定置型燃料電池發電應用之發展現況(上)：材料世界網

同屬於綠能技術中的燃料電池，可作為繼火電、水電、核電之後的新一代發電技術，且被譽為21世紀清潔且高效的能源。近年來，國際領先企業加快技術研發，同時隨著燃料電池的商業化，世界各國及各聯盟都紛紛提出政策或宣布計畫以支持燃料電池的發展。

本文將從以下大綱，概述定置型燃料電池產品之市場發展現況、技術進展與主要國家之政策導向，進而研究定置型燃料電池在分散式電力、熱電共生與備用電力系統這三大領域之應用。
‧燃料電池技術與市場區隔
‧分散式電廠
‧家用型熱電共生系統

【內文精選】
燃料電池技術與市場區隔
燃料電池為一種將化學能轉換成電能之發電裝置，可提供高能量轉換效率、兼具安靜、潔淨低排放的裝置。其可分為多種類型，例如鹼性燃料電池(AFC)、直接甲醇燃料電池(DMFC)、熔融碳酸鹽燃料電池(MCFC)、磷酸燃料電池(PAFC)、質子傳導膜燃料電池(PEMFC)及固體氧化物燃料電池(SOFC)等。而燃料電池技術依照下游應用端大致可區分為運輸工具應用(Transportation)、定置型應用(Stationary)和可攜式應用(Portable)三大類用途，其系統容量、產品應用範圍、應用市場區隔與區隔特性列於表一。由表中可知無論是何種應用領域，其商業化之關鍵均在於成本、系統穩定度及使用壽命。

由E4tech長期追蹤全球燃料電池市場規模的統計結果來觀察（圖一），全球燃料電池在2017年當年度已有超過7萬套的出貨實績。定置型發電系統一直是燃料電池產業中較為穩定之應用領域，就其應用領域區分，其主要可分成分散式電廠、家用熱電系統與備用電力(Backup Power)三大類。

分散式電廠
分散式發電，是利用電網連接多種小型發電和儲能設備的技術與系統。顧名思義，與分散式發電相對的是集中式發電，如傳統發電廠的燃煤、天然氣、核電、水壩和大型太陽能，通常需要把電廠產生的電力以電纜進行長距離傳輸。相比之下，分散式發電系統是小型的、分散的、模塊化的更靈活發電技術，發電廠位置相對接近負載，具有僅為10 MW或更小的容量。

燃料電池技術在分散式發電的應用上，可補齊其他發電技術的不足，營造出穩定且完整之分散式發電架構。以氫燃料電池為發電核心的能源技術，其利用率將明顯高於傳統能源技術（圖二），發電效率可以實現50%以上，若搭配熱電共生系統(Combined Heat and Power System; CHP)（圖三），可以實現80%以上的能源使用效率。

圖三、燃料電池應用於定置型CHP系統之概念圖

家用型熱電共生系統
家用定置型應用是燃料電池最早大量商品化的市場，此市場之主流技術為PEMFC與SOFC，因其具備電能轉換效率高的優點，而被廣泛使用於定置型之應用。日本在燃料電池市場上，以家用型熱電共生(Combined Heat and Power Generation)燃料電池系統之推廣最為積極。其運作模式如圖四，透過家用天然氣重組產生氫氣，供應給PEMFC或是SOFC使用，全系統除了產生電力供家庭使用外，過程中產生的廢熱會經由熱交換方式加熱家庭用水，整體系統之熱電總效率高達90%以上。

這種小型的家用燃料電池熱電共生系統之產品，其功率約為0.7 kW，以ENE-FARM命名，其建置數量與價格之變化趨勢如圖五所示。透過廠商技術的提升與營運推廣，並藉由政府補貼政策來推動，以提高終端使用者之裝設意願，截至2017年10月累積銷售約22.3萬部，為目前燃料電池產業中出貨量最高之產品。其中，PEMFC型燃料電池約佔82.4%，SOFC型燃料電池約佔...…以上為部分節錄資料，完整內容請見下方附檔。

圖五、日本家庭用燃料電池建置數量與零售價格之變化趨勢