料。這一特性大幅提升了傳統(tǒng)化石能源的轉(zhuǎn)化效率，在有效降低二氧化碳排放的同時，實現(xiàn)了化石能源的清潔高效利用。正因如此，SOFC常被譽為“吃粗糧的大力士”。實際運行數(shù)據(jù)顯示，SOFC系統(tǒng)的發(fā)電效率可超過50%，相比傳統(tǒng)火電，能夠減少約40%的碳排放，并基本實現(xiàn)氮氧化物和固體顆粒物的零排放。
在我國“富煤、缺油、少氣”的能源資源結(jié)構(gòu)背景下，SOFC技術(shù)為推進煤炭清潔高效轉(zhuǎn)化提供了重要路徑。它不僅可用于實現(xiàn)煤基燃料的高效發(fā)電與低碳利用，還在多個能源領(lǐng)域展現(xiàn)出廣闊的應(yīng)用前景。包括分布式發(fā)電、備用電源、熱電聯(lián)供系統(tǒng)，以及在制氫、綜合能源站、新型儲能、化工過程節(jié)能和交通動力等多個場景中發(fā)揮關(guān)鍵作用。特別是在交通領(lǐng)域，SOFC可用作商用車輛增程器和船舶輔助動力裝置，進一步提升其能源使用效率與環(huán)保性能。
此外，SOFC還具備“可逆運行”的獨特能力：正向運行時作為燃料電池發(fā)電，逆向運行則成為固體氧化物電解池（SOEC）。隨著風(fēng)電、光伏等可再生能源裝機容量持續(xù)增長，其間歇性和波動性導(dǎo)致的“棄電”問題日益突出。SOEC技術(shù)能夠高效利用這些冗余的可再生電力，并結(jié)合系統(tǒng)中已有的中高溫余熱，對水蒸氣或二氧化碳進行電解，生成氫氣或合成氣。該過程的電解效率可達85%~95%，高于低溫電解水技術(shù)，因此特別適合與可再生能源耦合，實現(xiàn)大規(guī)模、高效率的化學(xué)儲能與燃料合成，為構(gòu)建高比例可再生能源系統(tǒng)提供關(guān)鍵支撐。
綜上所述，SOFC/SOEC技術(shù)不僅具備多燃料適應(yīng)性、高效率和低排放的優(yōu)勢，還在能源清潔轉(zhuǎn)型、電網(wǎng)調(diào)峰、工業(yè)節(jié)能和交通電動化等方面具有重大戰(zhàn)略價值，是我國未來能源體系中的重要創(chuàng)新方向。
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