Европейский рынок твердооксидных топливных элементов по типу (плоские и трубчатые), по применению (стационарные, транспортные и портативные), по конечному пользователю (коммерческие, центры обработки данных, военные и оборонные и другие), по стране, по прогнозу конкуренции и возможностям, 2018–2028 гг.

Обзор рынка

Рынок твердооксидных топливных элементов в Европе оценивается в 9,56 млрд долларов США в 2022 году и, как ожидается, будет прогнозировать устойчивый рост в прогнозируемый период с CAGR 13,77% до 2028 года. Твердооксидные топливные элементы (SOFC) обладают способностью функционировать с использованием разнообразных источников топлива, таких как водород, природный газ, биогаз и аммиак. Эта присущая им топливная гибкость позволяет им эффективно адаптироваться к динамическим энергетическим ландшафтам и стратегиям перехода, приспосабливаясь к эволюции как зеленого водорода, так и обычных видов топлива. Следовательно, эта характеристика стимулирует рост рынка.

Ключевые драйверы рынка

Усиление внимания к решениям в области чистой энергии

Одним из ключевых факторов, способствующих росту европейского рынка твердооксидных топливных элементов (SOFC), является повышенное внимание к решениям в области чистой энергии. Поскольку мир сталкивается с острой необходимостью решения проблемы изменения климата и сокращения выбросов парниковых газов, европейские страны взяли на себя инициативу по внедрению экологически чистых технологий. В этом контексте SOFC стали многообещающим решением благодаря своей высокой эффективности и минимальным выбросам.

Приверженность Европы сокращению выбросов углерода соответствует ее амбициозным целям в рамках Парижского соглашения. Многочисленные европейские страны поставили перед собой амбициозные цели по декарбонизации своих энергетических секторов, что требует отказа от ископаемого топлива. SOFC играют решающую роль в этом переходе, предоставляя надежный и эффективный источник чистой электроэнергии и тепла. Они могут использовать различные виды топлива, включая водород, природный газ и биогаз, что делает их легко адаптируемыми к различным энергетическим ландшафтам.

Более того, Европейский союз вложил значительные средства в научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты, связанные с технологией SOFC. Такие инициативы по финансированию, как Horizon 2020 и European Green Deal, выделили значительные ресурсы на поддержку разработки и коммерциализации SOFC. Эта финансовая поддержка побудила заинтересованные стороны как государственного, так и частного сектора инвестировать в технологию SOFC, что еще больше способствовало ее принятию на континенте.

Более того, на европейском энергетическом рынке наблюдается растущая тенденция к децентрализации с переходом к распределенной генерации энергии. SOFC хорошо подходят для распределенных энергетических систем благодаря своей модульности и способности работать в различных масштабах. Это соответствует европейской энергетической стратегии, которая направлена на повышение энергетической безопасности и устойчивости путем содействия децентрализованному производству энергии.

Подводя итог, можно сказать, что растущее внимание к решениям в области чистой энергии, обусловленное опасениями по поводу изменения климата и амбициозными целями по декарбонизации, служит существенным драйвером европейского рынка SOFC. Универсальность, эффективность и соответствие европейской энергетической политике делают эту технологию привлекательным вариантом для удовлетворения растущих потребностей континента в энергии при одновременном снижении воздействия на окружающую среду.

Достижения в технологии и производстве ТОТЭ

Одним из ключевых факторов роста европейского рынка твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) является постоянное развитие технологии и производственных процессов ТОТЭ. Со временем был достигнут значительный прогресс в повышении эффективности, долговечности и экономической эффективности ТОТЭ, что сделало их все более конкурентоспособными в различных приложениях.

Эффективность играет решающую роль в принятии ТОТЭ в Европе. Эти топливные элементы продемонстрировали высокую электрическую эффективность, часто превышающую 60%. Более того, они способны одновременно вырабатывать как электроэнергию, так и тепло с помощью систем комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ), что приводит к общему уровню энергоэффективности, который может превышать 80%. Этот уровень эффективности особенно ценен в отраслях и приложениях, где затраты на энергию и экологические проблемы имеют большое значение, таких как центры обработки данных, промышленные процессы и отопление жилых помещений.

Достижения в области материалов и производственных технологий также внесли значительный вклад в рост рынка. Исследователи и производители усердно работали над разработкой новых керамических материалов с улучшенными эксплуатационными характеристиками, включая улучшенную проводимость и долговечность. Кроме того, инновационные методы производства, такие как аддитивное производство (3D-печать), упростили производство компонентов SOFC, что привело к снижению затрат и сокращению сроков выполнения заказов.

Более того, интеграция SOFC с возобновляемыми источниками энергии, такими как ветер и солнце, получила значительную поддержку в Европе. Используя возобновляемый водород, полученный в результате электролиза, или напрямую соединяя SOFC с прерывистыми возобновляемыми источниками, становится возможным обеспечить надежную и чистую генерацию электроэнергии круглосуточно. Эта интеграция соответствует целям Европейского союза по увеличению доли возобновляемых источников энергии в его энергетическом балансе.

Сотрудничество между академическими институтами, исследовательскими организациями и игроками отрасли также сыграло ключевую роль в развитии европейского рынка SOFC. Эти партнерства ускорили разработку технологий SOFC следующего поколения и способствовали обмену знаниями через границы. Более того, они способствовали масштабированию производственных процессов, что привело к снижению затрат и повышению коммерческой жизнеспособности.

В заключение следует отметить, что постоянное совершенствование технологий SOFC и производственных процессов стимулирует европейский рынок SOFC за счет повышения эффективности, снижения затрат и обеспечения интеграции с возобновляемыми источниками энергии. Эти разработки позиционируют SOFC как конкурентоспособное и устойчивое решение для широкого спектра применений по всему континенту.

Растущий спрос на децентрализованные энергетические решения

Растущий спрос на децентрализованные энергетические решения служит основным катализатором для европейского рынка твердооксидных топливных элементов (SOFC). Децентрализация влечет за собой отход от традиционных централизованных систем генерации и распределения электроэнергии в пользу локализованного производства энергии. Универсальность, масштабируемость и способность SOFC работать в распределенных энергетических сетях делают их весьма подходящими для этой тенденции.

Энергетическая безопасность и устойчивость являются ключевыми факторами, определяющими спрос на децентрализованные энергетические решения в Европе. Традиционные централизованные электросети уязвимы для сбоев, таких как экстремальные погодные явления, кибератаки и отказы оборудования. Напротив, децентрализованные энергетические системы, работающие на таких технологиях, как SOFC, предлагают более надежное и устойчивое энергоснабжение. Это становится особенно важным в регионах, где перебои в энергоснабжении могут иметь значительные экономические и социальные последствия.

SOFC находят применение в различных децентрализованных условиях, включая жилой, коммерческий и промышленный секторы. В жилых районах они могут обеспечивать комбинированное производство тепла и электроэнергии (CHP), позволяя домовладельцам вырабатывать собственное электричество и тепло. На коммерческих и промышленных объектах SOFC могут функционировать как локальные генераторы электроэнергии, снижая зависимость от сети и минимизируя потери при передаче.

Более того, внимание Европейского союза к энергоэффективности и сокращению выбросов углерода способствовало принятию SOFC в децентрализованных энергетических системах. Эти топливные элементы достигают высокой общей энергоэффективности за счет использования отработанного тепла для отопления или промышленных процессов. Поскольку Европа стремится достичь своих целей по энергоэффективности, SOFC рассматриваются как ценные инструменты для оптимизации использования энергии и сокращения выбросов парниковых газов.

Переход к более чистым источникам энергии также стимулирует спрос на децентрализованные энергетические решения. SOFC, способные работать на различных видах топлива, таких как водород и биогаз, соответствуют цели Европейского союза по диверсификации источников энергии и сокращению углеродного следа энергетического сектора. Такая гибкость позволяет SOFC поддерживать интеграцию возобновляемых источников энергии в децентрализованные сети, обеспечивая стабильное электроснабжение во время прерывистой возобновляемой генерации.

В заключение следует отметить, что растущий спрос на децентрализованные энергетические решения, мотивированный энергетической безопасностью, устойчивостью, энергоэффективностью и переходом на более чистые источники энергии, существенно влияет на рынок SOFC в Европе. Адаптируемость SOFC к различным приложениям и их соответствие европейской энергетической политике позиционируют их как жизненно важные компоненты децентрализованных энергетических систем в регионе.

Основные проблемы рынка

Высокие начальные затраты и инвестиционные барьеры

Одной из существенных проблем, с которыми сталкивается рынок твердооксидных топливных элементов (SOFC) в Европе, являются высокие начальные затраты, связанные с технологией. SOFC известны своей эффективностью и экологическими преимуществами, но они часто требуют существенных первоначальных инвестиций по сравнению с традиционными энергетическими системами. Эти затраты в первую очередь обусловлены сложными производственными процессами и использованием современных материалов, таких как керамика.

Одним из основных факторов затрат является изготовление стопок SOFC, которые состоят из нескольких отдельных ячеек. Эти ячейки обычно производятся с использованием сложных высокоточных методов, что приводит к повышенным производственным расходам. Кроме того, использование экзотических материалов при строительстве SOFC, таких как стабилизированный иттрием цирконий (YSZ) и аноды на основе никеля, способствует их высокой стоимости.

Более того, системы SOFC требуют вспомогательной инфраструктуры, включая оборудование для обработки топлива и силовую электронику, что еще больше увеличивает общие расходы. Это представляет собой значительный финансовый барьер для потенциальных пользователей, особенно малых и средних предприятий (МСП) и бытовых потребителей.

Хотя долгосрочные эксплуатационные преимущества, такие как высокая эффективность и низкий уровень выбросов, являются убедительными, многие организации и частные лица отпугиваются значительными первоначальными инвестициями, необходимыми для развертывания SOFC. Преодоление этой проблемы требует постоянных усилий по исследованиям и разработкам для снижения производственных затрат и улучшения производственных процессов. Государственные стимулы, субсидии и программы финансирования также могут сыграть решающую роль в повышении доступности технологии SOFC за счет компенсации первоначальных капитальных затрат.

Проблемы долговечности и надежности

Прочность и надежность представляют собой постоянные проблемы на европейском рынке SOFC. Эти топливные элементы работают при высоких температурах, часто превышающих 800 °C, что может привести к проблемам, связанным с деградацией материала и термическим напряжением. Повторяющиеся тепловые циклы и воздействие топлива и воздуха могут со временем привести к механическому износу и химическим изменениям в стеке SOFC, что приводит к снижению производительности и эффективности.

Одной из основных проблем, связанных с долговечностью, является деградация материалов ячеек, особенно электролита и материалов электродов. В некоторых случаях повышенные рабочие температуры могут привести к явлению, известному как «старение», которое постепенно снижает производительность ячеек. Это не только влияет на общую эффективность системы SOFC, но и требует более частого обслуживания и замены, тем самым увеличивая эксплуатационные расходы.

Кроме того, надежность SOFC является критическим фактором, особенно в критически важных приложениях, таких как резервное питание для центров обработки данных или распределенных энергетических систем. Любые неожиданные сбои или сбои в работе SOFC могут иметь значительные последствия, включая потерю данных или перебои в работе основных служб.

Решение проблем долговечности и надежности требует постоянных усилий по исследованиям и разработкам для разработки более надежных материалов и улучшения конструкции систем SOFC. Кроме того, важно установить комплексные протоколы испытаний и проверки, чтобы гарантировать, что SOFC могут выдерживать длительные периоды эксплуатации без существенного ухудшения производительности. Такие усилия будут иметь решающее значение для завоевания доверия потенциальных клиентов и расширения рынка для технологии SOFC.

Проблемы инфраструктуры и поставок топлива

Рынок SOFC в Европе сталкивается с серьезными проблемами в отношении инфраструктуры и поставок топлива. SOFC могут работать на различных видах топлива, таких как водород, природный газ и биогаз. Однако доступность и распределение этих видов топлива могут накладывать ограничения на широкое внедрение SOFC.

Водород, часто считающийся самым чистым топливом для SOFC, сталкивается с проблемами в плане производства, хранения и распределения. Хотя водород можно получать путем электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, существуют препятствия для масштабирования производства и создания эффективной распределительной сети. Кроме того, технологии хранения водорода требуют дальнейшего развития для обеспечения безопасного и экономически эффективного хранения для различных применений.

Природный газ и биогаз, которые чаще встречаются во многих европейских регионах, являются жизнеспособными вариантами топлива для SOFC. Однако их использование вызывает опасения относительно выбросов и устойчивости. Эффективные технологии улавливания и утилизации углерода (CCU) играют решающую роль в смягчении выбросов парниковых газов, связанных с использованием природного газа в SOFC. Кроме того, доступность биогаза может быть ограничена в определенных областях, что требует инвестиций в анаэробные установки для производства достаточного количества биогаза для приложений SOFC.

Проблемы инфраструктуры выходят за рамки поставок топлива и охватывают разработку надежной и эффективной сети доставки водорода или газа. Расширение этой инфраструктуры требует значительных инвестиций и координации между различными заинтересованными сторонами, включая государственные учреждения, энергетические компании и поставщиков технологий.

Для преодоления этих проблем необходим комплексный подход. Сотрудничество между правительствами и представителями отрасли имеет решающее значение для развития сетей распределения водорода и природного газа, инвестирования в производство возобновляемого водорода и продвижения устойчивых источников топлива. Кроме того, исследовательские усилия должны быть направлены на повышение эффективности и адаптивности ТОТЭ к различным видам топлива, обеспечивая при этом долгосрочную экологическую устойчивость.

Основные тенденции рынка

Интеграция твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) в производство зеленого водорода

Одной заметной тенденцией, наблюдаемой на европейском рынке ТОТЭ, является включение технологии ТОТЭ в процессы производства зеленого водорода. Зеленый водород, который вырабатывается путем электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии, таких как энергия ветра или солнца, набирает обороты как чистый энергоноситель с универсальными применениями. SOFC играют жизненно важную роль в этой тенденции, эффективно преобразуя зеленый водород в электричество и тепло, что делает их ценными компонентами интегрированных энергетических систем.

SOFC могут функционировать как электрохимические устройства, которые как производят, так и потребляют водород. В режиме электролиза они расщепляют воду на водород и кислород при подаче электричества, в то время как в режиме топливного элемента они вырабатывают электричество путем реакции водорода с кислородом. Эта двунаправленная способность позволяет SOFC служить энергетическими концентраторами, эффективно храня избыточную возобновляемую энергию в виде водорода и впоследствии преобразуя ее обратно в электричество по мере необходимости.

Интеграция SOFC с производством зеленого водорода соответствует обязательству Европы по достижению углеродной нейтральности и сокращению выбросов парниковых газов. Правительства и отрасли по всему континенту инвестируют в научно-исследовательские и опытно-конструкторские проекты, направленные на оптимизацию этой интеграции. Следовательно, SOFC становятся ключевой технологией в водородной экономике, находя применение в различных секторах, таких как промышленные процессы, стабилизация сетей и транспорт.

Расширение систем микро-ТЭЦ для бытового и коммерческого использования

Еще одной примечательной тенденцией на европейском рынке твердооксидных топливных элементов (SOFC) является расширение микрокомбинированных систем производства тепла и электроэнергии (CHP) для бытового и коммерческого использования. Эти микро-ТЭЦ-системы, работающие на технологии SOFC, обеспечивают двойное преимущество эффективной генерации электроэнергии и производства тепла, что делает их привлекательными решениями для зданий и малого бизнеса.

Микро-ТЭЦ-системы на основе SOFC демонстрируют высокую эффективность, при этом общая энергоэффективность превышает 80%. Они работают бесшумно и выделяют мало вредных веществ, что делает их подходящими для городской среды, где шум и качество воздуха вызывают беспокойство. Эти системы могут поставлять электроэнергию для потребления на месте, одновременно удовлетворяя потребности в отоплении и горячей воде, снижая зависимость от сети и снижая затраты на электроэнергию.

Упор Европейского союза на энергоэффективность и сокращение выбросов углерода, а также стимулы для распределенной генерации энергии способствовали росту систем микро-ТЭЦ в жилом и коммерческом секторах. Несколько европейских стран внедрили финансовые стимулы, субсидии и нормативные рамки для содействия принятию этих систем.

Более того, достижения в технологии SOFC привели к разработке компактных и надежных блоков микро-ТЭЦ, которые можно легко интегрировать в существующие здания. Эти блоки могут работать на природном газе или зеленом водороде, предлагая гибкость для пользователей и поддерживая переход на более чистые источники энергии.

Сегментные данные

Типовые данные

Сегмент Planar стал доминирующим игроком в 2022 году. Твердооксидные топливные элементы (SOFC) становятся перспективным источником чистой энергии для различных видов транспорта, включая автобусы, корабли и поезда. Транспортный сектор активно стремится сократить выбросы в транспортной отрасли и может получить большую выгоду от растущей водородной инфраструктуры в Европе.

Более того, преимуществом SOFC является возможность работать на природном газе, что делает их подходящими для приложений, где водородная инфраструктура все еще находится в стадии разработки. Этот аспект напрямую отвечает потребности в более чистой энергии в промышленности и коммерческих условиях. Кроме того, SOFC могут использовать биогаз, полученный из органических отходов, внося значительный вклад в устойчивое управление отходами и играя ключевую роль в сокращении выбросов парниковых газов в сельскохозяйственном секторе.

Такие страны, как Дания и Швеция, продемонстрировали похвальную приверженность устойчивому развитию и возобновляемой энергетике, выступая в качестве первых последователей технологии SOFC, особенно в жилых и коммерческих помещениях. Кроме того, такие страны, как Испания и Италия, все чаще изучают приложения SOFC, движимые спросом на децентрализованные энергетические решения и соответствием целевым показателям ЕС по выбросам.

Помимо крупномасштабных приложений, также значительное присутствие маломасштабных систем SOFC используется в домах и на малых предприятиях. Сегмент микро-ТЭЦ фокусируется на энергоэффективности, экономии затрат и снижении воздействия на окружающую среду. Кроме того, SOFC находят применение в промышленных процессах в таких секторах, как производство и химия, где требуется высокотемпературное тепло. Этот сегмент в первую очередь нацелен на снижение затрат на электроэнергию и выбросов в промышленных операциях.

Аналитика применения

Ожидается, что стационарный сегмент будет испытывать быстрый рост в течение прогнозируемого периода. Рост цен на энергоносители, стремление к энергетической независимости и государственные стимулы для решений в области чистой энергии стимулируют внедрение систем бытового ТЭЦ на основе SOFC в Европе. Постоянные усилия по исследованиям и разработкам могут повысить производительность, долговечность и экономическую эффективность систем SOFC для коммерческих и промышленных пользователей. SOFC предлагают решение в области чистой энергии для этих секторов, поскольку европейские страны отдают приоритет сокращению выбросов.

Внедрение технологии SOFC обусловлено потребностью центров обработки данных в надежных источниках энергии. Высокая плотность энергии и низкие выбросы SOFC делают их подходящими для этих критически важных объектов. Разработка систем SOFC с возможностями быстрого запуска и масштабируемостью может еще больше повысить их пригодность для центров обработки данных и критически важных объектов. Обеспечение соответствия стандартам отрасли центров обработки данных также имеет решающее значение для роста рынка.

SOFC внедряются из-за потребности в надежных и независимых источниках энергии в отдаленных районах, включая развивающиеся страны. Военные приложения отдают приоритет энергетической безопасности и снижению логистической нагрузки. Сосредоточение Европы на децентрализованном производстве энергии, энергетической безопасности и сокращении выбросов стимулирует внедрение SOFC в распределенных энергетических системах. Эти системы способствуют стабильности сети и снижению потерь при передаче.

Подробный анализ стационарного сегмента помогает заинтересованным сторонам выявить конкретные возможности и проблемы в различных стационарных приложениях технологии SOFC на европейском рынке. Он также помогает в адаптации стратегий и инвестиций для удовлетворения уникальных потребностей и запросов каждого сегмента, в конечном итоге способствуя общему росту европейского рынка SOFC.

Аналитика по странам

Германия стала доминирующим игроком в 2022 году. Германия долгое время была лидером в переходе на возобновляемые источники энергии. Страна поставила амбициозные цели по сокращению выбросов парниковых газов и увеличению доли возобновляемых источников энергии в своем энергетическом балансе. В рамках этого перехода твердооксидные топливные элементы (SOFC) привлекли внимание своей эффективной конверсией зеленого водорода, полученного из возобновляемых источников, в электричество и тепло. Приверженность Германии возобновляемому водороду соответствует рыночному потенциалу для SOFC.

Мощный промышленный и производственный сектор Германии обеспечивает прочную основу для разработки и внедрения технологии SOFC. Инженерный опыт страны, высококачественные производственные мощности и квалифицированная рабочая сила являются ценными активами в производстве компонентов и систем SOFC. Эта промышленная база способствует экономической эффективности и масштабируемости SOFC, стимулируя рост рынка.

Энергетическая стратегия Германии делает упор на децентрализованную генерацию энергии и устойчивость сети. SOFC, с их способностью обеспечивать комбинированное производство тепла и электроэнергии (CHP) и работать в распределенных энергетических системах, хорошо согласуются с этой стратегией. Бытовые и коммерческие применения микро-ТЭЦ на основе ТОТЭ набирают обороты в стране, повышая энергоэффективность и сокращая выбросы.

В заключение следует отметить, что положение Германии на европейском рынке ТОТЭ характеризуется ее приверженностью чистой энергии, сильной промышленной базой, исследовательскими и инновационными возможностями, государственной поддержкой и акцентом на децентрализованных энергетических решениях. Поскольку страна продолжает преследовать свои экологические цели и энергетический переход, ожидается, что технология ТОТЭ будет играть значительную роль в ее энергетическом ландшафте.

Последние разработки

• В июне 2022 года компания Doosan Fuel Cell Co., Ltd. объявила о сотрудничестве с KOSPO (Korea Southern Power), Samsung C&T и KIER (Korea Institute of Energy Research). Эти компании подписали меморандум о взаимопонимании, охватывающий совместные проекты, связанные с разработкой аммиака и технологией CCU, связанной с топливными элементами.
• В апреле 2022 года SFC Energy AG заключила соглашение «Make in India» со своим партнером FC TecNrgy Pvt Ltd. Целью этого соглашения является создание в Индии производственных мощностей для всех компонентов ее метанольных топливных элементов EFOY, водорода и энергетических решений.
• В феврале 2022 года Ceres Power Holdings Plc объявила о партнерстве между Robert Bosch GmbH и китайской Weichai Power по разработке и производству твердооксидных топливных элементов специально для китайского рынка. Это сотрудничество предполагает участие всех трех компаний.

Ключевые игроки рынка

• Ballard Power Системы
• Технология топливных элементов Nedstack
• Bloom Energy
• Doosan Fuel Cell Co., Ltd.
• Водородный
• Ceres Power Holdings Plc
• Plug Power
• Nuvera Fuel Cells, LLC
• Энергия топливных элементов
• SFS Energy AG