AI催熱綠氫電源，SOFC要插隊先爆發？

2025-01-16 13:55

香橙會

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AI數據中心建設成為當前最熱的話題。

亞馬遜在2024年底宣布，將在未來15年投資1500億美元建設數據中心；微軟也表示，在2025財年將投入800億美元建設數據中心。

與此同時，傳統算力模式高能耗與碳排放問題日益嚴重。高盛2024年5月發布的《全球電力激增與可持續性：AI數據中心的影響》報告預測，到2030年數據中心二氧化碳排放量將較2022年增長超100%，故亟需高效、清潔、可持續能源解決方案。

綠氫電源中的固體氧化物燃料電池（SOFC），具有獨特的優勢，它能夠將氫氣等燃料的化學能高效地轉化為電能，同時還具備高能量轉換效率和良好的燃料適應性。

因此，SOFC有望成為數據中心能源供應的關鍵選擇，不僅能保障數據中心的穩定運行，還能為全球能源轉型提供有力支持，其潛力將逐漸展現。

數據中心為什么要用綠氫電源

數據中心能源需求特點是高耗能、需穩定供電、傾向綠色能源且電力需求波動大。目前清潔能源供電方案如分布式新能源、地熱能等，存在供應不足或成本高的問題，使柴油發電機仍是主流備用電源。但氫燃料電池作為新興清潔能源技術，正成有力競爭者。

阿里巴巴于2022年發布的報告《“雙碳”背景下數據中心氫能應用的可行性研究》顯示，現階段氫燃料電池設備的初投資遠高于柴發，發電成本基本相當（均明顯高于市電），總體經濟性不佳；但隨著能源價格的變化以及產業的發展，氫燃料電池全生命周期發電成本將逐漸逼近市電，若同時考慮氫能供電余熱綜合利用的收益，數據中心氫能應用的經濟性將逐漸體現，長遠看，氫燃料電池在數據中心應用前景廣，有望替代柴油發電機成首選備用電源。

圖 1：用氫成本對比分析與預測

數據來源：《“雙碳”背景下數據中心氫能應用的可行性研究》

目前數據中心主要采用的氫燃料電池技術包括質子交換膜燃料電池（PEMFC）和固體氧化物燃料電池（SOFC）。

PEMFC能快速啟動，提供穩定電力，其模塊化設計便于擴展和維護，可根據需求靈活配置，適合數據中心備用電源。固體氧化物燃料電池（SOFC）是一種高溫全固態設備，具備將綠氫等燃料的化學能高效轉化為電能的能力。

SOFC在電化學能量轉換技術中以其清潔和高效的特點脫穎而出，具有諸多優勢。首先，SOFC的材料成本較低，因為其電催化劑無需使用貴金屬。其次，SOFC的能量轉換效率較高，自身發電效率接近60%，若將回收的熱能再利用，能源效率可達90%左右。此外，SOFC對燃料的適應性廣泛，被認為今后是大型固定電站及綜合能源供應的優選技術。

由于海外互聯網行業的早期發展，數據中心的能耗和碳排放問題較早受到關注，使得氫能燃料電池在數據中心的應用在國外較早起步。

微軟是較早將綠氫電源應用于數據中心的企業之一。2022年，微軟與Plug Power合作，在紐約萊瑟姆數據中心測試了3MW的PEMFC系統，驗證了其在長時間斷電時支持10000+服務器運行的可行性，驗證了在100%綠電作為主電源的情況下，利用PEMFC氫燃料電池作為數據中心備用電源的可行性。

2024年9月30日，微軟宣布與愛爾蘭國家電力公司（ESB）合作在愛爾蘭開展綠色氫數據中心項目, 該項目采用PEMFC氫燃料電池技術路線，氫燃料電池由英國公司GeoPura提供，該公司與西門子能源合作生產250kW的離網使用單元。該項目將首次使用氫燃料電池為微軟在歐洲的數據中心供電，在八周的時間內為微軟都柏林園區提供高達250KW的清潔電力。

Bloom Energy是全球SOFC領域龍頭，2010年推出固體氧化物燃料電池微型電站，為蘋果、谷歌等數據中心，沃爾瑪、宜家等商場辦公樓，AT&T、Fedex等移動基站集散中心提供分布式電源。

2024年5月，Bloom Energy將在英特爾數據中心安裝兆瓦級燃料電池能源服務器，其SOFC技術高能效、靈活，能穩定供電且通過熱電聯產綜合效率達90%。據Grand View Research測算，2023年SOFC終端應用中，約40%用于數據中心電源，對應市場規模約2.5億元，占數據中心電源總市場約1.1%。隨著技術進步和成本降低，其在數據中心應用滲透率有望提高。

歐美都非常注重SOFC技術的發展，為此歐盟和美國都設立了專門的項目，并提供資金支持。美國SOFC技術之所以能夠順利推進，離不開政府的引導和財政資助。與美國主要將SOFC應用于大中型工商業供電系統不同，歐洲的SOFC市場重點推廣的是微型熱電聯供系統。其中，德國是歐洲該領域的關鍵參與者，已投放超過五萬套微型熱電聯供系統。自2021年起，歐洲開始著重發展能夠滿足數據中心需求的燃料電池技術。

數據中心綠氫電源的中國機會

近年來，我國數據中心建設因數據量爆發和云計算興起而加速，但能耗問題日益突出。據中電聯統計，截至2024年11月，互聯網數據服務用電量同比增長24.4%。數據中心作為耗電大戶，其規模擴張導致能耗大幅增長。據中國數據中心工作組（CDCC）統計，我國算力以每年超20%的速度增長，預計到2030年，數據中心二氧化碳排放總量將達1.5億噸，占全國排放總量的1.5%，低碳發展迫在眉睫。

資料來源：中電聯，香橙會研究院整理

圖 2：2018~2025年中國數據中心耗電量及增速預測

數據中心行業需綠色節能降耗，新型儲能系統是關鍵。它保障電力穩定，優化負載平衡，降低電費，支持可再生能源，助力數據中心實現低碳轉型，滿足政策和市場要求。在新型儲能方式中，氫儲能技術作為唯一一種兼具物質和能量屬性的儲能技術，在能力、時間、空間三個維度上具有顯著優勢，是目前唯一能夠達到太瓦級儲能容量且能跨季節儲存的儲能方式。氫能SOFC燃料電池以其高效率、燃料適應性強等優勢，可為數據中心提供穩定可靠的電力支持。國家也支持模塊化氫電池等在小型或邊緣數據中心的規模化推廣應用，結合儲能、氫能等新技術，提升可再生能源在數據中心能源供應中的比重。

中國出臺的促進綠色數據中心發展的政策，有力地促進了數據中心與氫能產業的協同共進。具體措施涵蓋了推進“東數西算”工程，通過優化數據中心的地理布局，充分利用西部地區豐富的可再生能源資源，從而有效降低數據中心的能耗和碳排放水平。目前，西北地區已經規劃并建設了眾多綠氫項目，這為數據中心提供了穩定的綠氫能源保障。

圖 3：“東數西算”規劃圖

資料來源：公開資料

圖 4：2023年全國氫能項目分布圖，協同數據中心將有效推動綠氫產業發展

資料來源：公開數據，香橙會研究院整理

隨著市場對清潔電源需求的擴大，我國加大了對固體氧化物燃料電池（SOFC）核心技術攻關和關鍵設備研發的投入，并出臺了一系列政策推動SOFC技術的發展。

《中國戰略性新興產業發展報告》、《能源技術革命創新行動計劃（2016—2030年）》和《能源技術創新“十三五”規劃》等戰略規劃文件，均將SOFC發展列為關鍵能源創新技術。

綠色數據中心建設的推進，為SOFC技術提供了廣闊的市場空間，推動其在技術研發、成本降低和規模化應用等方面取得突破。

SOFC領域中國企業的布局

近年來我國數據運營企業面臨迫切的低碳發展需求，國內企業和機構因此加快了氫能在數據中心應用的探索。例如，阿里巴巴集團在2021年12月發布的《阿里巴巴碳中和行動報告》中就提出了到2030年實現運營及云計算業務碳中和的目標，并推動氫能分布式數據中心的應用。

在市場的需求和政府政策的雙重驅動下，國內眾多企業正積極投身于SOFC領域的開發與布局，以下是該領域內一些具有代表性的企業：

1. 華清京昆

蘇州華清京昆能源有限公司（簡稱“華清能源”）創立于2010年，是專注于氫能固體氧化物燃料電池的研發、生產、應用一體化科技型企業，也是中國第一家專業從事SOFC技術向產業轉化的公司。

目前已實現了SOFC關鍵材料、電池核心元件、電堆模塊集成和獨立發電系統四部分技術全線貫通，并開展了用戶現場示范運行工作。華清能源現有員工70多名，研發團隊包括博士12人，碩士20人，項目全部建成投產后，員工將增加為130人左右。公司已獲得64項專利，其中發明專利3項，實用新型專利60項，外觀專利1項，參與了多項國家、省市級課題。華清能源是清華大學系企業，由彭蘇萍院士、韓敏芳教授等人創建。目前已完成三輪戰略融資，投資方分別是昆山國科創投、同潤科投、賽摩電氣。

2018年，徐州華清京昆能源有限公司在徐州經濟技術開發區成立，注冊資本2億元。2019年2月在徐州開啟產業化進程，歷時四年先后實現了電池量產、電堆量產，完成了發電模組、重整器、電力電子及BOP控制等系統開發，實現了1kW、5kW和25kW SOFC發電系統集成。2024年1月7日，華清能源、清華大學與陜西氫能正式簽訂固體氧化物燃料電池技術研發與應用示范項目技術開發合同。

2. 潮州三環

潮州三環（集團）股份有限公司作為國內最早研發生產SOFC的企業之一，2004年開展SOFC電解質隔膜開發和生產業務；2012年開始批量生產SOFC單電池；2015年收購澳大利亞CFCL公司，獲得其電堆和小功率SOFC系統技術基礎；2016年將SOFC專利授權SOLID power公司使用，并且為其供應單電池；2017年開始向國內市場推出SOFC電堆。

潮州三環出貨量最大的是電解質隔膜、單電池，同時具備電堆量產能力，系統則主要由旗下子公司CFCL在德國的生產基地完成，以1.5kW系統為主。

目前潮洲三環成為全球最大的SOFC電解質隔膜供應商，歐洲市場上最大的SOFC單電池供應商，關鍵部件的年出口額已超2億元。經過近20年的持續投入與技術攻關，三環集團已成為全球SOFC電解質隔膜片、SOFC單電池的主要供應商，掌握從材料、單電池、電堆、到系統的SOFC/SOEC全技術鏈條研發及量產能力，擁有50余項關鍵基礎材料、單電池、電堆、系統的核心專利。率先推出國內首臺35kW和50kW大功率SOFC發電系統，并牽頭承擔“十三五”“十四五”國家重點研發計劃。

2023年，廣東省能源集團與潮州三環合作開展的“210kW高溫燃料電池發電系統研發與應用示范項目”順利通過驗收，成為我國SOFC發展的重要里程碑節點。下一步，三環集團將加速推動SOFC產品的規模化商業應用。

2023年，三環集團首次對外公布展示新開發的50kW SOFC熱電聯供系統，此新一代系統的功率密度提升了43%，并已進行了超過2000小時的可靠性測試，初始發電效率達到65%，熱電聯供效率達到90%以上，是目前國內單機功率、發電效率最高的SOFC系統。

3. 寧波索福人

2014年，中國科學院寧波材料所技術與工程研究所SOFC團隊與聯想之星達成共識，聯想之星一期投資1500萬元，成立了寧波索福人能源技術有限公司。2015年，公司研發并運行了25KW SOFC系統；2016年，研發并運行了200KW SOFC系統；2019年以來，公司已簽署合同的包括俄羅斯公司的3kW、5kW訂單、南京越博的2kW SOEC訂單。在談客戶包括浙江省能源集團、中石油廊坊勘探院、意大利FINCANTERI、泰國鋼廠、德國H2-INDUSTRIES等。

公司已經形成了一個從原材料到單電池、電池堆，再到SOFC發電系統的完整產品系列。目前已完成三輪融資，投資方分別是聯想之星、智朗創投、綠河投資。寧波索福人能源技術有限公司專門從事SOFC系統產業化的工作，由原中國科學院寧波材料技術與工程研究所燃料電池事業部創業而成。公司建立了SOFC單電池、電池堆以及發電系統的生產線，一直對外銷售SOFC單電池、SOFC電池堆以及SOFC發電系統等產品，產品客戶涵蓋國內外。

2021年1月，寧波索福人25kW SOFC系統在索福人廠區順利開車升溫發電。目前，其在技術上可以提供適用于數據中心、醫院、賓館、工業園、工廠、社區的大功率SOFC系統，且壽命長、全自動控制，自主化達到100%。

4. 濰柴動力

濰柴動力股份有限公司成立于2002年，是中國內燃機行業首家在香港H股上市的企業，也是首家通過換股吸收合并方式實現“H to A”兩地上市的企業。

2018年，濰柴動力通過投資4000余萬英鎊，持有英國Ceres Power 20%股權。同時雙方成立合資公司，在固態氧化物燃料電池領域展開全面合作。Ceres Power將在中國市場授權合資公司使用SteelCell®技術，產銷燃料電池系統、電堆和電池片，應用于客車、卡車和特定發電市場。首期合作聯合開發以CNG為燃料的30kW SteelCell燃料電池，用于電動客車增程系統。

2018年5月，濰柴動力戰略投資全球領先的SOFC技術公司英國希里斯，成為其最大股東。濰柴累計投入20億元，雙方組建了以百名博士為主的研發團隊。經過5年努力，實現了SOFC技術的工程化突破，全面掌控了新一代SOFC關鍵核心技術。2023年2月18日上午，濰柴發布全球首款大功率金屬支撐固體氧化物燃料電池SOFC商業化產品。

5. 雄韜股份

雄韜股份在數據中心領域的氫燃料電池投入主要體現在其對氫燃料電池技術的持續研發和應用推廣上。公司通過其子公司雄韜氫雄，在武漢、廣州、大同等地投資設立子公司，致力于氫燃料電池的研發和生產。

雄韜股份在氫燃料電池領域已完成制氫、膜電極、燃料電池電堆、燃料電池發動機系統等關鍵環節的布局。2025年1月，雄韜股份在上市公司公告中稱公司服務的數據中心和算力中心的終端客戶包括微軟、英偉達、字節跳動等。

6. 上海中弗

上海中弗新能源成立于2016年，專注于固體氧化物燃料電池（SOFC）發電技術及固體氧化物電解池（SOEC）制氫技術，上海交大副教授屠恒勇擔任首席科學家。公司已經突破了SOFC關鍵材料、元器件、電堆組裝、千瓦級發電系統集成全產業鏈關鍵技術，正在進行SOFC發電系統的示范運營階段。

中弗無錫新能源有限公司（簡稱“中弗新能源”）成立于2018年，是一家集科學研究、新技術開發、高科技產品生產和市場開發為一體的高科技企業。公司專注于商業化固體氧化物燃料電池（SOFC）和固體氧化物電解池（SOEC）的材料、電池片、電堆、發電系統和制氫系統等核心材料、元器件和成套設備研發。

2018年，中弗新能源在無錫建立了一條電池片的連續化工業生產線，年產能力在3MW；2020年，中弗新能源實現了電池和電堆的工業化量產，同年在無錫建成了一個10KW的SOFC超級充電站，目前已經對外試運營，該超級充電站的功率可達100kW。

7. 蜀道裝備

蜀道裝備通過參股企業徐州銘寰參與數據中心領域的SOFC氫燃料電池投入。徐州銘寰擁有SOFC相關技術和專利，并已提供過SOFC產品，但尚未形成規模。SOFC燃料電池具有發電效率較高、燃料適應性廣等優點，可以作為熱電聯供系統、分布式發電系統等，應用于數據中心等場景。

蜀道裝備一直對該技術的研究進展及相關產品的產業化保持關注，并積極探索其在數據中心等領域的應用。

8. 壹石通

壹石通是全球鋰電池用勃姆石行業龍頭，主營產品包括新能源鋰電池涂覆材料、電子通信功能填充材料、低煙無鹵阻燃材料等三大類。近年來，壹石通入局氫賽道，布局減碳固碳技術領域的新產品，瞄準固體氧化物電池SOFC二次創業。

2022年10月，壹石通發布公告擬由全資子公司安徽壹石通材料科學研究院有限公司作為實施主體，投資建設壹石通運營中心項目，預計總投資近4億元; 2023年2月，與中國科學技術大學先進技術研究院發起共建“固體氧化物燃料電池聯合實驗室”，致力于實現零碳循環和二氧化碳的資源化利用；2023年12月，公司在合肥南崗的固體氧化物能源系統建設項目開工，總投資約12.1億元，建設周期為3年，將形成年產1GW固體氧化物能源系統的生產規模（含SOFC和SOEC）。

9. 中弗無錫新能源有限公司

10. 質子動力

北京質子動力發電技術有限公司（簡稱“質子動力”），2019年創立，同時布局SOEC/SOFC的電池片、電堆、系統全產業鏈的研發及產業化。公司總部在北京，已在徐州、青島落地研究院和生產基地，并在寧夏設立了子公司，主要負責氫能、儲能市場開發及相關產品銷售。

質子動力主要聚焦高溫電解制氫（SOEC）及固體氧化物燃料電池（SOFC）產品的研發及產業化；團隊深度掌握了20x20cm2單電池片技術（面積最大），2021-2022年成功交付千瓦級SOEC、SOFC系統，相關性能指標國內較高水平。同時開展綜合能源的高端裝備研發以及能源規劃咨詢服務。

氫能領域，公司深度掌握高溫電解制氫（SOEC）/固體氧化物燃料電池（SOFC）關鍵技術，擁有SOFC 863項目經驗及SOFC/SOEC樣機打造經驗，經過多年的技術研發與積累，在國內氫能領域擁有多項成果。2023年3月31日，質子動力在青島上合示范區工廠舉辦了SOEC/SOFC青島生產基地暨電池片和電堆一期MW級產線投運儀式。

11. 浙江臻泰

浙江臻泰能源科技有限公司成立于2016年，具有獨立開發并掌握有原創SOFC核心技術及其完整底層制備工藝。公司2019年獲水木創投天使投資，2021年獲水木創投、杭鍋股份Pre-A輪投資。

目前，臻泰能源主要產品有新型ZTSOC高溫燃料電池片、電堆及其集成應用系統，同時提供相關技術服務和項目研發設計支持服務。ZTSOC高溫燃料電池作為可高效實現電能、化學能、熱能相互轉換的關鍵器件，有發電SOFC和電解SOEC兩種工作模式。在下游應用方面，則包括了分布式熱電聯供、離網電源、車載電源；制綠氫同時合成綠色燃料（甲醇、甲烷、氨）；風光發電配套儲能或其他分布式儲能。2023年7月，完成近億元Pre-A輪融資，資金用于高溫燃料電池技術的產品化、電池及關鍵設備的產線建設。

12. 華科福賽

武漢華科福賽新能源有限責任公司成立于2016年，基于華中科大李箭博士團隊技術。目前已經形成了一個從原材料到單電池、電堆、發電系統的完整產品鏈。日前，華科福賽自主研發出kW級SOFC發電系統。該系統以加濕甲烷為燃料運行，功率高于1500W，在額定功率下燃料利用率為69.8%，電效率為49.7%。與美國、歐洲、日本等燃料電池公司報道數據相當。2016年、2021年分別完成天使輪、戰略融資。

13. 佛山索弗克

佛山索弗克氫能源有限公司設立于2015年，致力于單管SOFC電池、管式電堆、管式系統集成及無人機等領域應用開發。主要產品有：微管式固體氧化物燃料電池系統，燃料電池微管，關鍵陶瓷器件，燃料催化重整系統，減壓閥、專用氫氣丙烷罐，無人機用氫燃料發電系統，SOFC教學裝置。

14. 新奧燃氣

2019年，新奧股份立項研發固體氧化物燃料電池。2019年12月，公司自主設計研發的6kW SOFC發電實驗系統經過嚴格測試，系統發電功率達到6kW的設計額定值，系統發電效率達到60%以上。整個系統運行平穩，達到設計預期目標。新奧天然氣股份有限公司業務覆蓋平臺氣交易、天然氣分銷、產業智能平臺建設與運營、基礎設施運營、綜合能源、工程建造及安裝業務在內的天然氣全場景。此外也積極在氫能、生物質等新能源領域儲備技術并拓展業務。

在SOFC項目方面，公司牽頭負責國家科技部重點研發計劃《固體氧化物燃料（SOFC）電池熱電聯供關鍵技術研究》課題，實現將天然氣、焦爐煤氣、生物沼氣等多種復雜燃料的化學能高效轉化為電能和熱能，報告期內已完成30 kW SOFC工程樣機的技術開發、建造，和以焦爐煤氣為燃料的熱電聯供工業應用示范。整體系統的凈發電功率平均達35.6 kW（最大達到47 kW），發電效率達60.72%，熱電聯供效率超過95%，連續平穩運行時間達3000小時，并于2023年11月完成了科技部專家組現場見證工作。

15. 北京低碳院

北京低碳清潔能源研究院（以下簡稱“低碳院”）隸屬于國家能源集團，成立于2009年12月。2020年10月，低碳院自主研發的國內首套20kW級固體氧化物燃料電池(SOFC)發電系統在寧夏煤業實驗基地試車成功，達到運行條件。首套系統工況設計發電15kW，實際發電15.7kW，一次試車成工，達到預期目標。

2023年8月，中國石油首套千瓦級固體氧化物燃料電池（SOFC）熱電聯供系統開車成功并穩定運行超千小時。石化院SOFC團隊立足中國石油綠色轉型重大需求，高質量完成系統設計集成、安裝調試、優化運行等任務，千瓦級SOFC熱電聯供系統試車成功，實現了發電效率≥40%、蒸汽效率≥25%、熱電綜合效率≥80%。

16. 氫鵬科技

自2022年成立以來，氫鵬科技以材料學、化學、力學等多學科綜合研發能力為基礎，致力于開發高效的氫能系統以滿足全球ESG發展的綠色能源需求。該公司擁有深厚的電池和電堆生產工藝、電堆和系統仿真設計等領域的技術基礎和研發經驗，目前正專注于固體氧化物燃料電池（SOFC）和電解池（SOEC）技術的工程化開發。

氫鵬科技的產品涵蓋固體氧化物燃料電池/電解池的電池片、電堆與系統，主要應用于分布式熱電聯供和綠氫制取。該公司建立了材料微結構-宏觀電池/電堆-系統的跨尺度的多物理場應力分析方法及材料-工藝-結構-功能一體化設計方法，實現了Powder-to-Power的全生命周期設計。2024年2月，氫鵬科技完成千萬級天使輪融資，資金將用于加速固體氧化物燃料電池熱電聯供系統和固體氧化物電解池制氫系統的工程樣機開發以及中試產線建設。

17. 翌晶能源

上海翌晶能源技術有限公司是一家專注于固體氧化物燃料電池及清潔能源系統開發的高科技企業。公司主要業務包括堿性電解水制氫（ALK）裝置、SOEC電解水制氫系統、固體氧化物燃料電池（SOFC）核心元件、關鍵材料及發電系統，并提供與風電、光伏等可再生能源發電系統相互耦合的綜合能源系統解決方案。目前已建立完善的產業布局，具備核心材料、電堆、SOEC制氫系統“三位一體”的研發能力。2023年4月25日，上海翌晶氫能科技有限公司國內首條SOEC電堆自動化產線下線。

結語

綜上所述，隨著全球數字化進程的加速和對可持續發展的迫切需求，數據中心的能源消耗和碳排放問題日益凸顯。在此背景下，綠氫電源憑借其高效、清潔、可持續的特點，成為解決數據中心能源問題的重要途徑。特別是固體氧化物燃料電池（SOFC）技術，憑借其高能量轉換效率、燃料適應性強等優勢，在數據中心等領域的應用前景廣闊。

中國眾多企業如華清京昆、潮州三環、寧波索福人等，正在積極布局SOFC領域，推動其技術研發和產業化進程。未來，在政策支持和市場需求的雙重驅動下，SOFC技術有望在數據中心等關鍵領域實現更廣泛的應用，為中國能源轉型和數字經濟的可持續發展提供有力支撐。

原文標題 : AI催熱綠氫電源，SOFC要插隊先爆發？