AI的尽头是能源！Bloom Energy是如何一跃成为全球氢能“铁王座”的？

在这个由数据驱动的时代，AI的飞速发展带动了能源的需求——全球数据中心的能源需求正以惊人的速度增长。

想象一下，每一次在线购物、视频流和社交媒体互动，背后都是由无数服务器夜以继日地支撑。随着AI技术的进步，这些数据中心的耗电量将急剧上升。

在这样的背景下，Bloom Energy公司以其革命性的SOFC（固体氧化物燃料电池）技术，正引领一场能源领域的革命，超越普拉格能源，成为全球氢能上市公司市值第一的位置（参见AI的尽头是能源，是氢燃料电池！Bloom Energy跃上全球氢能市值“铁王座”。

本文将带您深入了解Bloom Energy如何通过其SOFC技术在全球能源转型中扮演关键角色，并重塑全球能源格局。

数据中心的能源挑战

据国际能源署（IEA）统计，使用OpenAI的ChatGPT进行一次对话会消耗2.9瓦时的电量，耗电量相当于普通谷歌搜索的10倍。随着生成式AI的普及，数据中心的需求激增，导致计算资源紧张和空置率下降，进而影响了数据中心与电网的互联，造成电网供电不稳定和数据中心能源短缺。IEA统计，2022年全球数据中心消耗的电量高达4600亿千瓦时，占全球电力总需求的近2%。预计到2030年，全球数据中心的电力消耗将增长160%，增加的电量足以与德国或瑞典一年的总电力消耗相媲美。此外数据中心的碳排放预计在未来十年将持续增长，因此需要在保持性能提升的同时，采用可持续的能源解决方案。

数据中心的主要能耗集中在服务器（约占45%）和冷却系统（约占40%），这些系统对能源的需求具有高耗能、高供电稳定性、绿色能源倾向和电力需求波动性等特点。科技巨头如谷歌、微软和亚马逊正在探索使用清洁能源作为数据中心的备用电源。目前，供电方案包括分布式新能源、地热能、长时储能和先进核能等，但这些方案要么供应不足，要么成本较高。因此，传统能源如柴油发电机仍是数据中心的主流备用电源。

面对传统能源的高成本和高碳排放问题，全球正在积极寻求更为经济且环保的能源替代方案。在这一背景下，SOFC技术凭借其卓越的能源效率、强大的发电能力和稳定的电力输出，逐渐成为数据中心备用电源的理想选择，受到了市场的广泛青睐。

SOFC/SOEC技术详解与应用前景

SOFC（Solid Oxide Fuel Cell），是以固体氧化物为电解质的高温燃料电池，是继磷酸燃料电池、熔融碳酸盐燃料电池后的第三代燃料电池。SOFC电池的工作温度范围通常在800℃至1000℃之间，启动时间长，达到工作温度后在能量转化效率高，响应时间快。SOFC采用全固态电池结构，按设计形态分可分为平板型和管型，平板式SOFC的主要优点是单电池功率密度高，并且制作成本低，是目前最常用的SOFC电池类型。平板式SOFC单电池由阳极、阴极和固体氧化物电解质组成，其中阳极为燃料发生氧化的场所，阴极为氧化剂还原的场所，两极都使用薄的陶瓷膜用作催化剂。

图 1：平板式SOFC单电池结构

资料来源：《氢能与燃料电池》

SOFC正向运行时能够将化学能转化为电能，而逆向运行时则为固体氧化物电解池（Solid Oxide Electrolysis Cell），主要用于电解水制氢。随着风能、太阳能等可再生能源装机容量的增加，SOEC电池能够利用这些余电以及余热资源，实现能源的高效转换。SOEC的电解效率可以达到85%至95%，这一效率远高于其他电解水技术。

图 2：SOFC与SOEC电化学原理图

资料来源：《Biopolymer Electrolytes , 2018》

SOFC技术因其出色的效率、大规模发电潜力以及持续供电的特性，已经成为市场上数据中心备用电源的热门选择。目前数据中心电源是SOFC电池最主要的市场，据Global Market Insight测算，2023年全球SOFC市场规模为16.7亿美元，其中41%用于数据中心电源，这部分的规模约6.85亿美元，而2023年数据中心电源市场规模为229.2亿美元，据此可知2023年SOFC部分在数据中心电源总市场中的占比大约为2.98%，但随着电池进步和成本降低，预计其在数据中心的应用将更广泛，市场份额也将持续增长。

SOFC技术以其卓越的能源转换效率著称，同时，其冷热电联供特性不仅能为数据中心提供稳定的电力，还能通过回收余热来增强冷却系统的效能，实现能源的高效利用。尽管SOFC的高工作温度带来了较高的制造和运行成本，限制了其广泛应用，但研究者正在努力降低其工作温度，特别是中温平板式SOFC（工作温度在600~800℃）已成为研究焦点。这种技术有望扩展到固定和移动电源等多个领域，包括家庭、商业、交通和军事等。例如，2016年日产汽车推出了首款搭载SOFC动力系统的原型车，而Bloom Energy在2020年与三星重工业合作开发了以SOFC为动力的燃料电池船。随着技术的不断进步和材料创新，预计SOFC将在更广泛的领域展现其应用潜力。

Bloom Energy的产品与市场影响力

Bloom Energy，自2001年成立并于2018年上市，已成为全球SOFC技术的领导者，据Frost & Sullivan的报告，Bloom Energy在全球固定式燃料电池市场中占据44%的市场份额。2023年12月，韩国SK集团的SK Ecoplant向Bloom Energy投资5.66亿美元，持有公司约10%的股份，成为公司的第二大股东。这一合作不仅加深了双方的伙伴关系，而且预计通过SK Ecoplant到2027年购买500 MW能源服务器的计划，将为Bloom Energy带来15亿美元的产品销售和30亿美元的服务收入。Bloom Energy的业务遍及美国、欧洲和亚洲，其产品在全球市场中占据显著份额，预示着该公司在全球能源格局中的影响力将持续增长。

Bloom Energy产品的技术基础为SOFC，主要产品是Bloom Energy Server和Bloom Electrolyzer(SOEC)。Bloom Energy的产品Bloom Energy Server以其高能效、灵活性、热电联产能力以及与制氢技术的协同效应，在能源解决方案领域占据独特地位。Bloom Energy Server的电效率高达60%，在SOFC中领先，其热电联产（CHP）的设计能实现高达90%的综合效率。同时，Bloom Energy的SOFC技术产生的高温排气流超过350°C，可用于工业蒸汽和吸收式制冷。数据中心通常消耗大量电力进行冷却，而Bloom Energy的技术可以将废热转化为冷却资源，减少对环境的影响。与传统使用氢氟烃类（HFCs）制冷剂的制冷机相比，Bloom Energy的解决方案允许数据中心使用吸收式制冷机，减少能源消耗和温室气体排放。这使其成为数据中心等能源密集型行业的理想选择，因为它可以加强制冷和能量管理，降低总体能耗。

图 3:Bloom Energy Server产品图片

资料来源：Bloom Energy公司官网

Bloom Energy Electrolyzer的加入，进一步扩展了这一能源解决方案的能力。作为世界上最大的固体氧化物电解槽装置，Bloom Electrolyzer在每兆瓦的氢气产量上比商业化的低温电解槽高出20-25%。它能够在高温下运行，比其它电解槽技术少消耗15%的电力来制氢。这种高温电解技术还可以利用电力和热量来生产氢气，与外部热源集成时，有潜力比低温PEM和碱性电解槽减少高达45%的电力需求。

图 4：Bloom Electrolyzer产品图片

资料来源：Bloom Energy公司官网

Bloom Energy的产品已证实能在独立微电网模式下运行，如JSR Micro在硅谷的项目所示。JSR Micro是一家半导体材料制造商，对电力稳定性要求极高。为降低电力中断风险，该公司采用Bloom Energy的微电网作为主要电力来源，提供1.1MW的关键电力，确保99.99%的可靠性。这个微电网于2018年底启用，现场发电，保障JSR Micro在电网故障时也能持续运营。

表 1：2024年Bloom Energy已宣布的重大订单

资料来源：公开资料

全球SOFC市场的竞争格局

全球SOFC市场正经历着快速的发展和变革全球SOFC市场的发展呈现出多元化的趋势，各国根据自身条件和优势，推动SOFC技术在不同领域的应用和商业化。美国、欧洲、日本、韩国和中国是这一领域的关键参与者，美国和欧洲在技术和市场应用上较为成熟，已有较为成熟的商业化应用，日本则在家庭应用上表现突出，韩国专注于公用事业发电，而中国在SOFC和SOEC领域正处于快速发展阶段，技术不断进步，市场规模逐渐扩大。

美国在SOFC技术的研发和应用方面处于全球领先地位，特别是在大中型工/商业用供电系统领域。Bloom Energy公司以其成熟的技术和高运行可靠性在全球市场上占据主导地位，累计装机量接近1GW。美国政府通过能源部的支持和补贴政策，推动了SOFC的商业化进程，使得SOFC的发电效率可达65%，并在环保和可再生能源目标的法律法规支持下，市场需求持续增长。根据Grand View Research的报告，美国SOFC市场在2023年占据了全球市场份额的超过80.68%。预计从2024年到2030年，美国SOFC市场将以27.32%的复合年增长率增长，到2030年市场规模将达到42.72亿美元。

中国在SOFC领域起步较晚，但近年来发展迅速，主要依靠科研院校和企业的技术积累。潮州三环集团和潍柴动力等企业在SOFC技术研发和产业化方面取得了显著进展。目前中国SOEC应用主要是央企、国企等开展示范项目，示范规模通常较小，多在数十千瓦至百千瓦级。中国政府对清洁能源技术的支持政策为SOFC市场的快速发展提供了良好的环境。

欧盟通过一系列政策支持SOFC技术的发展，尤其是在家庭和小型商业应用方面。政府提供的补助金和示范项目（如ENE.Field和PACE项目）促进了SOFC的市场推广和技术成熟。欧洲的SOFC市场主要推广方向是微型热电联供（Micro-CHP）系统。德国是欧洲市场的主要参与者，已累计投放超过五万套Micro-CHP系统。根据QYResearch的报告，欧洲SOFC市场从2023年的2.1277亿美元增长到2030年的12.6613亿美元，预计在2024至2030年间的复合年增长率达到28.39%

日本在SOFC领域的发展主要由新能源产业技术综合开发机构（NEDO）推动，重点在家庭用热电联供系统ENE-FARM上。日本已推广超过30万套SOFC家用系统，保有量位居全球第一。日本政府对SOFC项目给予了大量补贴，推动了技术的商业化和市场接受度。韩国在SOFC领域的主要应用集中在公用事业规模发电上，市场上的主流技术主要来自Ceres Power和Bloom Energy。

随着全球对清洁能源的需求日益增长，Bloom Energy及其SOFC技术正成为实现这一转型的有力推动者。Bloom Energy在全球市场中占据重要地位，并有望在推动能源结构转型和实现全球“双碳”目标中发挥关键作用，重塑全球能源格局。

附录：

表 2：Bloom Energy成立大事记

（2001至今CEO:KR Sridhar ）

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