燃料電池微電網(wǎng)的環(huán)境優(yōu)勢(shì)
美國(guó)阿貢國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)布的研究報(bào)告指出燃料電池微電網(wǎng)在運(yùn)行過(guò)程中所釋放的溫室氣體量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于美國(guó)國(guó)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(yíng)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(gè)燃料電池發(fā)電項(xiàng)目中，通過(guò)對(duì)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(hù)。相較于其他的燃料電池對(duì)燃料成分以及純度的嚴(yán)苛要求，該項(xiàng)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(guó)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(guò)燃燒來(lái)轉(zhuǎn)換能量，這種通過(guò)電化學(xué)反應(yīng)的過(guò)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(gè)數(shù)量級(jí)。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Self Generation Incentive 項(xiàng)目的排放標(biāo)準(zhǔn)是360 kg/MW，河濱市的燃料電池微電網(wǎng)完全滿(mǎn)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(lèi)可再生的燃料也可以被利用，同時(shí)像是丙烷這類(lèi)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(huì)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(guò)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(shí)燃料電池不會(huì)排放出有害氣體。
一般來(lái)說(shuō)，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(duì)于加州和美國(guó)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(shí)效率越高，燃料的需求也就越低。
目前美國(guó)已經(jīng)有9個(gè)州將固定式燃料電池列為I級(jí)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(yōu)極端天氣，最臭名昭著的是2012年的超級(jí)颶風(fēng)Sandy，導(dǎo)致美國(guó)17個(gè)州的810萬(wàn)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(wèn)題，引起了居民的巨大擔(dān)憂(yōu)。
2014年氣候中心的一份研究報(bào)告指出由于天氣原因引起的電力中斷事件，在過(guò)去的十年中實(shí)現(xiàn)翻倍增長(zhǎng)。同時(shí)，2013年美國(guó)白宮報(bào)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(bào)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(duì)該州的公共事業(yè)具有較嚴(yán)重的破壞威脅。
為了應(yīng)對(duì)以上這些問(wèn)題，一些微電網(wǎng)項(xiàng)目在整個(gè)國(guó)家范圍內(nèi)被實(shí)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Central Hudson Gas & Electric，密歇根州的DTE Energy；San Diego Gas & 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(lái)，實(shí)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(dòng)性。即使獨(dú)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(duì)于提升風(fēng)能太陽(yáng)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(duì)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)。
康涅狄格州的燃料電池微電網(wǎng)
Amity Regional的高中新建設(shè)2.2MW燃料電池微電網(wǎng)項(xiàng)目。在為整個(gè)學(xué)校提供用電服務(wù)的同時(shí)，整個(gè)燃料電池作為學(xué)生門(mén)的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，向?qū)W生們展示燃料電池。同時(shí)使整個(gè)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(shí)也向當(dāng)?shù)氐木用裉峁┒嘀馗＠?。“我們認(rèn)為這個(gè)項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)包括：為社區(qū)提供清潔電能、削減地區(qū)的財(cái)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(shí)在內(nèi)的三重優(yōu)勢(shì)”，Amity Regional School的校長(zhǎng)說(shuō)。
這個(gè)高檔的森林社區(qū)有超過(guò)9000多位居民，但是經(jīng)常會(huì)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(lái)的洪水、水污染等就曾經(jīng)影響數(shù)百萬(wàn)居民的生活、電力供應(yīng)。
當(dāng)電力中斷時(shí)，燃料電池微電網(wǎng)就會(huì)為對(duì)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(shí)該公司還未微電網(wǎng)提供控制部件。
FuelcellEnergy將會(huì)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(xiàng)目的一部分，該燃料電池微電網(wǎng)已經(jīng)受到來(lái)自政府的300萬(wàn)美元的財(cái)政撥款。另外一項(xiàng)2.8MW的燃料電池微電網(wǎng)項(xiàng)目正在建設(shè)當(dāng)中。
位于長(zhǎng)島海峽的Bridgeport大學(xué)（UB），擁有在校生超過(guò)5500人。其網(wǎng)上教學(xué)實(shí)力位于全美前15名。目前該私立學(xué)校在微電網(wǎng)項(xiàng)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(gè)1.4MW的燃料電池微電網(wǎng)項(xiàng)目。然后將其打包買(mǎi)個(gè)了發(fā)電巨頭NRG Energy.這份交易伴隨著一份電力采購(gòu)協(xié)議。UB與之簽訂了一份長(zhǎng)達(dá)12年的電力和熱力采購(gòu)協(xié)議，很有可能合同將會(huì)再延長(zhǎng)7年。電力采購(gòu)協(xié)議的稅收豁免權(quán)將會(huì)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NRG Energy。所以項(xiàng)目參與各方都能夠從項(xiàng)目中獲得既定的利益。
學(xué)校通過(guò)議定的價(jià)格獲得清潔、可靠的電力，同時(shí)其扮演良好信譽(yù)的購(gòu)買(mǎi)商。而項(xiàng)目投資者NRG Energy可以獲得持續(xù)的資金回收而不會(huì)受到天氣以及時(shí)間的限制。同時(shí)，F(xiàn)uelCellEnergy也能夠出售設(shè)備以及后期運(yùn)營(yíng)服務(wù)獲得收益。
目前UB的電力80%來(lái)源于燃料電池微電網(wǎng)，來(lái)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(dòng)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(fèi)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(gè)不同地點(diǎn)：游泳池、學(xué)生公寓提供熱水以及供暖。Bridgeport項(xiàng)目收到了220萬(wàn)美元的州政府財(cái)政支持。
