微型燃料电池热电联供（Fuel cell micro-CHP，FC mCHP）装置是燃料电池固定式应用的重要分支，也是一种极具潜力的新型分布式能源技术。将燃料电池发出的电力和工作产生的热量结合利用，即使是在较小输出功率的情况下，系统的综合能源利用效率也可以超过90%，这一数字在讲究能源效益的当今时代相当吸睛，而氢能自带的绿色标签又为这个应用加成了环保效益。
燃料电池的能源效率
FC mCHP一般输出功率≤5kW，应用场景可以是独立住宅、排屋、小型集中住宅、便利店、独立商户等。 虽然与效率较高的供热锅炉相比，整体能源利用率相差不多，但是FC mCHP在满足房屋热水及空间供暖的需求的同时，可以承担部分或主要电力供应，同时可以与屋顶光伏系统互补，在晨间和夜间用电高峰时段补足电力，又能在日间用电低谷时段售电上网盈利。因此，产生的电力无论自用或销售，都可以抵消部分购置费用。城市大规模铺设mCHP可以增加电网弹性，提高能源利用效率，应对紧急情况下的电力供应问题。另一方面，该系统依托于现有城市燃气网络布置，在氢能基础设施缺乏的初期，是一个比较能够切入和快速展开的燃料电池应用场景。而依靠燃料电池技术，使得该系统即使在使用城市燃气时也能有效的减少有毒及温室气体的排放，进一步使用生物质气或者绿色氢气之后就能成为一种完全的无污染、可再生的能源应用方式了。
FC mCHP最有名的项目当数日本政府大力推行的能源农场（Ene-farm）计划了，这也是一直以来世界上规模最大的燃料电池项目。根据日本家庭的生活习惯对热水的需求，Ene-farm装置设计了700w的额定输出功率，此套系统可为日本一户家庭每年节省2600元人民币左右的电费燃气费用。
能源农场的基本原理
图 1 Ene-farm系统结构
图 2集中住房的Ene-farm安装示意图
从2005年至今，该项目已经坚持了8年，在2017年5月份，项目安装的装置总量达到了20万套。项目的初期目标是到了2020年安装140万套，到了2030年安装530万套（全日本家庭的一成），然而目前的销售情况与预期差距较大，想要完成目标只能寄希望于未来的爆发式增长。
图 3 Ene-farm的进程
该项目已经显著降低了FC mCHP装置的成本，从导入补贴时超过17万人民币的单价，到目前每套系统补助降低至约1.7万人民币，用户只需再承担约7万人民币。当然，基于传统热水器的价格，Ene-farm系统价格降低至3-4万人民币才有可能具备自主普及的能力。因此就目前情况而言，与起初项目计划的在2016年左右完成补贴退出，开始市场化竞争的预期目标也是差距较大。
Ene-farm有PEMFC和SOFC两种技术路线，前者发电效率较低（小于40%）但是排热回收效率较高（储水罐容积大约150-200L），且可以随时启停，输出功率可调；后者由于不需要将燃气重整为氢气，结构相对简单，发电效率较高（大约45%），因此排热回收效率较低（储水罐容积不足100L），而且高温运行使其需要连续工作，输出调节能力差，可能需要额外的热水锅炉来应对住宅热量需求的季节性变化；价格方面目前也要较前者贵三分之一。
能源农场的基本性能
即便是有着日本政府大力支持，事实上该项目仍是进展艰难。参与进来的装备制造公司有东芝、JX、松下以及爱信：其中JX已经退出；东芝也因为其核能事业破产的问题在去年六月宣布停止后续新装业务；好消息是，爱信2016年发布了新的机型，发电效率达到了52%的全球最高水平；松下也在2017年发布了其第五代系统，其耐久性从7万小时提升至9万小时，重量也从65kg减轻到53kg，并且可以适应-15℃的工作环境；松下更是在几年前就发布了纯氢技术的FC mCHP的样机，尽管该产品目前仍未上市销售，但松下的这一举措，考虑的不仅是发电效率的提升，同时也符合日本从浅绿氢能向深绿氢能发展的战略方针。相信等到氢能供应的基础设施逐步完善，氢气管路或者点供站配套至社区，该产品将取代现有的城市燃气重整型CHP装置，被大力推广。
Ene-farm装置一般由当地能源公司主导销售，并将该系统作为房屋供能方案的选项之一打包在房屋贷款中进行推销，并配合政府补助金发放的噱头，对置产者还是具有一定吸引力的；即使是既有住房安装Ene-farm，也有将近3成客户选择贷款分期的方式支付。在日本，通过政府、企业等在电视、报纸、网络上的积极宣传，Ene-farm在民众中的认知度已经超过了90%。
能源农场的获取路径
就全球来说，FC mCHP的发展分布是极度地域不平衡的，这和燃料电池移动式应用相同，因为目前氢能仍旧处在一个政策主导的商业化前期阶段。除了日本，欧洲是FC mCHP另一个主要发展区域。欧洲国家面临着解决居民供暖问题的同时避免电网铺设带来的高额投资的问题，无疑这一技术是个看上去不错的解决方案之一。不过目前欧洲的FC mCHP项目规模上来说要比日本小两个数量级，技术也基本来自海外。相对应Ene-farm，欧洲由FCH JU（燃料电池和氢气联合）实施了Ene-field示范项目，该项目于2017结束，历时5年，共支持了1046套300W-5kW的PEM和SOFC的mCHP系统。由于参与进来的制造商有十数个，有些小企业在资金缺乏后不得不退出产品研发，使得项目的推进及效果不如预期。好消息是FCH JU又启动了PACE项目接棒Ene-field，此次项目只引入了Soildpower（Bule Gen的SOFC技术）、喜德瑞、菲斯曼（松下PEM技术）以及 博士（日本爱信技术）四家有实力的大企业，并计划在2018年在欧洲10个国家布置至少2500套装置。在德国，联邦政府于2016年发起了FC mCHP市场激活计划—KfW 433，根据输出功率的大小为装置安装提供7050-28200欧元的补助金。该项目在2017年的计划是支持1500套250W-1.5kW的装置，长期目标是每年为7.5万套装置提供补助。
财政补贴可以有效的推动大规模的示范项目，为微型燃料电池热电联供这一市场的激活注入强心剂，但成功仍需要装备成本的降低，可靠性的提高以及打开保守的传统消费市场的商业模式。
