在這個(gè)由數(shù)據(jù)驅(qū)動的時(shí)代，AI的飛速發(fā)展帶動了能源的需求——全球數(shù)據(jù)中心的能源需求正以驚人的速度增長。

想象一下，每一次在線購物、視頻流和社交媒體互動，背后都是由無數(shù)服務(wù)器夜以繼日地支撐。隨著AI技術(shù)的進(jìn)步，這些數(shù)據(jù)中心的耗電量將急劇上升。

在這樣的背景下，Bloom Energy公司以其革命性的SOFC（固體氧化物燃料電池）技術(shù)，正引領(lǐng)一場能源領(lǐng)域的革命，超越普拉格能源，成為全球氫能上市公司市值第一的位置（參見AI的盡頭是能源，是氫燃料電池！Bloom Energy躍上全球氫能市值“鐵王座”。

本文將帶您深入了解Bloom Energy如何通過其SOFC技術(shù)在全球能源轉(zhuǎn)型中扮演關(guān)鍵角色，并重塑全球能源格局。

數(shù)據(jù)中心的能源挑戰(zhàn)

據(jù)國際能源署（IEA）統(tǒng)計(jì)，使用OpenAI的ChatGPT進(jìn)行一次對話會消耗2.9瓦時(shí)的電量，耗電量相當(dāng)于普通谷歌搜索的10倍。隨著生成式AI的普及，數(shù)據(jù)中心的需求激增，導(dǎo)致計(jì)算資源緊張和空置率下降，進(jìn)而影響了數(shù)據(jù)中心與電網(wǎng)的互聯(lián)，造成電網(wǎng)供電不穩(wěn)定和數(shù)據(jù)中心能源短缺。IEA統(tǒng)計(jì)，2022年全球數(shù)據(jù)中心消耗的電量高達(dá)4600億千瓦時(shí)，占全球電力總需求的近2%。預(yù)計(jì)到2030年，全球數(shù)據(jù)中心的電力消耗將增長160%，增加的電量足以與德國或瑞典一年的總電力消耗相媲美。此外數(shù)據(jù)中心的碳排放預(yù)計(jì)在未來十年將持續(xù)增長，因此需要在保持性能提升的同時(shí)，采用可持續(xù)的能源解決方案。

數(shù)據(jù)中心的主要能耗集中在服務(wù)器（約占45%）和冷卻系統(tǒng)（約占40%），這些系統(tǒng)對能源的需求具有高耗能、高供電穩(wěn)定性、綠色能源傾向和電力需求波動性等特點(diǎn)�？萍季揞^如谷歌、微軟和亞馬遜正在探索使用清潔能源作為數(shù)據(jù)中心的備用電源。目前，供電方案包括分布式新能源、地?zé)崮�、長時(shí)儲能和先進(jìn)核能等，但這些方案要么供應(yīng)不足，要么成本較高。因此，傳統(tǒng)能源如柴油發(fā)電機(jī)仍是數(shù)據(jù)中心的主流備用電源。

面對傳統(tǒng)能源的高成本和高碳排放問題，全球正在積極尋求更為經(jīng)濟(jì)且環(huán)保的能源替代方案。在這一背景下，SOFC技術(shù)憑借其卓越的能源效率、強(qiáng)大的發(fā)電能力和穩(wěn)定的電力輸出，逐漸成為數(shù)據(jù)中心備用電源的理想選擇，受到了市場的廣泛青睞。

SOFC/SOEC技術(shù)詳解與應(yīng)用前景

SOFC（Solid Oxide Fuel Cell），是以固體氧化物為電解質(zhì)的高溫燃料電池，是繼磷酸燃料電池、熔融碳酸鹽燃料電池后的第三代燃料電池。SOFC電池的工作溫度范圍通常在800℃至1000℃之間，啟動時(shí)間長，達(dá)到工作溫度后在能量轉(zhuǎn)化效率高，響應(yīng)時(shí)間快。SOFC采用全固態(tài)電池結(jié)構(gòu)，按設(shè)計(jì)形態(tài)分可分為平板型和管型，平板式SOFC的主要優(yōu)點(diǎn)是單電池功率密度高，并且制作成本低，是目前最常用的SOFC電池類型。平板式SOFC單電池由陽極、陰極和固體氧化物電解質(zhì)組成，其中陽極為燃料發(fā)生氧化的場所，陰極為氧化劑還原的場所，兩極都使用薄的陶瓷膜用作催化劑。

圖 1：平板式SOFC單電池結(jié)構(gòu)

資料來源：《氫能與燃料電池》

SOFC正向運(yùn)行時(shí)能夠?qū)⒒瘜W(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，而逆向運(yùn)行時(shí)則為固體氧化物電解池（Solid Oxide Electrolysis Cell），主要用于電解水制氫。隨著風(fēng)能、太陽能等可再生能源裝機(jī)容量的增加，SOEC電池能夠利用這些余電以及余熱資源，實(shí)現(xiàn)能源的高效轉(zhuǎn)換。SOEC的電解效率可以達(dá)到85%至95%，這一效率遠(yuǎn)高于其他電解水技術(shù)。

圖 2：SOFC與SOEC電化學(xué)原理圖

資料來源：《Biopolymer Electrolytes , 2018》

SOFC技術(shù)因其出色的效率、大規(guī)模發(fā)電潛力以及持續(xù)供電的特性，已經(jīng)成為市場上數(shù)據(jù)中心備用電源的熱門選擇。目前數(shù)據(jù)中心電源是SOFC電池最主要的市場，據(jù)Global Market Insight測算，2023年全球SOFC市場規(guī)模為16.7億美元，其中41%用于數(shù)據(jù)中心電源，這部分的規(guī)模約6.85億美元，而2023年數(shù)據(jù)中心電源市場規(guī)模為229.2億美元，據(jù)此可知2023年SOFC部分在數(shù)據(jù)中心電源總市場中的占比大約為2.98%，但隨著電池進(jìn)步和成本降低，預(yù)計(jì)其在數(shù)據(jù)中心的應(yīng)用將更廣泛，市場份額也將持續(xù)增長。

SOFC技術(shù)以其卓越的能源轉(zhuǎn)換效率著稱，同時(shí)，其冷熱電聯(lián)供特性不僅能為數(shù)據(jù)中心提供穩(wěn)定的電力，還能通過回收余熱來增強(qiáng)冷卻系統(tǒng)的效能，實(shí)現(xiàn)能源的高效利用。盡管SOFC的高工作溫度帶來了較高的制造和運(yùn)行成本，限制了其廣泛應(yīng)用，但研究者正在努力降低其工作溫度，特別是中溫平板式SOFC（工作溫度在600~800℃）已成為研究焦點(diǎn)。這種技術(shù)有望擴(kuò)展到固定和移動電源等多個(gè)領(lǐng)域，包括家庭、商業(yè)、交通和軍事等。例如，2016年日產(chǎn)汽車推出了首款搭載SOFC動力系統(tǒng)的原型車，而Bloom Energy在2020年與三星重工業(yè)合作開發(fā)了以SOFC為動力的燃料電池船。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和材料創(chuàng)新，預(yù)計(jì)SOFC將在更廣泛的領(lǐng)域展現(xiàn)其應(yīng)用潛力。

Bloom Energy的產(chǎn)品與市場影響力

Bloom Energy，自2001年成立并于2018年上市，已成為全球SOFC技術(shù)的領(lǐng)導(dǎo)者，據(jù)Frost & Sullivan的報(bào)告，Bloom Energy在全球固定式燃料電池市場中占據(jù)44%的市場份額。2023年12月，韓國SK集團(tuán)的SK Ecoplant向Bloom Energy投資5.66億美元，持有公司約10%的股份，成為公司的第二大股東。這一合作不僅加深了雙方的伙伴關(guān)系，而且預(yù)計(jì)通過SK Ecoplant到2027年購買500 MW能源服務(wù)器的計(jì)劃，將為Bloom Energy帶來15億美元的產(chǎn)品銷售和30億美元的服務(wù)收入。Bloom Energy的業(yè)務(wù)遍及美國、歐洲和亞洲，其產(chǎn)品在全球市場中占據(jù)顯著份額，預(yù)示著該公司在全球能源格局中的影響力將持續(xù)增長。

Bloom Energy產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)為SOFC，主要產(chǎn)品是Bloom Energy Server和Bloom Electrolyzer(SOEC)。Bloom Energy的產(chǎn)品Bloom Energy Server以其高能效、靈活性、熱電聯(lián)產(chǎn)能力以及與制氫技術(shù)的協(xié)同效應(yīng)，在能源解決方案領(lǐng)域占據(jù)獨(dú)特地位。Bloom Energy Server的電效率高達(dá)60%，在SOFC中領(lǐng)先，其熱電聯(lián)產(chǎn)（CHP）的設(shè)計(jì)能實(shí)現(xiàn)高達(dá)90%的綜合效率。同時(shí)，Bloom Energy的SOFC技術(shù)產(chǎn)生的高溫排氣流超過350°C，可用于工業(yè)蒸汽和吸收式制冷。數(shù)據(jù)中心通常消耗大量電力進(jìn)行冷卻，而Bloom Energy的技術(shù)可以將廢熱轉(zhuǎn)化為冷卻資源，減少對環(huán)境的影響。與傳統(tǒng)使用氫氟烴類（HFCs）制冷劑的制冷機(jī)相比，Bloom Energy的解決方案允許數(shù)據(jù)中心使用吸收式制冷機(jī)，減少能源消耗和溫室氣體排放。這使其成為數(shù)據(jù)中心等能源密集型行業(yè)的理想選擇，因?yàn)樗�可以加�?qiáng)制冷和能量管理，降低總體能耗。

圖 3:Bloom Energy Server產(chǎn)品圖片

資料來源：Bloom Energy公司官網(wǎng)

Bloom Energy Electrolyzer的加入，進(jìn)一步擴(kuò)展了這一能源解決方案的能力。作為世界上最大的固體氧化物電解槽裝置，Bloom Electrolyzer在每兆瓦的氫氣產(chǎn)量上比商業(yè)化的低溫電解槽高出20-25%。它能夠在高溫下運(yùn)行，比其它電解槽技術(shù)少消耗15%的電力來制氫。這種高溫電解技術(shù)還可以利用電力和熱量來生產(chǎn)氫氣，與外部熱源集成時(shí)，有潛力比低溫PEM和堿性電解槽減少高達(dá)45%的電力需求。

圖 4：Bloom Electrolyzer產(chǎn)品圖片

資料來源：Bloom Energy公司官網(wǎng)

Bloom Energy的產(chǎn)品已證實(shí)能在獨(dú)立微電網(wǎng)模式下運(yùn)行，如JSR Micro在硅谷的項(xiàng)目所示。JSR Micro是一家半導(dǎo)體材料制造商，對電力穩(wěn)定性要求極高。為降低電力中斷風(fēng)險(xiǎn)，該公司采用Bloom Energy的微電網(wǎng)作為主要電力來源，提供1.1MW的關(guān)鍵電力，確保99.99%的可靠性。這個(gè)微電網(wǎng)于2018年底啟用，現(xiàn)場發(fā)電，保障JSR Micro在電網(wǎng)故障時(shí)也能持續(xù)運(yùn)營。

表 1：2024年Bloom Energy已宣布的重大訂單

資料來源：公開資料

全球SOFC市場的競爭格局

全球SOFC市場正經(jīng)歷著快速的發(fā)展和變革全球SOFC市場的發(fā)展呈現(xiàn)出多元化的趨勢，各國根據(jù)自身?xiàng)l件和優(yōu)勢，推動SOFC技術(shù)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用和商業(yè)化。美國、歐洲、日本、韓國和中國是這一領(lǐng)域的關(guān)鍵參與者，美國和歐洲在技術(shù)和市場應(yīng)用上較為成熟，已有較為成熟的商業(yè)化應(yīng)用，日本則在家庭應(yīng)用上表現(xiàn)突出，韓國專注于公用事業(yè)發(fā)電，而中國在SOFC和SOEC領(lǐng)域正處于快速發(fā)展階段，技術(shù)不斷進(jìn)步，市場規(guī)模逐漸擴(kuò)大。

美國在SOFC技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用方面處于全球領(lǐng)先地位，特別是在大中型工/商業(yè)用供電系統(tǒng)領(lǐng)域。Bloom Energy公司以其成熟的技術(shù)和高運(yùn)行可靠性在全球市場上占據(jù)主導(dǎo)地位，累計(jì)裝機(jī)量接近1GW。美國政府通過能源部的支持和補(bǔ)貼政策，推動了SOFC的商業(yè)化進(jìn)程，使得SOFC的發(fā)電效率可達(dá)65%，并在環(huán)保和可再生能源目標(biāo)的法律法規(guī)支持下，市場需求持續(xù)增長。根據(jù)Grand View Research的報(bào)告，美國SOFC市場在2023年占據(jù)了全球市場份額的超過80.68%。預(yù)計(jì)從2024年到2030年，美國SOFC市場將以27.32%的復(fù)合年增長率增長，到2030年市場規(guī)模將達(dá)到42.72億美元。

中國在SOFC領(lǐng)域起步較晚，但近年來發(fā)展迅速，主要依靠科研院校和企業(yè)的技術(shù)積累。潮州三環(huán)集團(tuán)和濰柴動力等企業(yè)在SOFC技術(shù)研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化方面取得了顯著進(jìn)展。目前中國SOEC應(yīng)用主要是央企、國企等開展示范項(xiàng)目，示范規(guī)模通常較小，多在數(shù)十千瓦至百千瓦級。中國政府對清潔能源技術(shù)的支持政策為SOFC市場的快速發(fā)展提供了良好的環(huán)境。

歐盟通過一系列政策支持SOFC技術(shù)的發(fā)展，尤其是在家庭和小型商業(yè)應(yīng)用方面。政府提供的補(bǔ)助金和示范項(xiàng)目（如ENE.Field和PACE項(xiàng)目）促進(jìn)了SOFC的市場推廣和技術(shù)成熟。歐洲的SOFC市場主要推廣方向是微型熱電聯(lián)供（Micro-CHP）系統(tǒng)。德國是歐洲市場的主要參與者，已累計(jì)投放超過五萬套Micro-CHP系統(tǒng)。根據(jù)QYResearch的報(bào)告，歐洲SOFC市場從2023年的2.1277億美元增長到2030年的12.6613億美元，預(yù)計(jì)在2024至2030年間的復(fù)合年增長率達(dá)到28.39%

日本在SOFC領(lǐng)域的發(fā)展主要由新能源產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合開發(fā)機(jī)構(gòu)（NEDO）推動，重點(diǎn)在家庭用熱電聯(lián)供系統(tǒng)ENE-FARM上。日本已推廣超過30萬套SOFC家用系統(tǒng)，保有量位居全球第一。日本政府對SOFC項(xiàng)目給予了大量補(bǔ)貼，推動了技術(shù)的商業(yè)化和市場接受度。韓國在SOFC領(lǐng)域的主要應(yīng)用集中在公用事業(yè)規(guī)模發(fā)電上，市場上的主流技術(shù)主要來自Ceres Power和Bloom Energy。

隨著全球?qū)η鍧嵞茉吹男枨笕找嬖鲩L，Bloom Energy及其SOFC技術(shù)正成為實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)型的有力推動者。Bloom Energy在全球市場中占據(jù)重要地位，并有望在推動能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和實(shí)現(xiàn)全球“雙碳”目標(biāo)中發(fā)揮關(guān)鍵作用，重塑全球能源格局。

附錄：

表 2：Bloom Energy成立大事記

（2001至今CEO:KR Sridhar ）

表 3：SOFC/SOEC領(lǐng)域重點(diǎn)公司

香橙會研究院以推動氫能商業(yè)化為使命，是中國最早從事氫燃料電池行業(yè)研究的專業(yè)機(jī)構(gòu)。經(jīng)過多年積累，發(fā)展出了香橙會氫能數(shù)據(jù)庫。以數(shù)據(jù)庫為依托，提供氫能數(shù)據(jù)、媒體、智庫、投行、論壇、展會服務(wù)。

       原文標(biāo)題 : AI的盡頭是能源！Bloom Energy是如何一躍成為全球氫能“鐵王座”的？