燃料电池成数据中心离网供电新选择

“燃料电池供能数据中心”正加速走向实际应用。

▲图片由AI制作

燃料电池作为新兴现场供电技术，凭借灵活扩展、近零排放、低耗水等优势，可以有效应对人工智能（AI）算力激增带来的用电量指数级攀升，成为数据中心寻求离网可靠电力的新选项。燃料电池技术旨在通过化学物质如氢气、天然气与氧化剂反应将化学能转化为电能。当前，诸多科技巨头先后启动多个试点项目，标志着“燃料电池供能数据中心”正加速走向实际应用。虽然短期内燃料电池因高成本、基础设施等挑战难以取代传统电力，但不失为数据中心供能多元化的一个方向。

可有效应对波动负载

随着电力可用性成为制约数据中心增长的决定性因素之一，数据中心开发运营商正将目光投向离网可持续供电方式，燃料电池技术引发关注。

伍德麦肯兹最新报告指出，2026年，全球数据中心用电需求预计达460太瓦时，到2030年将升至1280太瓦时，到2040年将增至3700太瓦时，年均增速达16%，较当前水平增长703%。

全球科技创新平台璞跃技术中心高级合伙人卡米拉·里齐表示，数据中心电力面临的最大挑战之一，是AI工作负载的电力需求具有极大波动性，单台服务器的电力负载可能在几秒钟内从15千瓦波动到30千瓦，传统电网无法承受这种幅度的波动，需要匹配负载“尖峰特性”的电力解决方案。

燃料电池和超级电容器能够轻松应对这种负载特性。与传统电网连接或大型天然气发电厂不同，燃料电池可以快速部署，目前使用天然气运行，随着氢气供应成熟，未来可过渡到沼气、可再生天然气或氢气，同时其现场排放量低于燃烧式替代方案。

美国固体氧化物燃料电池开发商Bloom Energy高级能源转型团队负责人考沙尔·比利吉里介绍：“燃料电池和超级电容器这种组合能够对负载变化做出瞬时响应，实现超过20万次充放电循环，同时保持99.9%的可用性。”

燃料电池在效率方面同样具有优势。由于固体氧化物燃料电池会产热，可以捕获并利用这些热量，通过热电联产应用，燃料电池综合效率能从54%提高到90%以上。“我们可以将燃料电池与吸收式制冷机集成，制取冷冻水，并通过液体冷却回路进行循环。这能将电源使用效率（PUE）改善10%到15%，这是衡量数据中心能源效率核心指标。”考沙尔·比利吉里表示。

市场规模将增长10倍

值得注意的是，地面数据中心建设正遭遇多重现实瓶颈。伍德麦肯兹研究总监Robert Liew表示，2015年以来，美国电网互联所需时间已增至原来3倍，目前大型负荷并网需要3—6年。同时，燃气轮机设备交付周期将持续紧张至2030年，干旱地区的数据中心冷却系统面临水资源供给不足问题。

对地面数据中心开发运营商而言，如何实现节约用地，也是一大挑战，燃料电池通过“向上要空间”可实现算力密度与土地利用效率的双重提升。燃料电池具有高功率密度，可以分层堆叠，通过撬装方式运抵现场，只需堆叠在钢结构上即可。同时，固体氧化物燃料电池的工作温度极低，不足以引发氮氧化物反应，因此几乎不产生氮氧化物污染。此外，由于含硫加臭剂在天然气进入燃料电池之前就已被去除，也不会产生硫氧化物污染。这使得数据中心开发运营商对燃料电池作为可行的长期电力来源愈来愈有信心。

睿咨得能源咨询公司预计，随着AI算力推动数据中心建设加速增长，2026至2030年间，数据中心对燃料电池累计需求将达到10.4吉瓦，到2030年约40%的美国数据中心容量不用依赖电网，可以自由选择专用的现场发电，届时燃料电池市场规模将增长10倍，从2025年约28亿美元增至2030年约300亿美元。

不过，受限于高昂成本和基础设施不足，目前燃料电池更多是设置于特定场景或试点项目。一方面，成本是主要障碍，尽管价格大幅下降，但燃料电池系统安装成本是太阳能的两倍、柴油发电机的数倍，尚未成为最经济的现场供电方式；另一方面，燃料供应受限明显，尤其是氢气等新型燃料的获取难度与成本较高。

供应链风险仍存

燃料电池制造商正持续扩大产能以应对需求。目前，美国已签约燃料电池订单约9吉瓦。微软是氢燃料电池积极推动者，其合作开发了一个3兆瓦氢燃料电池系统，为一个数据中心持续供电两天，验证了替代柴油发电机的可行性。目前，微软在加利福尼亚州、怀俄明州、北卡罗来纳州、犹他州和得克萨斯州的数据中心氢燃料电池项目位于不同阶段，Bloom Energy、加拿大燃料电池技术公司Ballard Power Systems是燃料电池系统供应商。Bloom Energy通过合作积极推动燃料电池在数据中心领域扩张，4月与甲骨文达成合作，支持2.8吉瓦燃料电池装机容量。

睿咨得能源咨询公司预计，到2030年，全球已运营和计划中的燃料电池制造产能有望从目前的1.8吉瓦增至每年4吉瓦，届时固体氧化物燃料电池系统成本将下降20%—25%，降幅将取决于制造商在降低整套交付系统成本方面的能力。

“燃料电池已从小众应用，发展为稳定基荷电力来源组合中不可忽视的一部分。现在的问题是，供应链能否跟上需求同步扩张的步伐。”睿咨得能源咨询公司清洁技术供应链研究副总裁莱恩·曼·伯格斯马克强调。

以Bloom Energy为例，其固体氧化物燃料电池系统占迄今固定燃料电池累计交付量约53%，几乎持有目前可见订单中所有的主负荷固体氧化物燃料电池合同，这种集中度带来了供应链风险，即单一制造商的生产能力无法跟上需求增速。同时，其固体氧化物燃料电池系统对钪的依赖很大，这种用于电解质化学成分的关键金属一旦出现短缺，就会对其技术规模化带来严重影响。

文 | 本报记者 王林

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出品 | 中国能源报（cnenergy）

编辑丨赵方婷