固体氧化物燃料电池（SOFC）发电系统的功率规模对于其经济性有较大影响。虽然目前日本和欧洲的一些公司，如Helix、TOTO等，已经在1kW左右的家庭用SOFC发电系统上投入了大量的精力，并计划在未来进行产业化推广，但就经济性而言，只有系统功率规模达到百千瓦级以上，特别是400kW以上，采用新技术的优势才较为显著。百千瓦级SOFC发电系统作为分布式供能单元在未来智能城市网络中有着广泛的应用前景，其联合形成的供能网络，可以为楼宇群、小区等提供MW级以上的清洁电能和热能。

但是，大功率的SOFC发电系统在开发中存在一系列的难点：

（1）高温条件下热区采用何种结构和材料以获得更高的集成度、更小的应力和长期稳定性；

（2）复杂热耦合条件下采取何种热管理策略和换热形式以保证系统内部能量梯级利用；

（3）燃烧和重整的集成与强化；

（4）尾气燃烧；

（5）系统多变量控制和电堆管理等。

因此，作为第一个推出100kW商用SOFC发电系统的美国BloomEnergy公司，虽然该公司在2006年以前就发布了关于电堆和系统方面的核心专利，但是迄今仍难以实现大规模产业化。

目前，我国在百千瓦级SOFC系统领域还是一片空白。为了进入燃料电池领域的世界一流团队，事业部在2009年底确立了挑战大系统的发展战略，我们系统组的研发活动随之进入高速发展期。

基于SOFC系统关键技术与部件全部国产化的目标，我们制定了三步走的研发规划，即：

第一步（2010年）建立开发平台，集中精力解决一批关键BOP部件技术；

第二步（2011年）完善全部BOP部件并进行系统阶段性集成；

第三步（2012年）进行大规模系统集成，解决系统能量梯级利用与控制等关键技术。

经过1年的努力，目前我们已经达成第一步计划目标，迄今已经开发出的BOP部件包括：

（1）适用于系统热启动和尾气燃烧的多孔介质燃烧器：其特点在于燃烧效率高、易于精确控温、清洁且调节范围大（图1给出_了燃烧器外型及其在重整器加热中的温度变化曲线）。

（2）蜂窝型甲烷水蒸气重整催化剂：其优点在于大幅降低气流压降和催化剂成本， 增加表面积， 在S / C ＝ 3 以及2000~3000h-1空速（甲烷）条件下，转化率接近100％，且抗积炭能力强（图2给出了催化剂外型，表1给出了其性能测试结果）。

（3）系统控制器硬件和软件：将点火、流量控制、信号采集等功能集中到一个控制板上，通过串口与上位机通讯，用户可以通过人机交互界面（软件）对系统部件进行调节，也可以自动完成设定工艺流程（图3给出了控制板硬件和人机交互界面）。

（4）集成式甲烷水蒸气重整器系统：将多孔介质燃烧器、蜂窝型重整催化剂、盘管换热器、汽化器、控制器等按重整工艺要求集成，功率2～20kW可调，运行温度570～750℃，甲烷转化率最高达到97.49%，全自动运行控制。该系统与电堆阵列进行联用即构成分立式SOFC发电系统，是走向集成式商业化系统中的重要一步（图4给出了系统照片和重整制合成气成份分析结果）。

2011年，我们一方面需要进一步攻关系统所需的高温换热器件，为系统稳定运行和能量梯级利用的实现奠定基础，另一方面亟待进行全系统的集成研究，将SOFC系统开发全面推向应用。尽管完全解决百千瓦级SOFC系统中的问题，还需要未来更加细致深入的研究，并进行大量工作，但是我们正充满期待，去体验征服大挑战的快乐。

柯锐