03 十二月 2024
Watt Remote SOFC 旨在与储能/太阳能发电解决方案集成。（图片：Watt Fuel Cell）备用电源的应用范围十分广泛，涵盖住宅和工业领域。就工业应用而言，发电机组和电池储能系统（BESS）目前正处于竞争关系。许多BESS制造商已经能够扩展其系统规模，提供以往只有大型工业发电机组才能提供的兆瓦级电力。
发电机组也同样用于备用电源领域，这类应用最好被归类为商业用途。这些应用通常需要可靠的应急电源，但不需要像工业应用那样大的功率。
在小型商业应用中，与发电机组竞争的是固体氧化物燃料电池（SOFC）。
位于宾夕法尼亚州芒特普莱森特的 SOFC 制造商 Watt Fuel Cell 的销售和市场营销副总裁 Danielle Ramaley 表示，描述 SOFC 的最简单方法就是把它想象成电池。
“它和普通电化学装置一样，都包含阳极、阴极和电解质。但与只能储存能量不同，只要有燃料，固体氧化物燃料电池（SOFC）就能产生能量。”
她说，固体氧化物燃料电池（SOFC）通过化学方式将燃料（主要是天然气）转化为直流电。
“这完全是催化反应——没有燃烧，”拉马利说，并补充说，其优点包括噪音非常低，“因为没有传统燃烧工艺的旋转设备”，以及排放量显著减少。
“没有氮氧化物（NOx），没有硫氧化物（SOx），没有颗粒物，”她说。
气态燃料来源
虽然 Watt 的 SOFC 主要使用天然气，但 Ramaley 表示它们也可以使用丙烷。
“在我们的一些项目中，我们可以将氢气与这两种燃料混合使用，混合比例最高可达20%左右，”拉马利说。“但瓦特能源公司一直专注于易于获取、市面上可买到的燃料。”
她补充说，许多远程应用和房车应用都使用丙烷。拉马利表示，在住宅应用中，首选燃料通常是天然气。
小规模应用
Ramaley表示：“从市场角度来看，Watt专注于小规模电力，我们实际上面向三个不同的市场。”
其中两个应用领域是住宅用电（可以是主电源或备用电源）和休闲娱乐应用，例如房车（RV）。拉马利表示，第三个市场是远程供电应用，在这种应用中，瓦特公司的固体氧化物燃料电池（SOFC）通常与其他能源生产和存储技术（包括电池）协同工作。
Watt Nomad SOFC是专为房车市场设计的，而房车市场正是Watt Fuel Cell的关键市场之一。（图片：Watt Fuel Cell）“我们打造了一个非常棒的能源系统，它非常适用于那些‘我身处偏远地区，需要可靠、稳定且清洁的电力’的应用场景，”她说道。“当太阳能电池与蓄电池和固体氧化物燃料电池结合使用时，即使太阳能发电中断，燃料电池也能随时待命，根据需要循环运行。”
Ramaley 表示，其他应用包括保护远程设备，例如石油和天然气井口，以及该技术的一些更独特的用途。
“当我们与经销商合作伙伴共同关注一些工业和商业应用时，我发现其中一些应用包括远程安防和监控，”她说道。“我们有一位客户专注于人脸识别软件。他们签订了一份安珀警报（失踪人员警报）的合同。”
独特技术
Ramaley 表示，与她称之为“平面”SOFC 的竞争技术相比，Watt 的 SOFC 技术是独一无二的。
“平面固体氧化物燃料电池（SOFC）的大小和杯垫差不多，或者像一张便签纸，”她说道。“这些燃料电池像扑克牌一样堆叠起来。我们的燃料电池是微管式的，所以只有钢笔那么大。它们也是堆叠在一起的。”
Ramaley 表示，这种管状几何形状和结构使得 Watts SOFC 特别适合热循环和负载跟踪，并且能够多次开启和关闭。
“传统上，平面固体氧化物燃料电池（SOFC）技术不适合频繁开关机，”她说道。“它更适合持续开启并以稳定的功率输出运行。但微管燃料电池在循环使用方面表现出色，而我们的技术正是围绕这种循环需求而设计的。因此，无论是在商业和工业应用领域，还是在远程供电应用领域，我们的技术都能很好地满足这种循环需求。”
占地面积小
与传统的发电机组（甚至是许多便携式发电机组）不同，Watt 的 SOFC 可以真正放在台面上。
“我们的设备大小和家用微波炉差不多，可以放在厨房台面上，”拉马利说。“它的尺寸相对较小——大约长2英尺多一点，宽2英尺，长宽各略超过1英尺。”
她补充说，无论功率输出如何，占地面积都保持不变。“我们有一套500瓦的系统和一套1.5千瓦的系统。”
Ramaley 表示，美国住宅用电的平均功率输出约为 1.2 千瓦，如果配合储能系统，可以持续满足家庭的平均基本负荷。
“这样一来，你就能应对用电高峰，并在需要时随时获得清洁的备用电源，”她说。
降低燃油消耗，减少维护
Ramaley 表示，如果太阳能系统原本需要依靠传统的发电机组作为备用电源，那么使用 SOFC 作为备用电源可以节省 60% 到 90% 的燃料。
“在某些情况下，燃料电池可以连续运行数天，”她说道。“在某些情况下，例如冬季，它可能每天都会循环工作。因此，拥有一种能够将燃料消耗量比燃烧产品降低 60% 到 90% 的电源，确实能够让偏远地区的现场维护工作量大大减少。”
除了没有活动部件外，还可以通过任何互联网连接来监控 SOFC，从而进一步减少维护工作。
“因此，当这些应用真正偏远，需要派遣现场服务人员前往荒郊野外时，只要有互联网接入，就可以远程监控燃料电池的运行情况，并实时查看储能水平、电池电量、充电状态、太阳能发电量以及燃料电池的循环情况。”
模块化和可扩展
Ramaley 表示，对于规模较大的应用，或者偶尔需要比单个单元所能提供的更多功率的应用，燃料电池是模块化和可扩展的。
“我们使用CAN通信将各个单元连接起来，”她说道。“我们可以将大约10个单元连接在一起，它们之间可以智能通信。因此，如果您在一段时间内不需要很大的功率，它们会智能地在各个单元之间循环工作，先循环第一个单元，然后是第二个，以此类推。但如果您需要多个单元同时循环工作，它们也能做到。”
瓦特运用3D打印技术生产固体氧化物燃料电池
Watt Fuel Cell 以在其固体氧化物燃料电池 (SOFC) 的生产中使用 3D 制造技术而自豪。
“这就是 Watt 的成名之处，”Watt Fuel Cell 销售和市场营销副总裁 Danielle Ramaley 说，“我们专有技术的很大一部分都基于我们制造管式燃料电池的方式。”
瓦特公司3D打印过程中使用的自动化机器人。（图片：瓦特燃料电池公司）Ramaley表示，像Watt公司生产的那种管状燃料电池是通过挤压工艺生产的。
“这就像制作意大利通心粉一样，”她指的是那种意大利面。“你要先制作糊状物，然后将其挤出，接着要经过多层工序，一层层地涂抹电解液和阴极。这是一个非常反复且漫长的过程。”
Ramaley表示，采用这种挤压工艺，制造一个管状燃料电池大约需要200个小时。
“瓦特一直致力于开发经济高效且可大规模应用的技术，”她说。“所以，我们从一开始就专注于3D打印。现在，我们已经将传统上需要大约200个小时的流程缩短到了4分钟。”
Ramaley表示，除了大幅缩短制造时间外，Watt公司的3D打印技术的另一个优点是它能够提供非常精细的细节。
“我们实际上是在微米级进行打印，也就是大约只有人类头发丝一半大小的尺度，”她说。“这使我们能够不仅控制燃料电池的质量，还能控制它们的打印和制造方式。”
Ramaley 表示，由于细节精细，Watt 可以设计其 SOFC 以最大限度地提高效率——这是挤压成型无法实现的。
Watt公司的制造方法与传统挤压工艺的对比。（图片：Watt燃料电池公司）“我们的总部位于宾夕法尼亚州匹兹堡郊外的芒特普莱森特，我们刚刚完成了一次大规模扩张，”拉马利说。“这次扩张的重点是扩大我们的3D打印能力。我们现在每年可以生产1500到2000台设备。”
Watt公司可以利用其3D打印能力全天候生产固体氧化物燃料电池（SOFC）。
“我们采用多种打印工艺，并结合机械臂和基于机器人计算机的质量控制视觉检测，”拉马利说。“我们能够在一定程度上减少生产过程中的人为因素，从而确保生产出高质量、可重复性高的管式燃料电池。”
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