波多黎各用清洁氢能升级偏远微电网，提升灾后供电韧性

2017年，飓风"玛丽亚"席卷波多黎各，摧毁了当地大部分电网基础设施。在那些漫长的夜晚，前波多黎各能源监管官员哈维尔·鲁阿-霍维特目睹了数以千计的化石燃料发电机同时运转，尾气排放将夜空的地平线染成了诡异的色调。他表示，那时"整个社会"都依赖这种高碳排放的备用电源运转。而如今，将近十年过去，波多黎各至少有一处微电网正在迎来清洁化升级。

在距波多黎各本岛以东约16公里的小岛比耶克斯，康奈尔大学的研究团队正在一处农场部署全球首个清洁氢能微电网项目。该系统将配备太阳能与储能电池组合装置，为现场制氢提供电力。所产氢气经压缩后储存于现场储气罐中，以便后续在电网中断时，通过燃料电池为岛上关键服务设施持续供电。

这套方案借鉴了现有氢能微电网的技术架构，例如加州太平洋燃气电力公司（PG&E）于2025年8月在加州乡村葡萄酒产区投运的容量达293兆瓦时的系统。但后者依靠电池与氢燃料电池运行，不包含现场太阳能发电，且所用氢气需从外部运输。

比耶克斯的系统则不同，它将在现场部署太阳能制氢电解槽，所产氢气直接供燃料电池使用。当太阳能发电不足时——例如风暴过后普遍出现的持续低日照天气——氢能部分可作为补充电源，计划用于为卫生诊所、冷藏设施及饮用水泵站等基本服务供电。

康奈尔大学负责领导该项目的波多黎各籍研究员埃克托尔·阿布鲁尼亚表示，若该方案在比耶克斯验证可行，将推广至其他社区。他说："这套系统几乎可以部署在任何地方，我们特别强调其可扩展性，尤其适合那些地处偏远、往往也容易被忽视的社区。"

尽管氢气制备的经济性历来制约着其大规模应用，但比耶克斯的特殊情况或许能让这笔账算平。

备用电源是波多黎各长期以来的民生需求。飓风频发加上多年来对电网基础设施投入不足，导致频繁停电，居民有时会连续数天无电可用，不得不依赖汽油或丙烷发电机，近年来也越来越多地转向太阳能加储能方案。

比耶克斯岛约有8000名居民，岛上电力通过海底电缆从波多黎各本岛输送，本身没有独立的基础发电能力，在停电方面极为脆弱。风暴过境后，长达数日的阴天往往使岛上现有微电网的太阳能发电量骤降，居民只能依靠柴油发电机维持供水和食品、药品冷藏等基本服务。

阿布鲁尼亚表示，现有微电网的储能电池可在无阳光条件下支撑关键服务运行数天，而引入氢燃料电池后，这一时长将延长至10天。团队计划于2027年初部署一台Nel Hydrogen品牌的电解槽。停电期间，农场主可将燃料电池灵活转移至岛上需要的地点，为关键设施提供最高2.5兆瓦时的额外电力。（在非停电状态下，农场"汉伯托农庄"的主人会利用部分太阳能和储能电量为冷藏集装箱供电，保持食品新鲜。）

为满足电解槽对电力的需求，阿布鲁尼亚团队计划将岛上的装机太阳能容量从50千瓦翻倍至100千瓦，并同步扩充储能规模。阳光充足时，电解槽将由太阳能和储能联合驱动，在飓风季前预先积累清洁氢气储备。

Nel Hydrogen研发高级副总裁、康奈尔大学阿布鲁尼亚实验室科学顾问委员会成员凯西·艾尔斯表示："如果停电超过几个小时且蓄电池耗尽，就可以切换至燃料电池模式，利用储存的氢气持续供电。"

尽管氢能系统的初始投入较高，康奈尔研究团队仍认为比耶克斯的特殊条件使其经济上具有可行性。受1920年《琼斯法案》约束，在美国各港口之间运输货物必须使用美国建造、美国船员操作的船只，这使得柴油在比耶克斯价格高昂。在岛上自产氢气则可完全省去这部分运输成本。据该项目战略顾问、康奈尔大学研究员保罗·穆托洛估算，在微电网20年的使用周期内，氢能系统的安装与维护总费用将低于同期使用柴油发电机的总成本。

此外，氢能储存方案在成本上也优于为岛上现有微电网继续叠加电池。电池扩容通常须按固定容量单位递增，空间利用效率相对有限。穆托洛解释说："氢能系统中，储气罐和燃料电池是相互独立的，你不需要扩大燃料电池的规模，只需增加储气罐容积即可。"他和艾尔斯均表示，当停电时长超过数小时后，氢能方案的成本竞争力将优于继续扩建电池。

控制用电成本在比耶克斯尤为迫切。现任波多黎各太阳能与储能协会首席政策官的鲁阿-霍维特表示，波多黎各全区电价在美国各地区中位居高位，居民用电价格约为每千瓦时28至29美分。而电价还可能继续攀升：根据波多黎各能源局最新电价裁定，2026年7月1日起，住宅用户的月固定费用已从4美元涨至8美元，并将于明年再度翻倍至16美元，小型商业用户也面临类似涨幅。

由于依赖海底电缆从本岛输入电力，比耶克斯的电价甚至高于波多黎各其他地区。阿布鲁尼亚的目标是将当地电价降至每千瓦时15至16美分，实现在国有电力公司现行电价基础上降低约50%。

然而，即便长期来看成本可以摊平，建设微电网所需的高额前期投入仍是该方案难以在其他地方复制推广的一大挑战。比耶克斯项目目前依靠大众汽车2019年集体诉讼案和解赔偿金提供支撑，康奈尔团队也在积极寻求额外资金，用于采购制氢、储氢及燃料电池所需的核心设备。

美国氢能备用电源探索实践

多年来，美国多个国家实验室一直致力于验证氢能微电网的可行性。2024年11月，落基山国家实验室联合南加州天然气公司和GKN Hydrogen，在该实验室位于科罗拉多州阿瓦达的园区启动了一个示范项目。2026年3月，美国陆军建设工程研究实验室则在新墨西哥州白沙导弹靶场完成为期一年的演示后，正式安装了一套氢能纳米微电网。

在加州卡利斯托加小镇，PG&E于去年8月联合储能企业Energy Vault和制氢商Plug Power，发布了一套氢能微电网并配套电池储能系统。与比耶克斯相似，这个约有5200名居民的社区因频繁出现的山火引发的预防性断电而饱受停电困扰。

PG&E选择卡利斯托加作为示范站点，原因在于该社区在其服务区内历来是断电频率最高的地区之一。2023年4月，加州公用事业委员会（CPUC）批准拨款4630万美元，用于该氢能微电网为期十年的建设与调试。PG&E微电网设计与交付团队经理蕾娜塔·巴库谢娃表示，由于目前尚未找到其他符合CPUC脆弱性认定标准的选址，该公司迄今只建设了这一处氢能微电网。

巴库谢娃表示，卡利斯托加微电网迄今尚未因真实停电事件而投入使用，但系统已于今年4月完成了新一轮性能测试。

不久后，支撑卡利斯托加微电网运行的储能系统还将能够在计划停电之外的时段向PG&E大电网输出电力。Energy Vault首席技术官克雷格·霍恩表示，目前该装置正等待并网协议变更审批通过，届时将有助于分摊部分项目成本。

霍恩的看法与阿布鲁尼亚团队在比耶克斯努力验证的结论不谋而合：从长远来看，氢能比持续扩建电池更具效率优势。他说："今天氢能的成本确实偏高，但这个成本正在下降，燃料电池的成本也在下降。所有这些趋势都在表明，这是一个更优越的解决方案。"

Q&A

Q1：比耶克斯氢能微电网项目具体是怎么运作的？

A：该系统以太阳能和储能电池联合驱动现场电解槽制取氢气，并将氢气压缩后储存于储气罐中。遭遇停电时，氢气通过燃料电池转化为电力，为卫生诊所、冷藏设施和饮用水泵站等关键服务供电。与单纯依赖储能电池相比，引入氢燃料电池后，系统在无阳光条件下的供电时长可从数天延长至10天，为应对飓风等长时间停电场景提供了更强的保障。

Q2：为什么在比耶克斯建设氢能微电网在经济上是可行的？

A：比耶克斯有几个特殊因素使氢能经济上可行。首先，受《琼斯法案》影响，岛上柴油价格高昂，现场制氢可省去运输成本；其次，扩大储氢容量只需增加储气罐，无需同步扩大燃料电池规模，比叠加电池更节省空间和成本；此外，据项目团队估算，在20年使用周期内，氢能系统的安装与维护总费用将低于持续使用柴油发电机的总成本，也低于大幅扩建储能电池的费用。

Q3：美国其他地方有没有类似的氢能微电网案例？

A：有。PG&E在加州卡利斯托加已建成一套293兆瓦时的氢能微电网，联合Energy Vault和Plug Power共同运营，获加州公用事业委员会拨款4630万美元支持。此外，落基山国家实验室和美国陆军建设工程研究实验室也分别在科罗拉多州和新墨西哥州开展了氢能微电网示范项目。不过目前整体仍处于示范阶段，商业化推广仍面临较高的前期成本挑战。