目前，燃料電池微電網(wǎng)正在北美地區(qū)盛行開來，燃料電池和微電網(wǎng)技術(shù)兩者在正確的時間地點結(jié)合，促進(jìn)了整個產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。

美國從幾十年前就有開發(fā)微電網(wǎng)的想法。但大部分的微電網(wǎng)主要分布于大學(xué)校園。2012年的超級風(fēng)暴桑迪使整個國家了解到大規(guī)模供電的電網(wǎng)的脆弱并認(rèn)識到分布式能源的價值。如今，大規(guī)模的企業(yè)，機(jī)構(gòu)和社區(qū)開始安裝微電網(wǎng)系統(tǒng)。據(jù)美國燃料電池和氫能聯(lián)合機(jī)構(gòu)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，燃料電池跟隨著微電網(wǎng)行業(yè)發(fā)展的腳步，迅速的在美國的40多個州發(fā)展起來。

Navigant研究預(yù)測，未來數(shù)年內(nèi)燃料電池微電網(wǎng)將會呈現(xiàn)較為強(qiáng)勁的增長。世界范圍未來九年內(nèi)燃料電池裝備量將會從2016年的262MW提升到3000MW，實現(xiàn)10倍的增長。預(yù)計到2025年整個固定式燃料電池發(fā)電行業(yè)將會達(dá)到162億美元的市場規(guī)模。同時該研究機(jī)構(gòu)指出，技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展是成本降低，產(chǎn)品性能提升以及產(chǎn)業(yè)規(guī)模發(fā)展的根本推動力。

與此同時，微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會從2015年的1.4GW增長至2024年的7.6GW。屆時全球的微電網(wǎng)市場收入達(dá)到每年200億美元。

固定式燃料電池和微電網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合相當(dāng)于身體和大腦的組合：燃料電池提供可靠地電力輸出，微電網(wǎng)系統(tǒng)進(jìn)行智能的調(diào)配控制。這種結(jié)合是創(chuàng)造可靠、具有經(jīng)濟(jì)性能源非常重要的途徑。與傳統(tǒng)微電網(wǎng)系統(tǒng)的多個間歇性能源系統(tǒng)組合相比，燃料電池能夠連續(xù)提供，24小時、數(shù)周甚至是每年365天的穩(wěn)定的電力輸出（只要由足夠的燃料供給）。然而對于太陽能、風(fēng)能以及二次電源等組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)是無法實現(xiàn)的。

因此，燃料電池可以作為微電網(wǎng)系統(tǒng)的主要電力來源，與社區(qū)電網(wǎng)一起提供可靠地電力輸出。通過調(diào)配燃料電池與其他電力供應(yīng)系統(tǒng)之間的配比關(guān)系，從而控制成本、可靠性以及環(huán)境表現(xiàn)等既定的目標(biāo)。

燃料電池與微電網(wǎng)系統(tǒng)的結(jié)合可以實現(xiàn)其他微電網(wǎng)系統(tǒng)所無法實現(xiàn)的功能：熱電聯(lián)供（CHP，CombinedHeatandPower）。燃料電池在發(fā)電的同時也會產(chǎn)生大量熱能，通過熱能的綜合回收利用，為社區(qū)的居民戶提供生活所需熱水以及供暖服務(wù)，實現(xiàn)熱能與電能的綜合利用。這樣可以實現(xiàn)燃料能量效率95%以上的有效利用。

此外燃料電池還具有以下優(yōu)點：

尺寸以及功率大小介意根據(jù)用戶的需求以及安裝空間進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時也可以根據(jù)用戶數(shù)量和用量需求，分為單個家庭或者社區(qū)不同應(yīng)用規(guī)模；

選點方便。燃料電池可以安裝在室內(nèi)或者室外，占地面積小；

環(huán)境友好，運(yùn)行過程中不會產(chǎn)生有害氣體以及固體顆粒物的排放；

燃料效率利用高，發(fā)電效率可以實現(xiàn)50%以上，熱電聯(lián)供可以實現(xiàn)95%以上的能量利用率；

運(yùn)行安靜平穩(wěn)，輸出穩(wěn)定。

燃料電池微電網(wǎng)的收益群體：

不足為奇的是，燃料電池微網(wǎng)與傳統(tǒng)微電網(wǎng)具有相似的客戶群體。這些群體包括那些追求高可靠性的電力供應(yīng)單位，如數(shù)據(jù)中心，科研機(jī)構(gòu)，醫(yī)院，生產(chǎn)廠家，醫(yī)藥公司和公共安全部門。公共事業(yè)部門采用燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)作為高成本的傳統(tǒng)電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的升級替換目標(biāo)，進(jìn)行電力供應(yīng)。

目前雖然燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)在美國大范圍推廣開來，其中最主要的主力軍是加州、康涅狄格州、紐約州。

加利福尼亞州：據(jù)FCHEA報道:目前，加州擁有480套燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，總共超過210MW的發(fā)電能力。并且加州是最早提倡開發(fā)燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)的地區(qū)，在公共事業(yè)部門、特種以及商業(yè)方面大量應(yīng)用。

康涅狄格州：多家燃料電池企業(yè)所在地，其中FuelcellEnergy已經(jīng)在該州已經(jīng)安裝35MW的燃料電池系統(tǒng)，并且目前還有20MW正在規(guī)劃當(dāng)中。目前一項63.3MW的燃料電池系統(tǒng)正在開發(fā)當(dāng)中，屆時將會成為世界上最大的燃料電池系統(tǒng)。

紐約州：紐約州擁有14MW的燃料電池系統(tǒng)，預(yù)計未來將會有更多的燃料電池系統(tǒng)投入運(yùn)行。目前，紐約州打算總共投入4000萬美元促進(jìn)燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。

燃料電池微電網(wǎng)降低能源消耗的三種途徑

商業(yè)單位以及機(jī)構(gòu)單位安裝燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)都會出于各種各樣的原因。但是其中追求低能源消耗是其中最主要的一個。

下面我們就來分析一下燃料電池微電網(wǎng)技術(shù)的財政優(yōu)勢：

根據(jù)Navigant研究，隨著產(chǎn)量的提升以及經(jīng)濟(jì)規(guī)模的壯大，燃料電池成本呈現(xiàn)逐步下降趨勢。Navigant研究發(fā)現(xiàn)固定式燃料電池的成本下降速度明顯快于風(fēng)能并且與太陽能成本下降速度保持在同一水平。燃料電池微電網(wǎng)的低成本投入將會獲得更快的成本回收周期。

較大的宏觀經(jīng)濟(jì)走勢使燃料電池產(chǎn)業(yè)處于更加有利的位置，尤其是處在天然氣價格較低的時期。

不足為奇的是，燃料電池相對于公共電力價格具有最大成本優(yōu)勢的地區(qū)發(fā)揮主要作用。因此，燃料電池裝主要應(yīng)用于美國東北部，加利福尼亞州和夏威夷，這些地區(qū)商業(yè)電價為10-20美分/kWh，電力價格成本較低地區(qū)的2-3倍。然而，燃料電池微電網(wǎng)可為客戶提供8-14美分/kWh的電力價格，信息來自于FuelCellEnergy。

據(jù)FuelCellEnergy稱在這些地區(qū)燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)可以節(jié)省20%的電力成本。例如，安裝1.4MW的燃料電池相對與，客戶可以節(jié)省100,000美元。

降低風(fēng)險

企業(yè)和機(jī)構(gòu)在考慮進(jìn)行大型能源設(shè)備投資時最關(guān)注的是投資的風(fēng)險問題。對能源基礎(chǔ)設(shè)施的投資意味著這部分錢是不能花在運(yùn)營核心以及市場擴(kuò)張的。

隨著購電協(xié)議（PPA）這種措施的普及，將會有助于避免這種風(fēng)險。這些無需支付定金的方式客戶每月需要支付的電價與支付電網(wǎng)電費的價格相當(dāng)或者更低。與此同時客戶獲得更加可靠、穩(wěn)定、清潔的電力。在PPA購電模式下，燃料電池公司對電池進(jìn)行維護(hù)，保證電池的正常運(yùn)行。這樣客戶可以同時避免金錢與運(yùn)營風(fēng)險。

價格制定

一般情況下。盡管燃料的價格會在整個合同周期（一般20年）范圍內(nèi)上下波動，PPA電價是基本固定的。客戶需要考慮到長期價格波動，需要將系統(tǒng)消耗燃料的量考慮在內(nèi)，一般來說長期的價格協(xié)定對于天然氣這種燃料是有利的。美國能源信息預(yù)測未來到2040年，天然氣的價格將會處在相對較低的狀態(tài)。

公司在考慮購電協(xié)議價格時需要將未來電網(wǎng)電力價格波動情況考慮進(jìn)去。在美國電網(wǎng)電力的價格是呈上升趨勢的。受到地方機(jī)構(gòu)以及法規(guī)的保護(hù)，公共電力價格并不能直接反應(yīng)燃料的價格。此外，公共電力的價格還會受到未來公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)以及電力需求量等等其他因素的限制。

此外，燃料的成本大約只占到燃料電池發(fā)電成本的1/3。其他的2/3主要包括運(yùn)營以及維護(hù)成本、建廠成本，這些部分對于協(xié)議電價而言都是固定不變的。這也是為什么燃料電池微電網(wǎng)的協(xié)議電價成本比從電網(wǎng)中購買電力要便宜。

EIA預(yù)測未來到2040年，電網(wǎng)電力價格將會逐漸上調(diào)。對于燃料電池微電網(wǎng)電價制定而言，需要將燃料電池對熱能的利用也考慮進(jìn)來。利用這部分能量，可以為客戶供暖或者制冷。因此燃料電池系統(tǒng)提供了兩種功能：電力和熱能，進(jìn)而實現(xiàn)為客戶節(jié)省開支的目的。

刺激政策抵消成本

目前各個州政府以及聯(lián)邦政府對燃料電池的使用提供不同的鼓勵政策。一般政府會通過不同的形式進(jìn)行資助：撥款、貸款、采購等等一系列的刺激政策。目前總共有30個州將燃料電池和氫能列為其清潔能源；25個州通過設(shè)立基金、貸款等其它形式；還有16個州通過減免稅收的政策來扶持燃料電池和氫能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

康涅狄格州：康涅狄格州向燃料電池微電網(wǎng)項目提供資金支持，同是通過低排放可再生能源項目對其進(jìn)行資助。燃料電池可獲得I級可再生能源執(zhí)照，電力可以通過長期的協(xié)議面向公共用電以及用電單位進(jìn)行銷售。

加利福尼亞州：從2001年開始，有超過400套燃料電池系統(tǒng)通過加利福尼亞州的SGIP項目被安裝并應(yīng)用。整個SGIP項目裝機(jī)容量已經(jīng)達(dá)到175MW。

紐約州：紐約州的能源研究與發(fā)展部門設(shè)立150,000,000美元來資助可再生能源項目，以期到2030實現(xiàn)可再生能源電力占整個電力系統(tǒng)的50%的目標(biāo)。

新澤西州：新澤西州的清潔能源部門為裝機(jī)量在3MW以上的燃料電池?zé)犭娐?lián)供系統(tǒng)提供支持。

燃料電池微電網(wǎng)的環(huán)境優(yōu)勢

美國阿貢國家實驗室發(fā)布的研究報告指出燃料電池微電網(wǎng)在運(yùn)行過程中所釋放的溫室氣體量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國國家電網(wǎng)。如果固體氧化物或者熔融碳酸鹽燃料電池等高效率的燃料電池被應(yīng)用到微電網(wǎng)中，那么其溫室氣體排放量與現(xiàn)在43%非化石可再生能源發(fā)電的加州所產(chǎn)生的碳排放量相當(dāng)。

目前由加州河濱市運(yùn)營的廢水處理廠是研究燃料電池環(huán)境表現(xiàn)的良好范例。在這個燃料電池發(fā)電項目中，通過對廢水處理產(chǎn)生可再生的生物氣，這些生物氣作為燃料電池的燃料，產(chǎn)生碳中性的電力供給周邊電力用戶。相較于其他的燃料電池對燃料成分以及純度的嚴(yán)苛要求，該項目中的燃料電池可以直接采用生物氣作為燃料，大大提升了效率。

河濱市位于南海岸空氣質(zhì)量管理區(qū)，這里擁有美國最嚴(yán)苛的空氣質(zhì)量排放標(biāo)準(zhǔn)。由于燃料電池并不像傳統(tǒng)內(nèi)燃機(jī)那樣通過燃燒來轉(zhuǎn)換能量，這種通過電化學(xué)反應(yīng)的過程顯著地提升了能量轉(zhuǎn)換效率，排放量也是比內(nèi)燃機(jī)低數(shù)個數(shù)量級。河濱市的1.4MW燃料電池系統(tǒng)的排放即使是在空氣質(zhì)量排放控制最為嚴(yán)格的地區(qū)也是符合要求的。值得一提的是，加州的SelfGenerationIncentive項目的排放標(biāo)準(zhǔn)是360kg/MW，河濱市的燃料電池微電網(wǎng)完全滿足這一要求。

燃料電池一般包括熔融碳酸鹽燃料電池、固體氧化物燃料電池、質(zhì)子交換膜燃料電池和磷酸燃料電池。大部分的燃料電池以氫氣為燃料，但是像生物氣這類可再生的燃料也可以被利用，同時像是丙烷這類傳統(tǒng)燃料也是可以作為燃料電池的燃料。

同樣的燃料進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)會產(chǎn)生侏儒一氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫以及固體顆粒物等有害污染物排放，但是如果進(jìn)入燃料電池通過電化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生電能完全可以杜絕這些污染物的排放。雖然有些燃料電池可以產(chǎn)生二氧化碳，但是可以減少50%的排放量，同時燃料電池不會排放出有害氣體。

一般來說，固體氧化物燃料電池和熔融碳酸鹽燃料電池的效率均在60%以上，質(zhì)子交換膜燃料電池效率也在50%以上，可以有效減少溫室氣體的排放。即使是相對于加州和美國東北地區(qū)最先進(jìn)的發(fā)電技術(shù)（傳統(tǒng)能源），其溫室氣體排放也是大幅削減。同時效率越高，燃料的需求也就越低。

目前美國已經(jīng)有9個州將固定式燃料電池列為I級可再生能源發(fā)電方式。

燃料電池微電網(wǎng)提升電力系統(tǒng)的可靠性

目前，我們生活的數(shù)字世界不僅使我們更多依靠電力，也增加了我們由電力電氣服務(wù)中斷導(dǎo)致的脆弱性。網(wǎng)絡(luò)安全威脅加劇了這些擔(dān)憂極端天氣，最臭名昭著的是2012年的超級颶風(fēng)Sandy，導(dǎo)致美國17個州的810萬居民用電中斷。

2016年加利福尼亞州的Aliso峽谷甲烷泄漏直接影響到南加州地區(qū)10GW的發(fā)電廠燃料供應(yīng)問題，引起了居民的巨大擔(dān)憂。

2014年氣候中心的一份研究報告指出由于天氣原因引起的電力中斷事件，在過去的十年中實現(xiàn)翻倍增長。同時，2013年美國白宮報告指出2003-2012年間，由于天氣原因引起的電力中斷，造成的經(jīng)濟(jì)損失在180-330億美元之間。

2014年康涅狄格州的一份報告指出，該州的公共事業(yè)管理機(jī)構(gòu)發(fā)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全對該州的公共事業(yè)具有較嚴(yán)重的破壞威脅。

為了應(yīng)對以上這些問題，一些微電網(wǎng)項目在整個國家范圍內(nèi)被實施。例如，康涅狄格州的聯(lián)合照明，德克薩斯州的Oncor，紐約州的CentralHudsonGas&Electric，密歇根州的DTEEnergy；

SanDiegoGas&Electric以及南加州的Edison都在進(jìn)行微電網(wǎng)的建設(shè)。

作為區(qū)域性的，自己自足的電網(wǎng)系統(tǒng)，燃料電池微電網(wǎng)從傳統(tǒng)電網(wǎng)中脫離出來，實現(xiàn)自主運(yùn)行，這意味著燃料電池微電網(wǎng)能夠加強(qiáng)電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性，緩解電網(wǎng)的波動性。即使獨立運(yùn)行，燃料電池也能夠提供更好的可靠性，直接為電路或者用電其設(shè)備供電。燃料電池微電網(wǎng)的應(yīng)用對于提升風(fēng)能太陽能等間歇性可再生能源的可靠性方面具有促進(jìn)作用。

同樣對于燃料電池微電網(wǎng)而言，其基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)電網(wǎng)，而且復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)降低。選址范圍寬泛，可以在室內(nèi)或者室外，占地面積小，易于操控。這意味著燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)更容易被居民、社區(qū)所接受，特別是人口稠密社區(qū)。

AmityRegional的高中新建設(shè)2.2MW燃料電池微電網(wǎng)項目。在為整個學(xué)校提供用電服務(wù)的同時，整個燃料電池作為學(xué)生門的大型科學(xué)實驗室，向?qū)W生們展示燃料電池。同時使整個學(xué)校的電力供應(yīng)系統(tǒng)免于自然災(zāi)害的影響。

這不僅為當(dāng)?shù)氐膶W(xué)生提供學(xué)習(xí)教育的材料，同時也向當(dāng)?shù)氐木用裉峁┒嘀馗＠！拔覀冋J(rèn)為這個項目實現(xiàn)包括：為社區(qū)提供清潔電能、削減地區(qū)的財政支出和為當(dāng)?shù)氐膶W(xué)生提供學(xué)習(xí)燃料電池相關(guān)的知識在內(nèi)的三重優(yōu)勢”，AmityRegionalSchool的校長說。

這個高檔的森林社區(qū)有超過9000多位居民，但是經(jīng)常會受到臨近海洋的颶風(fēng)以及冰凍等自然災(zāi)害的影響而影響當(dāng)?shù)氐碾娏Φ然A(chǔ)設(shè)施的供應(yīng)。熱帶風(fēng)暴Irene和颶風(fēng)Sandy帶來的洪水、水污染等就曾經(jīng)影響數(shù)百萬居民的生活、電力供應(yīng)。

當(dāng)電力中斷時，燃料電池微電網(wǎng)就會為對當(dāng)?shù)氐慕ㄖ锖蜕鐓^(qū)提供電力供應(yīng)。

燃料電池微電網(wǎng)的燃料電池部分是由該州的燃料電池制造商FuelCellEnergy提供。同時該公司還未微電網(wǎng)提供控制部件。

FuelcellEnergy將會跟當(dāng)?shù)氐碾娏?yīng)商聯(lián)合照明簽訂合約，負(fù)責(zé)燃料電池模塊的運(yùn)行。采用天然氣做為燃料產(chǎn)生電力。作為該州10MW可再生能源發(fā)電項目的一部分，該燃料電池微電網(wǎng)已經(jīng)受到來自政府的300萬美元的財政撥款。另外一項2.8MW的燃料電池微電網(wǎng)項目正在建設(shè)當(dāng)中。

位于長島海峽的Bridgeport大學(xué)（UB），擁有在校生超過5500人。其網(wǎng)上教學(xué)實力位于全美前15名。目前該私立學(xué)校在微電網(wǎng)項目方面表現(xiàn)十分活躍，具有十分高的創(chuàng)造性。

康涅狄格州的FuelCellEnergy公司為該學(xué)校建設(shè)了一個1.4MW的燃料電池微電網(wǎng)項目。然后將其打包買個了發(fā)電巨頭NRGEnergy.這份交易伴隨著一份電力采購協(xié)議。UB與之簽訂了一份長達(dá)12年的電力和熱力采購協(xié)議，很有可能合同將會再延長7年。電力采購協(xié)議的稅收豁免權(quán)將會吸引投資者進(jìn)入。免稅大學(xué)不能再獲得燃料電池的免稅資格，但是私人投資者是可以的，即這里的NRGEnergy。所以項目參與各方都能夠從項目中獲得既定的利益。

學(xué)校通過議定的價格獲得清潔、可靠的電力，同時其扮演良好信譽(yù)的購買商。而項目投資者NRGEnergy可以獲得持續(xù)的資金回收而不會受到天氣以及時間的限制。同時，F(xiàn)uelCellEnergy也能夠出售設(shè)備以及后期運(yùn)營服務(wù)獲得收益。

目前UB的電力80%來源于燃料電池微電網(wǎng)，來支持學(xué)校內(nèi)部的設(shè)施運(yùn)行，如住宿區(qū)，校園安全、餐廳以及學(xué)生活動中心的用電需求。減少了7000噸二氧化碳、64噸二氧化硫、28噸氮氧化合物以及成本減少-大約節(jié)約20%的費用。

由于燃料電池采用熱電聯(lián)供模式，廢熱被回收利用在校園的三個不同地點：游泳池、學(xué)生公寓提供熱水以及供暖。Bridgeport項目收到了220萬美元的州政府財政支持。