美國Bloom energy公司推出固體氧化物燃料電池微型電站

本刊 賈旭平

2010年2月24日，美國Bloom energy公司揭開了迷你冰箱大小的家用微型發電站Bloom Box的面紗，它可在十年內為美國家庭提供廉價、環保的電力。21日晚美國哥倫比亞廣播公司“60分鐘”欄目對Bloom energy首席執行官K.R·斯里達爾進行了專訪。專訪中，斯里達爾表示：“Bloom Box燃料電池系統是一種更好、更可靠的綠色能源利用技術。陽光不能一天24小時照耀在屋頂上，而我們的Bloom Box固體氧化物燃料電池能夠產生清潔而穩定的電能，可以7天／24小時連續工作。他希望在未來5～10年開始銷售迷你冰箱大小的Bloom Box。每個小型Bloom Box能滿足一戶人家的電力需要”。

Bloom energy是一家致力于燃料電池產業化的美國清潔能源公司，成立于2001年。在向外界揭開了Bloom Box神秘面紗之前，該公司一直都處于信息大都不公開的“隱身狀態”。

Bloom energy的創建可以追溯到亞利桑那大學為美國航天局火星太空計劃工作的一部分。斯里達爾博士和他的團隊被指派負責研究和制造可以在火星上維持生命的技術。他們建立了可以由電力產生空氣和燃料，或從空氣和燃料產生電力的裝置。很快他們意識到，用于火星的技術可以在地球上產生更大的影響。2001年火星項目結束后，他們決定繼續研究，并開辦一家公司。Bloom energy由此成立，其使命是為地球上每個人提供能負擔得起的清潔、可靠的能源。

e Bay總部的Bloom Box燃料電池組

Bloom energy技術——固體氧化燃料電池（SOFC）

SOFC原理圖

固體氧化物燃料電池（SOFC）是通過一種離子傳導陶瓷將燃料和氧化劑氣體中的化學能直接轉化為電能的發電裝置，也稱為陶瓷燃料電池（CFC）。與其他燃料電池相比，SOFC能量轉化效率高，全固態結構操作方便；與目前正在應用開發作為汽車動力電源的質子交換膜燃料電池相比，SOFC具有燃料適應面廣、不需用貴金屬催化劑等優點，因此被認為是最有發展前途和最有效的燃料電池。

Bloom Box的核心部件就是SOFC，它們呈扁平狀，是杯托大小的含硅陶瓷板，上涂一種秘密涂層。燃料電池兩面涂有對比鮮明的油墨，一面是綠色的，另一面是黑色的。據介紹，該采用陶瓷材料制成的燃料電池，其工作溫度為800℃，效率可達到50%以上。部分材料采用了“可用普通砂子制造的氧化鋯”，與原來的燃料電池技術不同，Bloom energy的技術沒有采用貴金屬、腐蝕劑及溶融金屬。它能夠利用幾乎所有的烴類燃料發電，比如乙醇、生物機油、沼氣或天然氣，甚至是伏特加，但整個產電過程卻不會燃燒這些原料，因為SOFC是通過高溫電化學反應發電，生成電、熱量、水和少量二氧化碳。在使用石油、煤氣層等化石能源發電時，其碳排僅為傳統火電廠的40%，而如果采用非石化燃料發電，它能夠做到零排放。

一個Bloom Box板可為一盞電燈供能。這些模塊能組裝成任何尺寸，由64個這種電池構成的發電裝置，可為一座星巴克咖啡店供電。再組裝成大型的電池組則被稱為Bloom energy servers，它就像是安裝在架子上的服務器，如果其中的哪個電池組耗盡了壽命，用戶可以立刻用一個新的來更換，這就像更換服務器的機塊一樣。1000 kW的Bloom energy電池就可滿足3250平方米辦公室或100戶美國家庭用電需求。

Bloom energy燃料電池的優勢

目前，Bloom energy 一直在 Google、FedEx、Wal-Mart、Coca Cola和eBay等大型公司的園區內對Bloom Box進行試驗。而谷歌是Bloom energy的第一個客戶，在其主要的辦公樓宇和數據中心安裝了400 kW的Bloom energy產品。eBay隨后也在其位于圣何塞的第二總部采用了5臺Bloom energy servers。

谷歌、eBay等公司都是用電大戶，除了希望削減電費開支，他們還需要保證其數據中心每分每秒的數據交換都有不間斷的電源供應。盡管電網電力很少有癱瘓的時候，但如果一旦發生，對于數據中心或是醫院等機構就會造成災難性的后果。而全天24小時、全年365天不間斷的能源供給，這正是Bloom energy的一個優勢。

如今最常見的不間斷供電方式是大型備用電源，但相比其他的不間斷供電方式，燃料電池顯得更加綠色一些，以天然氣為燃料的電池可能會帶來少量的二氧化碳的排放，但是除此之外沒有其他的污染。相比傳統的燃燒發電方式，燃料電池要清潔67%。Bloom energy的電力設備運轉時聲音很小，表面也只是輕微發熱，這些目前使用天然氣作為燃料的電池今后也可采用生物燃料，從而使其更加環保。在eBay的試驗中，研究人員已經從富含天然氣的垃圾里收集燃料。

由于提高了燃料的能源利用率，從發電成本上看，Bloom energy比現有的電力供應略有優勢。根據美國能源部能源信息署的數據，2009年全美商業用電的平均價格約為10.25美分/度，而斯里達爾表示，Bloom energy電池產生1度電的成本約為8～10美分。eBay表示，其使用的5臺電力服務器發電量大約為500千瓦，已滿足自己15%的電力需求，5個月就節省了大約10萬美元電費。

不依賴傳統電網，用電成本自然會降低。Ardica Technologies公司共同創辦人Tobin Fisher說：“傳統電網在傳輸過程中會耗損20%的電力，因此，Bloom Box的一大優點，是你不需負擔傳輸的損失。”但對多數使用者還是有發電成本。Fisher表示，生物質燃料是潛在的能源之一，但目前對多數民眾而言仍不實際。天然氣(e-Bay正在選用)在可見的未來，是最實際的選項。

Bloom Box燃料電池是否可靠？

Bloom Box的內部結構

Bloom Box提供10年的質保，并將負責維護和保養Bloom Box裝置，但假如系統崩潰，用戶將不得不重新接入電網。盡管電網存在諸多缺點，但它至少相當可靠，而對燃料電池而言，可靠性則是個大問題。Bloom Box裝置將取代電網嗎？目前來看，它最多算是電網的一種補充。

在應對Bloom Box的可靠性方面，FedEx是這樣操作的：新的Bloom Box將足夠提供FedEx設施所需能源的55%左右，另外20%能源來自于5700塊太陽電池板，剩余部分將來自于電網，電網還充當著后備軍的角色，一旦Bloom Box出現故障，FedEx就迅速換用電網電能。

對于 Bloom Box的失效，Bloom energy也有非常簡練的處理方法。斯里達爾表示：“我們有一個模塊，搭配熱交換技術的冗余結構。”類似高階服務器的設計，能確保在某個組件故障時，整個系統仍維持運作。他說：“如果數據中心內有一臺組件故障，數據中心不會停止運作。若任何一個（Bloom Box）必須維修，顧客也不會停電?！?/p>

Bloom Box造價過高與互聯網新創企業不同，燃料電池公司屬于資本密集型企業，需要很長的孕育期，Bloom energy即使在2008年還虧損8500萬美元。專注于研究新興技術的Lux Research公司高級分析師雅各布·格羅斯（Jacob Grose）表示：“真正的問題在于，Bloom energy是否解決了燃料電池造價過高這個難題?！?/p>

Bloom energy聲稱已經在一定程度上解決了這個問題，其燃料電池使用沙子、氧化鋯和其他半導體原材料制造，并不耗費銅甚至白金之類價格較為昂貴的金屬，從而降低了成本壓力。但一臺Bloom Box仍舊價格高昂，目前正在使用的工業級Bloom Box一臺需要70萬到80萬美元，eBay目前使用的5臺供電設備價格高達350萬美元。在歷時8年，耗資4億美元之后，Bloom energy宣稱，用戶們會在3到5年之內看到初始投資所帶來的回報。斯里達爾說，該產品使用天然氣發電的成本每度約為8美分至10美分。但那只比某些商用電價便宜少許。Bloom energy宣稱1 kW Bloom Box即可供應一家的用電，未來要價約3000美元，但有專家指出，實際能讓家庭完全擺脫傳統電網的發電量，需要達到5 kW。

運輸中的Bloom energy server

Bloom Box前景是否廣闊？

即使頗具環保理念同時也不乏經濟價值，但燃料電池并沒得到美國政府太多的財政支持，目前新電池技術和電動車計劃獲得了24億美元的政府貸款，但是燃料電池技術只拿到4200萬美元。目前對Bloom energy投資的4億美元基本全部來自風險基金。

舊金山Greentech Media的主編卡奈洛斯（Michael Kanellos）說：“如果他們能夠成功推出經濟型的燃料電池，必然會引起外界的廣泛興趣，燃料電池電網的換代興趣也就會產生出來?！钡@個興趣的培養不能僅僅依賴一個新技術公司，最終它還是要靠政府、資本對清潔能源的全力支持。

專注于研究新興技術的Lux Research公司高級分析師雅各布·格羅斯 （Jacob Grose） 表示：“我認為Bloom Box絕對是被捧得太厲害了。Bloom energy的產品并無獨特之處，其他燃料電池公司做的東西也都跟它差不多。”不過，格羅斯強調，自己沒有見過已公開面世的Bloom Box。據格羅斯表示，Fuel Cell Energy公司的產品就與Bloom energy十分相似。Fuel Cell Energy位于康涅狄格州丹伯利市，這家不愛炒作的小公司于1992年上市，在全球已經安裝了60多套燃料電池裝置，其公司客戶包括培珀莉農場（Pepperidge Farm）和威斯汀酒店（Westin Hotels）等。與Bloom energy一樣，Fuel Cell Energy尚未找出盈利之道，2009年，該公司收入為8800萬美元，虧損7100萬美元。

Bloom energy確實不是唯一一家在研發陶瓷觸媒的廠商，其實已有數家與其技術(SOFC)相類似的公司已經在燃料電池業界努力了十余年，當然也有一些產品問市。但是因為在價格、壽命及量產化方面，一直無法獲得較戲劇性的突破，使得這部分技術對大眾而言較為陌生。

另外，Bloom energy也有一些制造方面的挑戰，包括其所展示的含硅陶瓷板。數據表明該公司將采用半導體業多年前開發出的大規模制造技術，但半導體制造本身就有許多技術與成本上的問題，還有壽命方面的挑戰，這些都是Bloom energy在對全球市場進行大規模生產前，所必須克服的問題。

不過，若是Bloom energy能在10年內推出家用設備要價約3000美元以下之產品，這絕對是全人類的福音，但是估計還有一段不算短的路要走。不過，推出一般家庭可負擔的燃料電池，仍然只是愿景。燃料電池制造商UTC Power的副總裁邁克·布朗表示，價格之所以會這么高，是因為家庭燃料電池系統必須人工安裝，而且需求量小，制造商無法大批量生產。據斯坦福大學的普林茲的說法，以前的系統還采用貴金屬，不過Bloom energy表示，它們已經找到避免使用這種材料的方法，但是該公司并沒透露相關細節。

斯里達爾希望在10年以內開始銷售為家庭用戶批量生產的2公升左右、磚塊大小的發電裝置，而該設備的價格最后可以降到3000美元以下。此外，要想被家庭廣泛采用，Bloom Box的運行壽命必須長達8.5萬小時，持續工作10年左右。斯里達爾表示，只需合理維護，公司的電池可使用10年時間。

美國能源部長朱棣文(Steven Chu)日前在接受Mercury News專訪時表示，Bloom energy Corporation的固態氧化物燃料電池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)能夠直接運用氫氣或天然氣發電，這個發明很有意思。朱棣文同時指出，美國正在投資固態氧化物燃料電池，并密切關注相關領域。

隨著燃料電池技術的發展，再加上政府的重視、資本的投入，也許Bloom Box真的有一天會走進尋常人的生活！