Рынок планарных твердооксидных топливных элементов — глобальный размер отрасли, доля, тенденции, возможности и прогноз, сегментированный по конечному пользователю (коммерческие, центры обработки данных и другие), по применению (стационарные, транспортные, портативные), по региону, конкуренция 2018–2028 гг.

Обзор рынка

Глобальный рынок плоских твердооксидных топливных элементов

В плоских ТОТЭ топливо (обычно водородное или углеводородное топливо) окисляется на аноде, высвобождая электроны. Эти электроны перемещаются по внешней цепи, вырабатывая электроэнергию, а затем соединяются с ионами кислорода из воздуха на катоде, образуя водяной пар. Ключевой характеристикой плоских ТОТЭ является их плоская, тонкая и слоистая конструкция, которая обеспечивает эффективную генерацию электроэнергии при высоких рабочих температурах (обычно от 500 °C до 1000 °C). Глобальный рынок планарных твердооксидных топливных элементов охватывает производство, продажу и развертывание планарных ТОТЭ и связанных с ними технологий.

Этот рынок обусловлен растущим спросом на чистые и эффективные энергетические решения в различных секторах, включаяПланарные ТОТЭ обладают потенциалом для обеспечения высокоэффективных решений по генерации электроэнергии с низким уровнем выбросов как для стационарных, так и для распределенных энергетических приложений. ТОТЭ изучаются для использования в электромобилях (транспортных средствах на топливных элементах) и вспомогательных силовых установках для дальних коммерческих перевозок. ТОТЭ могут быть интегрированы в промышленные процессы и системы комбинированного производства тепла и электроэнергии (ТЭЦ) для повышения энергоэффективности и сокращения выбросов парниковых газов. ТОТЭ могут использоваться для отопления жилых и коммерческих помещений, предлагая эффективное и чистое отопление помещений и генерацию горячей воды. Планарные ТОТЭ рассматриваются для различных военных и аэрокосмических приложений из-за их компактных размеров и высокой плотности энергии. ТОТЭ подходят для обеспечения надежного питания в удаленных местах и в качестве резервных источников питания в критически важной инфраструктуре. Рост рынка планарных ТОТЭ обусловлен такими факторами, как государственные стимулы, экологические нормы, достижения в области материалов и производственных технологий, а также растущая осведомленность о преимуществах чистой и эффективной генерации энергии. Кроме того, партнерские отношения и сотрудничество между производителями топливных элементов и конечными пользователями играют решающую роль в расширении рынка.

Ключевые движущие силы рынка

Рост спроса на чистую энергию

Растущая обеспокоенность по поводу проблем окружающей среды и необходимость сокращения выбросов парниковых газов привели к росту спроса на чистые и устойчивые энергетические решения. Планарные ТОТЭ, известные своей высокой эффективностью и низким уровнем выбросов, хорошо подходят для удовлетворения этого спроса. Планарные ТОТЭ являются высокоэффективными устройствами преобразования энергии с потенциалом достижения уровней эффективности до 60% и более. Такая эффективность делает их привлекательными для различных применений, включая производство электроэнергии, транспорт и системы когенерации. Правительства и отрасли все больше внимания уделяют повышению энергетической безопасности за счет диверсификации источников энергии. Планарные ТОТЭ могут играть роль в достижении энергетической безопасности, предоставляя надежные и локальные решения для генерации электроэнергии. Многие правительства по всему миру предлагают стимулы, субсидии и гранты для содействия разработке и внедрению технологий чистой энергии, включая топливные элементы. Эти стимулы могут значительно стимулировать рынок планарных ТОТЭ. Текущие исследования и разработки привели к усовершенствованию материалов и технологий производства ТОТЭ. Эти достижения снизили затраты, улучшили производительность и увеличили коммерческую жизнеспособность планарных ТОТЭ. Электрификация транспортного сектора, включая электромобили (ЭМ) и автомобили на водородных топливных элементах, вызвала интерес к ТОТЭ как потенциальным источникам энергии для транспортных приложений. Планарные ТОТЭ предлагают преимущества с точки зрения дальности, времени заправки и эффективности.

Распределенная генерация энергии

Тенденция к распределенной генерации энергии и микросетям создает возможности для планарных ТОТЭ. Их можно развернуть в децентрализованных энергетических системах, обеспечивая электричеством и теплом дома, предприятия и отдаленные районы. Потребность в надежных решениях по резервному питанию в условиях стихийных бедствий и сбоев в работе сетей подстегнула интерес к планарным ТОТЭ как к резервным источникам питания для критически важной инфраструктуры и жилых помещений. Планарные ТОТЭ изучаются для использования в аэрокосмических и военных приложениях из-за их высокой плотности энергии, компактного размера и потенциала для обеспечения питания в удаленных и сложных условиях. Сотрудничество между производителями топливных элементов, научно-исследовательскими институтами и конечными пользователями способствовало разработке и коммерциализации планарных ТОТЭ для различных приложений.

Важно отметить, что рынок планарных ТОТЭ динамичен, и с момента моего последнего обновления могли появиться новые драйверы. Кроме того, рыночные условия могут различаться в зависимости от региона и приложения. Чтобы получить полное представление о текущем состоянии мирового рынка планарных ТОТЭ и его движущих силах, рекомендуется ознакомиться с отраслевыми отчетами, исследованиями рынка и новостными источниками для получения самой актуальной информации.

Ужесточение государственного регулирования

Ужесточение государственного регулирования в сочетании с ростом цен на энергоносители является одной из ключевых тенденций, наблюдаемых на рынке планарных твердооксидных топливных элементов. С ростом осведомленности об альтернативных источниках энергии генераторы электроэнергии на основе сгорания заменяются системами возобновляемой энергии, такими как солнечные панели, которые демонстрируют более высокую эффективность преобразования энергии. Кроме того, топливные элементы, используемые в этих устройствах, не вызывают никаких вредных выбросов, благодаря чему они подходят для применения в транспорте, стационарных/резервных и портативных энергетических установках.

Более того, растущая база применения таких продуктов в нефтегазовой промышленности открывает прибыльные возможности для роста рынка. Например, природный газ, добываемый на месте, может быть легко использован в качестве топлива для электростанций с прямыми топливными элементами (DFC). При этом электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях DFC, может использоваться для поддержки процесса добычи. Кроме того, электростанции DFC служат чистым источником энергии и могут обеспечивать электроэнергию, которую можно закачивать под землю для повышения нефтеотдачи. Таким образом, мировой рынок твердооксидных топливных элементов имеет многочисленные возможности для роста в ближайшие годы.

Основные проблемы рынка

По состоянию на сентябрь 2022 года мировой рынок планарных твердооксидных топливных элементов (SOFC) столкнулся с рядом проблем. Эти проблемы могли развиться или измениться с тех пор, но они дают представление о типичных препятствиях, с которыми столкнулась отрасль. Вот некоторые ключевые проблемы на мировом рынке планарных ТОТЭ. Высокие рабочие температурыпланарные ТОТЭ обычно работают при высоких температурах, часто превышающих 500 °C. Эти высокие рабочие температуры могут привести к деградации материалов, повысить сложность производства и ограничить диапазон материалов, которые могут быть использованы.

Стоимость и масштабируемость производства

Первоначальные капитальные затраты на планарные ТОТЭ были относительно высокими. Достижение конкурентоспособности по стоимости с другими энергетическими технологиями, такими как электростанции с комбинированным циклом на природном газе, остается серьезной проблемой. Кроме того, масштабирование производственных процессов для удовлетворения рыночного спроса при сохранении качества и постоянства является сложной задачей. Обеспечение долгосрочной прочности и надежности планарных ТОТЭ в различных условиях эксплуатации является критической проблемой. Высокие температуры и термоциклирование могут привести к деградации материалов ячеек, что влияет на производительность и срок службы. Широкое внедрение планарных ТОТЭ для транспортировки и стационарной генерации электроэнергии зависит от доступности подходящего топлива, такого как водород или природный газ. Разработка и поддержание инфраструктуры поставок топлива может быть проблемой в некоторых регионах.

Материалы электролита и конкуренция с другими энергетическими технологиями

Разработка высокопроизводительных и долговечных материалов электролита, которые могут работать при более низких температурах, является постоянной проблемой. Снижение требуемой рабочей температуры может повысить долговечность и снизить производственные затраты. Интеграция отдельных планарных стеков SOFC в более крупные системы, включая компоненты баланса завода и системы управления, может быть сложной. Достижение бесшовной интеграции и оптимизация производительности системы являются проблемами. Нормативная среда, включая стандарты безопасности и правила выбросов, может повлиять на развертывание и принятие планарных SOFC. Политическая поддержка, стимулы и доступ на рынок имеют решающее значение для роста рынка. Планарные SOFC сталкиваются с конкуренцией со стороны других технологий чистой энергии, таких как фотоэлектричество, ветер и литий-ионные аккумуляторы. Эти технологии могут иметь преимущества в определенных приложениях или сегментах рынка.

Основные тенденции рынка

Достижения в области материалов и технологий производства

Достижения в области материаловедения и технологий производства имели основополагающее значение для разработки планарных ТОТЭ. Исследователи сосредоточились на открытии и разработке новых материалов для электродов, электролитов и межсоединений. Эти достижения в области материалов улучшили производительность, снизили производственные затраты и увеличили надежность ТОТЭ. Например, разработка новых керамических материалов для электролитов позволила снизить рабочие температуры, смягчить термическое напряжение и повысить долговечность. Эта тенденция к более прочным материалам имеет решающее значение для продления срока службы ТОТЭ и повышения их конкурентоспособности по стоимости.

Гибкость топлива и производство водорода

Одной из важных тенденций на рынке планарных ТОТЭ является стремление к большей гибкости топлива. Хотя водород остается основным источником топлива для ТОТЭ, усилия по исследованиям и разработкам сосредоточены на расширении диапазона совместимых видов топлива. Это включает использование углеводородов, биотоплива и аммиака. Кроме того, ТОТЭ изучаются на предмет их потенциала для производства водорода посредством высокотемпературного электролиза. Этот процесс «совместного электролиза» может преобразовывать воду и углекислый газ в водород и оксид углерода, которые затем могут использоваться в качестве топлива или сырья для различных отраслей промышленности. Производство водорода приобретает все большее значение в контексте глобальной водородной экономики.

Гибридные системы топливных элементов

Гибридные энергетические системы, которые объединяют планарные ТОТЭ с другими энергетическими технологиями, становятся все более популярными. Эти гибридные системы направлены на максимизацию энергоэффективности, повышение надежности системы и обеспечение непрерывного электроснабжения. Ключевые комбинации включают SOFC в паре с батареями, солнечными панелями и даже микротурбинами. В таких гибридных установках планарные SOFC служат основным источником генерации электроэнергии, в то время как батареи обеспечивают хранение энергии в периоды пикового спроса, а солнечные панели вносят свой вклад в дневное время. Интеграция различных технологий обеспечивает преимущество постоянного и стабильного электроснабжения, снижая зависимость от сети.

Распределенная генерация энергии и микросети

Тенденция к распределенной генерации энергии и микросетям стимулирует внедрение планарных SOFC в децентрализованных энергетических системах. Эти системы могут быть развернуты в точке использования или рядом с ней, обеспечивая электроэнергией и теплом жилые, коммерческие и промышленные районы. Планарные SOFC хорошо подходят для применения в микросетях благодаря своей высокой эффективности и способности обеспечивать комбинированное производство тепла и электроэнергии (CHP). Микросети, работающие на SOFC, повышают устойчивость сети, особенно в районах, подверженных отключениям сети или экстремальным погодным явлениям. Они предлагают потенциал для энергетической самодостаточности и снижают зависимость от централизованной энергетической инфраструктуры.

Центры обработки данных и резервное питание и снижение рабочих температур

Растущая зависимость от центров обработки данных и критическая потребность в бесперебойном питании привели к принятию планарных SOFC в качестве основных и резервных источников питания. Эти топливные элементы могут обеспечить высоконадежное и эффективное питание для работы центров обработки данных, снижая риск потери данных и простоев при перебоях в подаче питания. Быстрое время запуска и длительное время работы планарных SOFC делают их пригодными для использования в качестве резервных систем питания для различных критически важных приложений, включая медицинские учреждения, телекоммуникации и центры реагирования на чрезвычайные ситуации. Работа при высоких температурах была проблемой для планарных SOFC из-за деградации материалов и сложности производства. Значительной тенденцией на рынке являются постоянные усилия по снижению рабочих температур SOFC при сохранении их эффективности. Снижение рабочих температур повышает долговечность и срок службы SOFC, снижает термическую нагрузку на материалы и упрощает системную интеграцию. Эта тенденция согласуется с более широкой целью сделать SOFC более доступными и универсальными для различных приложений.

Сегментарные данные

Конечные данные

Ожидается, что рынок центров обработки данных будет расти в прогнозируемый период, а вместе с ним, как ожидается, будет расти и рынок систем резервного питания. 33% простоев центров обработки данных вызваны отключениями электроэнергии, а отключение электроэнергии обходится эксплуатируемым центрам обработки данных в большие деньги. Высокая эффективность, большая емкость и возможность непрерывной генерации электроэнергии сделали планарные твердооксидные топливные элементы предпочтительным выбором для резервного питания и колебаний напряжения. Индия является одной из самых быстрорастущих экономик в мире, и она, вероятно, будет стимулировать рост публичных облачных центров обработки данных. ИТ-индустрия доминирует на индийском рынке как крупнейший работодатель частного сектора в стране, где широко используются центры обработки данных, тем самым стимулируя рост рынка планарных твердооксидных топливных элементов. Наблюдается значительный рост исследований и пилотных испытаний использования плоских твердооксидных топливных элементов в центрах обработки данных. Таким образом, с ростом использования Интернета и продолжающимися исследованиями плоских твердооксидных топливных элементов ожидается рост рынка в прогнозируемый период.

Загрузить бесплатный образец отчета

Региональные данные

Азиатско-Тихоокеанский регион зарекомендовал себя как лидер на мировом рынке плоских твердооксидных топливных элементов со значительной долей выручки в 2022 году

Последние разработки

• Китай планирует производить от 100 000 до 200 000 тонн возобновляемого водорода в год и иметь парк из 50 000 транспортных средств, работающих на водороде, к 2025 году. В настоящее время Китай является крупнейшим в мире рынком грузовиков и автобусов на топливных элементах и третьим по величине рынком электромобилей на топливных элементах. (FCEV).
• Индийские ученые разработали электрокатализаторы на основе платины для топливных элементов с помощью эффективной процедуры. Этот электрокатализатор продемонстрировал свойства, сопоставимые с коммерчески доступными электрокатализаторами, и может увеличить срок службы топливных элементов.
• Август 2022 г.Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) начала сотрудничать с Toyota Motor North America (Toyota) в рамках соглашения о совместных исследованиях и разработках с целью создания, установки и оценки системы генерации электроэнергии на топливных элементах с протонообменной мембраной (PEM) мощностью 1 мегаватт (МВт) в кампусе NREL во Флэтайронсе.

Ключевые игроки рынка

• Bloom Energy
• Ceres Power
• Solid Энергетика
• FuelCell Energy
• Siemens Energy
• Ultra Электроника
• Atrex Energy
• Керамические топливные элементы Limited
• Kyocera
• Versa Power Systems