燃料電池在能源轉型的角色與商業化應用(上)
中技社經濟暨產業研究中心研究員 邱炳嶔
一、前言
依國際能源總署（IEA）的定義，當再生能源滲透率達15%至20%(Phase 3)時，變動型再生能源（VRE）便開始左右電網調度1。台灣目前再生能源占比約13%，但單日滲透率已多次接近50%，對電網調度形成一大挑戰2。為提升區域供電穩定性，設置能穩定輸出、可供調度的電源，將是推動能源轉型的下一階段任務。雖然鋰離子電池儲能系統可提供調頻、平抑尖峰負載的能力，但不易儲存大量電能，難以持續穩定輸出。燃料電池可填補電池儲能的缺點，不受季節或氣候等波動性環境因素影響運作，使其成為分散式電網的基載發電支柱，且能與波動性高的風能和太陽能形成互補，吸收再生能源的波動，以確保區域電網在缺乏外部電網支持時仍能維持運作。
二、燃料電池對於強化電網可靠度與韌性的貢獻
從電網調度者的角度來看，用戶端設置燃料電池作為自備電源，可強化電網可靠度與韌性。當設置AI資料中心等電力需求量龐大的設施時，自備電廠已成為必要投資，且可避免過度占用既有的電網資源。燃料電池作為自備電源對於電網調度者的好處如下3,4：
1.孤島運作能力：當集中式電網因極端氣候（如颱風或地震）造成電力設施受損，發生大規模斷電時，具構網型（Grid-Forming）控制能力的燃料電池能夠獨立啟動，並在迅速建立局部的電壓與頻率，帶領區域微電網進入孤島模式（Island Mode）維持運作。
2.非電網替代的方案（Non-Wires Alternatives, NWA）：將大型燃料電池部署於電力負載旁（例如科學園區或大型工業區），可就地發電與利用，減少建置輸配電系統與輸電線路損耗。
3.降低契約容量電費（Demand Charges）：自備燃料電池具備動態調節與基載能力，能維持平穩電力需求，為企業節省契約容量電費，並降低區域公用事業電網的調度壓力。
燃料電池(Fuel Cell)種類繁多，如固體氧化物燃料電池（SOFC）、熔融碳酸鹽燃料電池（MCFC）及結合重整技術的重整甲醇燃料電池（RMFC），其性質如表1所示。燃料電池透過電化學反應將化學能直接轉換為電能，SOFC操作溫度介於600~1000°C，電能轉換效率達 65%，當系統整合至汽電共生（CHP）系統中，回收的熱能可用於產生工業蒸汽、區域供暖或吸收式冰水機(Absorption Chiller)，使系統綜合熱效率可達到90%5。
表1、燃料電池種類與性質6,7
從工廠或工業區使用者的角度來看，相較於化石燃料，燃料電池不需經過燃料燃燒轉換熱能的過程，整體設施「無煙囪」設置的觀感較佳，社會溝通較容易；又因其能源轉換效率高，如有低碳電力需求，價格與供應無虞的情況下，可使用生質乙醇、綠氫、綠甲醇等燃料提供低碳電力，有助於業者降低碳排，成為投資誘因。
三、燃料電池的商業應用
(一)AI資料中心（AIDC）自備電力設施
隨著AI算力需求暴增，AIDC的電力消耗動輒高達數百MW。然而，受限於變壓器與高壓線路等設備供貨緊縮，目前 AIDC申請併網排隊（Interconnection Queue）時間已長達3 ~ 5年，部分地區甚至拒絕併網申請，無法滿足AIDC僅12 ~ 18個月的建設週期。在公用電網擴建緩慢且供不應求的背景下，自備電源（On-site Power）可擺脫電網依賴，已成為設置AIDC的必然趨勢。而固態氧化物燃料電池（SOFC）因建置期低於一年，能及時填補電力缺口，已成功從過去的備援電源躍升為主力基載供電11。
在此浪潮下，Bloom Energy（設備供應商）、AEP（公用事業電力公司）與 Oracle（雲端算力巨頭）共同構建了「離網/現場供電」的全新商業生態如下：
1.美國電力公司（AEP）：AEP 供電區域內面臨高達20 GW的資料中心新增負載需求。為解決輸電網擴建緩慢的困境，AEP 選擇直接將 Bloom Energy 的SOFC部署於客戶資料中心現場。透過「專屬合同（Special Contracts）」的合作模式，由客戶承擔所有費用，不增加一般用戶電費負擔；又發電系統採用「不向公共電網反向饋電（Non-export）」模式，避免對公用電網造成調度壓力。同時，也可發揮SOFC燃料彈性特點，初期以天然氣做為燃料，相較於 PJM電網12可減少34%的CO2排放，未來更可轉換為綠氫、甲醇或乙醇等低碳燃料。AEP 與 Bloom Energy 簽署總值約 26.5 億美元、共1 GW的SOFC採購合約（全美史上最大商業燃料電池案），首批100 MW已陸續上線13。
2.甲骨文（Oracle）：Oracle 為了確保超大型AIDC的電力無虞，於 2026年4月與Bloom Energy簽署2.8 GW的SOFC供電協議。此外，Oracle更獲得Bloom Energy353萬股股票的認股權證（約價值4億美元）。此舉將客戶與供應商的利益深度綁定，鎖定長期產能，展現科技巨頭直接投資電力基礎設施的決心14。
3.Bloom Energy：Bloom Energy提供的SOFC模組化設計可在90天內完成現場安裝與上線運轉，符合AIDC快速布建需求。此外，針對 AI 伺服器的高功率密度需求，該系統原生支援800V直流架構，電力可直接輸入AI伺服器機架，交流/直流（AC/DC）轉換與變壓器損耗，使整體系統總擁有成本（TCO）降低15至30%15。為同時滿足AEP與Oracle的巨額訂單，Bloom Energy 正全面升級其產能與技術，將加州Fremont 工廠的年產能由1 GW翻倍擴建至2 GW；並與印度製造巨頭MTAR Technologies 簽署Hot Box關鍵組件的長期供應協議，確保產能無虞。
(二)船用輔助電源（Maritime Auxiliary Power）
面對國際海事組織（IMO）與歐盟的嚴格減碳法規，遠洋貨櫃輪、LNG 載運船與大型郵輪無論在航行或靠港期間，其冷鏈冷凍櫃、控制系統及生活區（Hotel Power）均需消耗MW級電力。燃料電池正加速替代傳統高污染的柴油發電機，成為船舶輔助動力單元（APU）的核心選擇。主要應用場景依技術特性分為兩大類：
1.港口進出與停泊的動態發電：RMFC 重組型甲醇燃料電池具備啟動迅速與電力調節靈活的特性，適合船舶進出港口及靠港停泊時，因應負載大幅波動的電力需求（如供電給冷凍櫃與生活設施）。藍世科技（Blue World Technologies）開發 1 MW 貨櫃化甲醇燃料電池 APU，安裝於馬士基（Maersk）大型雙燃料甲醇貨櫃輪上進行公海供電測試16。
2.遠洋貨輪或郵輪的電力供應：SOFC具備多燃料相容性（甲醇、LNG、氨氣或氫氣），適合為遠洋貨輪提供長時、穩定且連續的公海基載電力。SOFC亦可應用在大型郵輪，發電同時還能將廢熱回收，轉化為船上的生活熱水與空調冷氣。例如MSC地中海郵輪旗艦「MSC World Europa」即設置Bloom Energy 的SOFC系統，提供乾淨穩定的船用電力與熱能17。
《參考文獻》
[1]International Energy Agency. (2024). Integrating Solar and Wind: Analysis. Paris: IEA. https://www.iea.org/reports/integrating-solar-and-wind
[2]台灣電力公司. (2024年2月11日). 風光發電好彩頭！發電量突破10GW、滲透率突破五成每2度就有1度來自綠電 (新聞稿). 台北：台灣電力公司. https://www.taipower.com.tw/2289/2323/2332/45366/
[3]National Association of Regulatory Utility Commissioners (NARUC). (2021). User Objectives and Design Approaches for Microgrids: Options for Delivering Reliability, Resilience, and Energy Savings.
https://pubs.naruc.org/pub/E1F332D4-155D-0A36-31CB-889ABED753D5
[4]Microgrid Knowledge. (2024). What are non-wires alternatives?. Microgrid Knowledge.
https://www.microgridknowledge.com/about-microgrids/article/11429614/what-are-non-wires-alternatives
[5]Staffell, I., Scamman, D., Velazquez Abad, A., Balcombe, P., Dupeyrat, A., Brandon, N., & Hawkes, A. (2019). The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy & Environmental Science, 12(2), 463-491. https://doi.org/10.1039/C8EE01157E
[6]U.S. Department of Energy. (2024). Comparison of Fuel Cell Technologies. Office of Energy Efficiency & Renewable Energy. https://www.energy.gov/cmei/fuels/comparison-fuel-cell-technologies
[7]Joint Research Centre (JRC). (2024). Fuel Cell Technology in the European Union. European Commission. https://publications.jrc.ec.europa.eu/repository/handle/JRC139352
[8]高度相容，但不可使用常規Ni/YSZ陽極以免熱裂解積碳，使用乙醇做為燃料，需改為間接式內部重整器（Indirect Internal Reformer, IIR），或在陽極塗覆Ir-CGO催化保護層。
[9]Arsalis, A. (2015). Modeling and optimization of a heat-pump-assisted high temperature proton exchange membrane fuel cell micro-combined-heat-and-power system for residential applications. Applied Energy, 147, 569-582. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.03.031
[10]燃料切換時發電堆高度相容（均只接收富氫重組氣）；但前端重組器 BOP 需調整：操作溫度由甲醇的250~300°C提升至乙醇的500~900°C，Cu催化劑需更換為Pt- Ni/CeO2-SiO2以切斷 C-C 鍵，水碳比由1.5調高至4.0~8.0。
[11]Randolf, J., & Wilson, A. (2024). Queued Up: Characteristics of Power Plants in Grid Connection Queues as of the End of 2023 (Technical Report). Berkeley, CA: Lawrence Berkeley National Laboratory.
[12]PJM 互聯網（PJM Interconnection）是美國規模最大的區域輸電組織，營運範圍涵蓋美東13州及哥倫比亞特區，服務約6,700萬人口。
[13]Bloom Energy. (2024, November 14). Bloom Energy Announces Gigawatt Fuel Cell Procurement Agreement With AEP To Power AI Data Centers (Press Release). San Jose, CA: Bloom Energy. https://www.bloomenergy.com/news/bloom-energy-announces-gigawatt-fuel-cell-procurement-agreement-with-aep-to-power-ai-data-centers/
[14]Oracle Corporation, & Bloom Energy. (2026, April 14). Oracle and Bloom Energy Collaborate to Deliver Power to Data Centers at the Speed of AI (Press Release). Austin, TX & San Jose, CA: Oracle Investor Relations. https://investor.bloomenergy.com/press-releases/press-release-details/2025/Oracle-and-Bloom-Energy-Collaborate-to-Deliver-Power-to-Data-Centers-at-the-Speed-of-AI/default.aspx
[15]Fierce Network Newsroom. (2026, April 14). Oracle commits to up to 2.8GW of Bloom's fuel cell power. Fierce Network. https://www.fierce-network.com/newswire/oracle-commits-28gw-blooms-fuel-cell-power
[16]Blue World Technologies. (2024, June 25). Blue World completes successful testing of 200 kW maritime fuel cell system to run on green methanol (Press Release). Aalborg, Denmark: Blue World Press Office. https://www.blue.world/blue-world-completes-successful-testing-of-200-kw-maritime-fuel-cell-system-to-run-on-green-methanol/
[17]Bloom Energy, & Chantiers de l'Atlantique. (2023, March 1). Bloom Energy Fuel Cells Demonstrate Effectiveness in First Major Marine Deployment Aboard Cruise Ship Built by Chantiers de l'Atlantique (Press Release). San Jose, CA & Saint-Nazaire, France. https://www.bloomenergy.com/news/bloom-energy-fuel-cells-demonstrate-effectiveness-in-first-major-marine-deployment-aboard-cruise-ship-built-by-chantiers-de-latlantique/
(待續)
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