微型燃料電池熱電聯(lián)供（Fuel cell micro-CHP，F(xiàn)C mCHP）裝置是燃料電池固定式應(yīng)用的重要分支，也是一種極具潛力的新型分布式能源技術(shù)。將燃料電池發(fā)出的電力和工作產(chǎn)生的熱量結(jié)合利用，即使是在較小輸出功率的情況下，系統(tǒng)的綜合能源利用效率也可以超過90%，這一數(shù)字在講究能源效益的當(dāng)今時(shí)代相當(dāng)吸睛，而氫能自帶的綠色標(biāo)簽又為這個(gè)應(yīng)用加成了環(huán)保效益。

燃料電池的能源效率

FC mCHP一般輸出功率≤5kW，應(yīng)用場景可以是獨(dú)立住宅、排屋、小型集中住宅、便利店、獨(dú)立商戶等。 雖然與效率較高的供熱鍋爐相比，整體能源利用率相差不多，但是FC mCHP在滿足房屋熱水及空間供暖的需求的同時(shí)，可以承擔(dān)部分或主要電力供應(yīng)，同時(shí)可以與屋頂光伏系統(tǒng)互補(bǔ)，在晨間和夜間用電高峰時(shí)段補(bǔ)足電力，又能在日間用電低谷時(shí)段售電上網(wǎng)盈利。因此，產(chǎn)生的電力無論自用或銷售，都可以抵消部分購置費(fèi)用。城市大規(guī)模鋪設(shè)mCHP可以增加電網(wǎng)彈性，提高能源利用效率，應(yīng)對緊急情況下的電力供應(yīng)問題。另一方面，該系統(tǒng)依托于現(xiàn)有城市燃?xì)饩W(wǎng)絡(luò)布置，在氫能基礎(chǔ)設(shè)施缺乏的初期，是一個(gè)比較能夠切入和快速展開的燃料電池應(yīng)用場景。而依靠燃料電池技術(shù)，使得該系統(tǒng)即使在使用城市燃?xì)鈺r(shí)也能有效的減少有毒及溫室氣體的排放，進(jìn)一步使用生物質(zhì)氣或者綠色氫氣之后就能成為一種完全的無污染、可再生的能源應(yīng)用方式了。

FC mCHP最有名的項(xiàng)目當(dāng)數(shù)日本政府大力推行的能源農(nóng)場（Ene-farm）計(jì)劃了，這也是一直以來世界上規(guī)模最大的燃料電池項(xiàng)目。根據(jù)日本家庭的生活習(xí)慣對熱水的需求，Ene-farm裝置設(shè)計(jì)了700w的額定輸出功率，此套系統(tǒng)可為日本一戶家庭每年節(jié)省2600元人民幣左右的電費(fèi)燃?xì)赓M(fèi)用。

能源農(nóng)場的基本原理

圖 1 Ene-farm系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖 2集中住房的Ene-farm安裝示意圖

從2005年至今，該項(xiàng)目已經(jīng)堅(jiān)持了8年，在2017年5月份，項(xiàng)目安裝的裝置總量達(dá)到了20萬套。項(xiàng)目的初期目標(biāo)是到了2020年安裝140萬套，到了2030年安裝530萬套（全日本家庭的一成），然而目前的銷售情況與預(yù)期差距較大，想要完成目標(biāo)只能寄希望于未來的爆發(fā)式增長。

圖 3 Ene-farm的進(jìn)程

該項(xiàng)目已經(jīng)顯著降低了FC mCHP裝置的成本，從導(dǎo)入補(bǔ)貼時(shí)超過17萬人民幣的單價(jià)，到目前每套系統(tǒng)補(bǔ)助降低至約1.7萬人民幣，用戶只需再承擔(dān)約7萬人民幣。當(dāng)然，基于傳統(tǒng)熱水器的價(jià)格，Ene-farm系統(tǒng)價(jià)格降低至3-4萬人民幣才有可能具備自主普及的能力。因此就目前情況而言，與起初項(xiàng)目計(jì)劃的在2016年左右完成補(bǔ)貼退出，開始市場化競爭的預(yù)期目標(biāo)也是差距較大。

Ene-farm有PEMFC和SOFC兩種技術(shù)路線，前者發(fā)電效率較低（小于40%）但是排熱回收效率較高（儲水罐容積大約150-200L），且可以隨時(shí)啟停，輸出功率可調(diào)；后者由于不需要將燃?xì)庵卣麨闅錃猓�結(jié)構(gòu)相對簡單，發(fā)電效率較高（大約45%），因此排熱回收效率較低（儲水罐容積不足100L），而且高溫運(yùn)行使其需要連續(xù)工作，輸出調(diào)節(jié)能力差，可能需要額外的熱水鍋爐來應(yīng)對住宅熱量需求的季節(jié)性變化；價(jià)格方面目前也要較前者貴三分之一。