目前，燃料電池微電網正在北美地區(qū)盛行開來，燃料電池和微電網技術兩者在正確的時間地點結合，促進了整個產業(yè)的蓬勃發(fā)展。

美國從幾十年前就有開發(fā)微電網的想法。但大部分的微電網主要分布于大學校園。2012年的超級風暴桑迪使整個國家了解到大規(guī)模供電的電網的脆弱并認識到分布式能源的價值。如今，大規(guī)模的企業(yè)，機構和社區(qū)開始安裝微電網系統。據美國燃料電池和氫能聯合機構調查發(fā)現，燃料電池跟隨著微電網行業(yè)發(fā)展的腳步，迅速的在美國的40多個州發(fā)展起來。

Navigant研究預測，未來數年內燃料電池微電網將會呈現較為強勁的增長。世界范圍未來九年內燃料電池裝備量將會從2016年的262MW提升到3000MW，實現10倍的增長。預計到2025年整個固定式燃料電池發(fā)電行業(yè)將會達到162億美元的市場規(guī)模。同時該研究機構指出，技術的進一步發(fā)展是成本降低，產品性能提升以及產業(yè)規(guī)模發(fā)展的根本推動力。

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

固定式燃料電池和微電網技術的結合相當于身體和大腦的組合：燃料電池提供可靠地電力輸出，微電網系統進行智能的調配控制。這種結合是創(chuàng)造可靠、具有經濟性能源非常重要的途徑。與傳統微電網系統的多個間歇性能源系統組合相比，燃料電池能夠連續(xù)提供，24小時、數周甚至是每年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、風能以及二次電源等組成的微電網系統是無法實現的。

因此，燃料電池可以作為微電網系統的主要電力來源，與社區(qū)電網一起提供可靠地電力輸出。通過調配燃料電池與其他電力供應系統之間的配比關系，從而控制成本、可靠性以及環(huán)境表現等既定的目標。

燃料電池與微電網系統的結合可以實現其他微電網系統所無法實現的功能：熱電聯供（CHP，CombinedHeatandPower）。燃料電池在發(fā)電的同時也會產生大量熱能，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，實現熱能與電能的綜合利用。這樣可以實現燃料能量效率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用戶的需求以及安裝空間進行調節(jié)。同時也可以根據用戶數量和用量需求，分為單個家庭或者社區(qū)不同應用規(guī)模；

選點方便。燃料電池可以安裝在室內或者室外，占地面積?。?br/>
環(huán)境友好，運行過程中不會產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50%以上，熱電聯供可以實現95%以上的能量利用率；

運行安靜平穩(wěn)，輸出穩(wěn)定。

燃料電池微電網的收益群體：

不足為奇的是，燃料電池微網與傳統微電網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單位，如數據中心，科研機構，醫(yī)院，生產廠家，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系統作為高成本的傳統電網基礎設施的升級替換目標，進行電力供應。

目前雖然燃料電池微電網系統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FCHEA報道:目前，加州擁有480套燃料電池發(fā)電系統，總共超過210MW的發(fā)電能力。并且加州是最早提倡開發(fā)燃料電池微電網系統的地區(qū)，在公共事業(yè)部門、特種以及商業(yè)方面大量應用。

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

紐約州：紐約州擁有14MW的燃料電池系統，預計未來將會有更多的燃料電池系統投入運行。目前，紐約州打算總共投入4000萬美元促進燃料電池微電網系統的發(fā)展。

燃料電池微電網降低能源消耗的三種途徑

商業(yè)單位以及機構單位安裝燃料電池微電網系統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技術的財政優(yōu)勢：

根據Navigant研究，隨著產量的提升以及經濟規(guī)模的壯大，燃料電池成本呈現逐步下降趨勢。Navigant研究發(fā)現固定式燃料電池的成本下降速度明顯快于風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。

較大的宏觀經濟走勢使燃料電池產業(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，燃料電池微電網可為客戶提供8-14美分/kWh的電力價格，信息來自于FuelCellEnergy。

據FuelCellEnergy稱在這些地區(qū)燃料電池微電網系統可以節(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。

降低風險

企業(yè)和機構在考慮進行大型能源設備投資時最關注的是投資的風險問題。對能源基礎設施的投資意味著這部分錢是不能花在運營核心以及市場擴張的。

隨著購電協議（PPA）這種措施的普及，將會有助于避免這種風險。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電費的價格相當或者更低。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行維護，保證電池的正常運行。這樣客戶可以同時避免金錢與運營風險。

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）范圍內上下波動，PPA電價是基本固定的?？蛻粜枰紤]到長期價格波動，需要將系統消耗燃料的量考慮在內，一般來說長期的價格協定對于天然氣這種燃料是有利的。美國能源信息預測未來到2040年，天然氣的價格將會處在相對較低的狀態(tài)。

公司在考慮購電協議價格時需要將未來電網電力價格波動情況考慮進去。在美國電網電力的價格是呈上升趨勢的。受到地方機構以及法規(guī)的保護，公共電力價格并不能直接反應燃料的價格。此外，公共電力的價格還會受到未來公共基礎設施的建設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主要包括運營以及維護成本、建廠成本，這些部分對于協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的協議電價成本比從電網中購買電力要便宜。

EIA預測未來到2040年，電網電力價格將會逐漸上調。對于燃料電池微電網電價制定而言，需要將燃料電池對熱能的利用也考慮進來。利用這部分能量，可以為客戶供暖或者制冷。因此燃料電池系統提供了兩種功能：電力和熱能，進而實現為客戶節(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業(yè)的發(fā)展。

康涅狄格州：康涅狄格州向燃料電池微電網項目提供資金支持，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議面向公共用電以及用電單位進行銷售。

加利福尼亞州：從2001年開始，有超過400套燃料電池系統通過加利福尼亞州的SGIP項目被安裝并應用。整個SGIP項目裝機容量已經達到175MW。

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

新澤西州：新澤西州的清潔能源部門為裝機量在3MW以上的燃料電池熱電聯供系統提供支持。

燃料電池微電網的環(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在運行過程中所釋放的溫室氣體量遠遠低于美國國家電網。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用到微電網中，那么其溫室氣體排放量與現在43%非化石可再生能源發(fā)電的加州所產生的碳排放量相當。

目前由加州河濱市運營的廢水處理廠是研究燃料電池環(huán)境表現的良好范例。在這個燃料電池發(fā)電項目中，通過對廢水處理產生可再生的生物氣，這些生物氣作為燃料電池的燃料，產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量管理區(qū)，這里擁有美國最嚴苛的空氣質量排放標準。由于燃料電池并不像傳統內燃機那樣通過燃燒來轉換能量，這種通過電化學反應的過程顯著地提升了能量轉換效率，排放量也是比內燃機低數個數量級。河濱市的1.4MW燃料電池系統的排放即使是在空氣質量排放控制最為嚴格的地區(qū)也是符合要求的。值得一提的是，加州的SelfGenerationIncentive項目的排放標準是360kg/MW，河濱市的燃料電池微電網完全滿足這一要求。

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燃料也是可以作為燃料電池的燃料。

同樣的燃料進入內燃機會產生侏儒一氧化碳、氮氧化合物、二氧化硫以及固體顆粒物等有害污染物排放，但是如果進入燃料電池通過電化學反應產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)最先進的發(fā)電技術（傳統能源），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。

燃料電池微電網提升電力系統的可靠性

目前，我們生活的數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中斷導致的脆弱性。網絡安全威脅加劇了這些擔憂極端天氣，最臭名昭著的是2012年的超級颶風Sandy，導致美國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)電廠燃料供應問題，引起了居民的巨大擔憂。

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，造成的經濟損失在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)管理機構發(fā)現網絡安全對該州的公共事業(yè)具有較嚴重的破壞威脅。

為了應對以上這些問題，一些微電網項目在整個國家范圍內被實施。例如，康涅狄格州的聯合照明，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都在進行微電網的建設。

作為區(qū)域性的，自己自足的電網系統，燃料電池微電網從傳統電網中脫離出來，實現自主運行，這意味著燃料電池微電網能夠加強電網運行的可靠性，緩解電網的波動性。即使獨立運行，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備供電。燃料電池微電網的應用對于提升風能太陽能等間歇性可再生能源的可靠性方面具有促進作用。

同樣對于燃料電池微電網而言，其基礎設施建設周期遠遠低于傳統電網，而且復雜性遠遠降低。選址范圍寬泛，可以在室內或者室外，占地面積小，易于操控。這意味著燃料電池微電網系統更容易被居民、社區(qū)所接受，特別是人口稠密社區(qū)。

康涅狄格州的燃料電池微電網

AmityRegional的高中新建設2.2MW燃料電池微電網項目。在為整個學校提供用電服務的同時，整個燃料電池作為學生門的大型科學實驗室，向學生們展示燃料電池。同時使整個學校的電力供應系統免于自然災害的影響。

這不僅為當地的學生提供學習教育的材料，同時也向當地的居民提供多重福利?！拔覀冋J為這個項目實現包括：為社區(qū)提供清潔電能、削減地區(qū)的財政支出和為當地的學生提供學習燃料電池相關的知識在內的三重優(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，但是經常會受到臨近海洋的颶風以及冰凍等自然災害的影響而影響當地的電力等基礎設施的供應。熱帶風暴Irene和颶風Sandy帶來的洪水、水污染等就曾經影響數百萬居民的生活、電力供應。

當電力中斷時，燃料電池微電網就會為對當地的建筑物和社區(qū)提供電力供應。

燃料電池微電網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提供控制部件。

FuelcellEnergy將會跟當地的電力供應商聯合照明簽訂合約，負責燃料電池模塊的運行。采用天然氣做為燃料產生電力。作為該州10MW可再生能源發(fā)電項目的一部分，該燃料電池微電網已經受到來自政府的300萬美元的財政撥款。另外一項2.8MW的燃料電池微電網項目正在建設當中。

位于長島海峽的Bridgeport大學（UB），擁有在校生超過5500人。其網上教學實力位于全美前15名。目前該私立學校在微電網項目方面表現十分活躍，具有十分高的創(chuàng)造性。

康涅狄格州的FuelCellEnergy公司為該學校建設了一個1.4MW的燃料電池微電網項目。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議。UB與之簽訂了一份長達12年的電力和熱力采購協議，很有可能合同將會再延長7年。電力采購協議的稅收豁免權將會吸引投資者進入。免稅大學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，FuelCellEnergy也能夠出售設備以及后期運營服務獲得收益。

目前UB的電力80%來源于燃料電池微電網，來支持學校內部的設施運行，如住宿區(qū)，校園安全、餐廳以及學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供模式，廢熱被回收利用在校園的三個不同地點：游泳池、學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。