中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：1 燃料電池微電網(wǎng)
目前，燃料電池微電網(wǎng)正在北美地區(qū)盛行開來(lái)，燃料電池和微電網(wǎng)技術(shù)兩者在正確的時(shí)間地點(diǎn)結(jié)合，促進(jìn)了整個(gè)產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。
美國(guó)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(jí)風(fēng)暴桑迪使整個(gè)國(guó)家了解到大規(guī)模供電的電網(wǎng)的脆弱并認(rèn)識(shí)到分布式能源的價(jià)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(guó)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(guó)的40多個(gè)州發(fā)展起來(lái)。
Navigant研究預(yù)測(cè)，未來(lái)數(shù)年內(nèi)燃料電池微電網(wǎng)將會(huì)呈現(xiàn)較為強(qiáng)勁的增長(zhǎng)。世界范圍未來(lái)九年內(nèi)燃料電池裝備量將會(huì)從2016年的262MW提升到3000MW，實(shí)現(xiàn)10倍的增長(zhǎng)。預(yù)計(jì)到2025年整個(gè)固定式燃料電池發(fā)電行業(yè)將會(huì)達(dá)到162億美元的市場(chǎng)規(guī)模。同時(shí)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(dòng)力。
與此同時(shí)，微電網(wǎng)產(chǎn)業(yè)規(guī)模將會(huì)從2015年的1.4GW增長(zhǎng)至2024年的7.6GW。屆時(shí)全球的微電網(wǎng)市場(chǎng)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(gè)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(shí)、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(duì)于太陽(yáng)能、風(fēng)能以及二次電源等組成的微電網(wǎng)系統(tǒng)是無(wú)法實(shí)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(lái)源，與社區(qū)電網(wǎng)一起提供可靠地電力輸出。通過(guò)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(shí)現(xiàn)其他微電網(wǎng)系統(tǒng)所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的功能：熱電聯(lián)供（CHP，Combined Heat and Power）。燃料電池在發(fā)電的同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生大量熱能，通過(guò)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(shí)現(xiàn)熱能與電能的綜合利用。這樣可以實(shí)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(diǎn)：
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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(shí)也可以根據(jù)用戶數(shù)量和用量需求，分為單個(gè)家庭或者社區(qū)不同應(yīng)用規(guī)模；
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選點(diǎn)方便。燃料電池可以安裝在室內(nèi)或者室外，占地面積小；
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環(huán)境友好，運(yùn)行過(guò)程中不會(huì)產(chǎn)生有害氣體以及固體顆粒物的排放；
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燃料效率利用高，發(fā)電效率可以實(shí)現(xiàn)50%以上，熱電聯(lián)供可以實(shí)現(xiàn)95%以上的能量利用率；
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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(jí)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(guó)大范圍推廣開來(lái)，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(bào)道: 目前，加州擁有480套燃料電池發(fā)電系統(tǒng)，總共超過(guò)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、軍事以及商業(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Fuelcell Energy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(xiàng)63.3MW的燃料電池系統(tǒng)正在開發(fā)當(dāng)中，屆時(shí)將會(huì)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(jì)未來(lái)將會(huì)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(wàn)美元促進(jìn)燃料電池微電網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展。
2 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(huì)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(gè)。
下面我們就來(lái)分析一下燃料電池微電網(wǎng)技術(shù)的財(cái)政優(yōu)勢(shì)：
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(shì)。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(yáng)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(huì)獲得更快的成本回收周期。
較大的宏觀經(jīng)濟(jì)走勢(shì)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(jià)格較低的時(shí)期。
不足為奇的是，燃料電池相對(duì)于公共電力價(jià)格具有最大成本優(yōu)勢(shì)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(guó)東北部，加利福尼亞州和夏威夷，這些地區(qū)商業(yè)電價(jià)為10-20美分/kWh，電力價(jià)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(jià)格，信息來(lái)自于FuelCell Energy。
據(jù)FuelCell Energy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(duì)與，客戶可以節(jié)省100,000美元。
降低風(fēng)險(xiǎn)
企業(yè)和機(jī)構(gòu)在考慮進(jìn)行大型能源設(shè)備投資時(shí)最關(guān)注的是投資的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題。對(duì)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(yíng)核心以及市場(chǎng)擴(kuò)張的。
隨著購(gòu)電協(xié)議（PPA）這種措施的普及，將會(huì)有助于避免這種風(fēng)險(xiǎn)。這些無(wú)需支付定金的方式客戶每月需要支付的電價(jià)與支付電網(wǎng)電費(fèi)的價(jià)格相當(dāng)或者更低。與此同時(shí)客戶獲得更加可靠、穩(wěn)定、清潔的電力。在PPA購(gòu)電模式下，燃料電池公司對(duì)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(shí)避免金錢與運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)。
價(jià)格制定
一般情況下。盡管燃料的價(jià)格會(huì)在整個(gè)合同周期（一般20年）范圍內(nèi)上下波動(dòng)，PPA電價(jià)是基本固定的?？蛻粜枰紤]到長(zhǎng)期價(jià)格波動(dòng)，需要將系統(tǒng)消耗燃料的量考慮在內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)長(zhǎng)期的價(jià)格協(xié)定對(duì)于天然氣這種燃料是有利的。美國(guó)能源信息預(yù)測(cè)未來(lái)到2040年，天然氣的價(jià)格將會(huì)處在相對(duì)較低的狀態(tài)。
公司在考慮購(gòu)電協(xié)議價(jià)格時(shí)需要將未來(lái)電網(wǎng)電力價(jià)格波動(dòng)情況考慮進(jìn)去。在美國(guó)電網(wǎng)電力的價(jià)格是呈上升趨勢(shì)的。受到地方機(jī)構(gòu)以及法規(guī)的保護(hù)，公共電力價(jià)格并不能直接反應(yīng)燃料的價(jià)格。此外，公共電力的價(jià)格還會(huì)受到未來(lái)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(yíng)以及維護(hù)成本、建廠成本，這些部分對(duì)于協(xié)議電價(jià)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(jià)成本比從電網(wǎng)中購(gòu)買電力要便宜。
EIA預(yù)測(cè)未來(lái)到2040年，電網(wǎng)電力價(jià)格將會(huì)逐漸上調(diào)。對(duì)于燃料電池微電網(wǎng)電價(jià)制定而言，需要將燃料電池對(duì)熱能的利用也考慮進(jìn)來(lái)。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(shí)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(gè)州政府以及聯(lián)邦政府對(duì)燃料電池的使用提供不同的鼓勵(lì)政策。一般政府會(huì)通過(guò)不同的形式進(jìn)行資助：撥款、貸款、采購(gòu)等等一系列的刺激政策。目前總共有30個(gè)州將燃料電池和氫能列為其清潔能源；25個(gè)州通過(guò)設(shè)立基金、貸款等其它形式；還有16個(gè)州通過(guò)減免稅收的政策來(lái)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(xiàng)目提供資金支持，同是通過(guò)低排放可再生能源項(xiàng)目對(duì)其進(jìn)行資助。燃料電池可獲得I級(jí)可再生能源執(zhí)照，電力可以通過(guò)長(zhǎng)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(guò)400套燃料電池系統(tǒng)通過(guò)加利福尼亞州的SGIP項(xiàng)目被安裝并應(yīng)用。整個(gè)SGIP項(xiàng)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(lái)資助可再生能源項(xiàng)目，以期到2030實(shí)現(xiàn)可再生能源電力占整個(gè)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。
