美国Bloom energy公司推出固体氧化物燃料电池微型电站

本刊 贾旭平

2010年2月24日，美国Bloom energy公司揭开了迷你冰箱大小的家用微型发电站Bloom Box的面纱，它可在十年内为美国家庭提供廉价、环保的电力。21日晚美国哥伦比亚广播公司“60分钟”栏目对Bloom energy首席执行官K.R·斯里达尔进行了专访。专访中，斯里达尔表示：“Bloom Box燃料电池系统是一种更好、更可靠的绿色能源利用技术。阳光不能一天24小时照耀在屋顶上，而我们的Bloom Box固体氧化物燃料电池能够产生清洁而稳定的电能，可以7天／24小时连续工作。他希望在未来5～10年开始销售迷你冰箱大小的Bloom Box。每个小型Bloom Box能满足一户人家的电力需要”。

Bloom energy是一家致力于燃料电池产业化的美国清洁能源公司，成立于2001年。在向外界揭开了Bloom Box神秘面纱之前，该公司一直都处于信息大都不公开的“隐身状态”。

Bloom energy的创建可以追溯到亚利桑那大学为美国航天局火星太空计划工作的一部分。斯里达尔博士和他的团队被指派负责研究和制造可以在火星上维持生命的技术。他们建立了可以由电力产生空气和燃料，或从空气和燃料产生电力的装置。很快他们意识到，用于火星的技术可以在地球上产生更大的影响。2001年火星项目结束后，他们决定继续研究，并开办一家公司。Bloom energy由此成立，其使命是为地球上每个人提供能负担得起的清洁、可靠的能源。

e Bay总部的Bloom Box燃料电池组

Bloom energy技术——固体氧化燃料电池（SOFC）

SOFC原理图

固体氧化物燃料电池（SOFC）是通过一种离子传导陶瓷将燃料和氧化剂气体中的化学能直接转化为电能的发电装置，也称为陶瓷燃料电池（CFC）。与其他燃料电池相比，SOFC能量转化效率高，全固态结构操作方便；与目前正在应用开发作为汽车动力电源的质子交换膜燃料电池相比，SOFC具有燃料适应面广、不需用贵金属催化剂等优点，因此被认为是最有发展前途和最有效的燃料电池。

Bloom Box的核心部件就是SOFC，它们呈扁平状，是杯托大小的含硅陶瓷板，上涂一种秘密涂层。燃料电池两面涂有对比鲜明的油墨，一面是绿色的，另一面是黑色的。据介绍，该采用陶瓷材料制成的燃料电池，其工作温度为800℃，效率可达到50%以上。部分材料采用了“可用普通砂子制造的氧化锆”，与原来的燃料电池技术不同，Bloom energy的技术没有采用贵金属、腐蚀剂及溶融金属。它能够利用几乎所有的烃类燃料发电，比如乙醇、生物机油、沼气或天然气，甚至是伏特加，但整个产电过程却不会燃烧这些原料，因为SOFC是通过高温电化学反应发电，生成电、热量、水和少量二氧化碳。在使用石油、煤气层等化石能源发电时，其碳排仅为传统火电厂的40%，而如果采用非石化燃料发电，它能够做到零排放。

一个Bloom Box板可为一盏电灯供能。这些模块能组装成任何尺寸，由64个这种电池构成的发电装置，可为一座星巴克咖啡店供电。再组装成大型的电池组则被称为Bloom energy servers，它就像是安装在架子上的服务器，如果其中的哪个电池组耗尽了寿命，用户可以立刻用一个新的来更换，这就像更换服务器的机块一样。1000 kW的Bloom energy电池就可满足3250平方米办公室或100户美国家庭用电需求。

Bloom energy燃料电池的优势

目前，Bloom energy 一直在 Google、FedEx、Wal-Mart、Coca Cola和eBay等大型公司的园区内对Bloom Box进行试验。而谷歌是Bloom energy的第一个客户，在其主要的办公楼宇和数据中心安装了400 kW的Bloom energy产品。eBay随后也在其位于圣何塞的第二总部采用了5台Bloom energy servers。

谷歌、eBay等公司都是用电大户，除了希望削减电费开支，他们还需要保证其数据中心每分每秒的数据交换都有不间断的电源供应。尽管电网电力很少有瘫痪的时候，但如果一旦发生，对于数据中心或是医院等机构就会造成灾难性的后果。而全天24小时、全年365天不间断的能源供给，这正是Bloom energy的一个优势。

如今最常见的不间断供电方式是大型备用电源，但相比其他的不间断供电方式，燃料电池显得更加绿色一些，以天然气为燃料的电池可能会带来少量的二氧化碳的排放，但是除此之外没有其他的污染。相比传统的燃烧发电方式，燃料电池要清洁67%。Bloom energy的电力设备运转时声音很小，表面也只是轻微发热，这些目前使用天然气作为燃料的电池今后也可采用生物燃料，从而使其更加环保。在eBay的试验中，研究人员已经从富含天然气的垃圾里收集燃料。

由于提高了燃料的能源利用率，从发电成本上看，Bloom energy比现有的电力供应略有优势。根据美国能源部能源信息署的数据，2009年全美商业用电的平均价格约为10.25美分/度，而斯里达尔表示，Bloom energy电池产生1度电的成本约为8～10美分。eBay表示，其使用的5台电力服务器发电量大约为500千瓦，已满足自己15%的电力需求，5个月就节省了大约10万美元电费。

不依赖传统电网，用电成本自然会降低。Ardica Technologies公司共同创办人Tobin Fisher说：“传统电网在传输过程中会耗损20%的电力，因此，Bloom Box的一大优点，是你不需负担传输的损失。”但对多数使用者还是有发电成本。Fisher表示，生物质燃料是潜在的能源之一，但目前对多数民众而言仍不实际。天然气(e-Bay正在选用)在可见的未来，是最实际的选项。

Bloom Box燃料电池是否可靠？

Bloom Box的内部结构

Bloom Box提供10年的质保，并将负责维护和保养Bloom Box装置，但假如系统崩溃，用户将不得不重新接入电网。尽管电网存在诸多缺点，但它至少相当可靠，而对燃料电池而言，可靠性则是个大问题。Bloom Box装置将取代电网吗？目前来看，它最多算是电网的一种补充。

在应对Bloom Box的可靠性方面，FedEx是这样操作的：新的Bloom Box将足够提供FedEx设施所需能源的55%左右，另外20%能源来自于5700块太阳电池板，剩余部分将来自于电网，电网还充当着后备军的角色，一旦Bloom Box出现故障，FedEx就迅速换用电网电能。

对于 Bloom Box的失效，Bloom energy也有非常简练的处理方法。斯里达尔表示：“我们有一个模块，搭配热交换技术的冗余结构。”类似高阶服务器的设计，能确保在某个组件故障时，整个系统仍维持运作。他说：“如果数据中心内有一台组件故障，数据中心不会停止运作。若任何一个（Bloom Box）必须维修，顾客也不会停电。”

Bloom Box造价过高与互联网新创企业不同，燃料电池公司属于资本密集型企业，需要很长的孕育期，Bloom energy即使在2008年还亏损8500万美元。专注于研究新兴技术的Lux Research公司高级分析师雅各布·格罗斯（Jacob Grose）表示：“真正的问题在于，Bloom energy是否解决了燃料电池造价过高这个难题。”

Bloom energy声称已经在一定程度上解决了这个问题，其燃料电池使用沙子、氧化锆和其他半导体原材料制造，并不耗费铜甚至白金之类价格较为昂贵的金属，从而降低了成本压力。但一台Bloom Box仍旧价格高昂，目前正在使用的工业级Bloom Box一台需要70万到80万美元，eBay目前使用的5台供电设备价格高达350万美元。在历时8年，耗资4亿美元之后，Bloom energy宣称，用户们会在3到5年之内看到初始投资所带来的回报。斯里达尔说，该产品使用天然气发电的成本每度约为8美分至10美分。但那只比某些商用电价便宜少许。Bloom energy宣称1 kW Bloom Box即可供应一家的用电，未来要价约3000美元，但有专家指出，实际能让家庭完全摆脱传统电网的发电量，需要达到5 kW。

运输中的Bloom energy server

Bloom Box前景是否广阔？

即使颇具环保理念同时也不乏经济价值，但燃料电池并没得到美国政府太多的财政支持，目前新电池技术和电动车计划获得了24亿美元的政府贷款，但是燃料电池技术只拿到4200万美元。目前对Bloom energy投资的4亿美元基本全部来自风险基金。

旧金山Greentech Media的主编卡奈洛斯（Michael Kanellos）说：“如果他们能够成功推出经济型的燃料电池，必然会引起外界的广泛兴趣，燃料电池电网的换代兴趣也就会产生出来。”但这个兴趣的培养不能仅仅依赖一个新技术公司，最终它还是要靠政府、资本对清洁能源的全力支持。

专注于研究新兴技术的Lux Research公司高级分析师雅各布·格罗斯 （Jacob Grose） 表示：“我认为Bloom Box绝对是被捧得太厉害了。Bloom energy的产品并无独特之处，其他燃料电池公司做的东西也都跟它差不多。”不过，格罗斯强调，自己没有见过已公开面世的Bloom Box。据格罗斯表示，Fuel Cell Energy公司的产品就与Bloom energy十分相似。Fuel Cell Energy位于康涅狄格州丹伯利市，这家不爱炒作的小公司于1992年上市，在全球已经安装了60多套燃料电池装置，其公司客户包括培珀莉农场（Pepperidge Farm）和威斯汀酒店（Westin Hotels）等。与Bloom energy一样，Fuel Cell Energy尚未找出盈利之道，2009年，该公司收入为8800万美元，亏损7100万美元。

Bloom energy确实不是唯一一家在研发陶瓷触媒的厂商，其实已有数家与其技术(SOFC)相类似的公司已经在燃料电池业界努力了十余年，当然也有一些产品问市。但是因为在价格、寿命及量产化方面，一直无法获得较戏剧性的突破，使得这部分技术对大众而言较为陌生。

另外，Bloom energy也有一些制造方面的挑战，包括其所展示的含硅陶瓷板。数据表明该公司将采用半导体业多年前开发出的大规模制造技术，但半导体制造本身就有许多技术与成本上的问题，还有寿命方面的挑战，这些都是Bloom energy在对全球市场进行大规模生产前，所必须克服的问题。

不过，若是Bloom energy能在10年内推出家用设备要价约3000美元以下之产品，这绝对是全人类的福音，但是估计还有一段不算短的路要走。不过，推出一般家庭可负担的燃料电池，仍然只是愿景。燃料电池制造商UTC Power的副总裁迈克·布朗表示，价格之所以会这么高，是因为家庭燃料电池系统必须人工安装，而且需求量小，制造商无法大批量生产。据斯坦福大学的普林兹的说法，以前的系统还采用贵金属，不过Bloom energy表示，它们已经找到避免使用这种材料的方法，但是该公司并没透露相关细节。

斯里达尔希望在10年以内开始销售为家庭用户批量生产的2公升左右、砖块大小的发电装置，而该设备的价格最后可以降到3000美元以下。此外，要想被家庭广泛采用，Bloom Box的运行寿命必须长达8.5万小时，持续工作10年左右。斯里达尔表示，只需合理维护，公司的电池可使用10年时间。

美国能源部长朱棣文(Steven Chu)日前在接受Mercury News专访时表示，Bloom energy Corporation的固态氧化物燃料电池(Solid Oxide Fuel Cell，SOFC)能够直接运用氢气或天然气发电，这个发明很有意思。朱棣文同时指出，美国正在投资固态氧化物燃料电池，并密切关注相关领域。

随着燃料电池技术的发展，再加上政府的重视、资本的投入，也许Bloom Box真的有一天会走进寻常人的生活！