關(guān)鍵任務(wù)裝置通常被備用發(fā)電設(shè)備所保護。這些關(guān)鍵任務(wù)裝置(例如，數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)操作中心(NOCs)，通訊中心，高價值制造工藝等)要求絕對不能中斷的連續(xù)電力供給。最近燃料電池逐漸成為備用電力可行的備選方案，并且正在被許多電訊公司采用，從而使他們的系統(tǒng)可靠性更高。超級關(guān)鍵裝置在能使用通用電源作后備電力的前提下采用瀑布式結(jié)構(gòu)。

橋式電力

橋式電力描述了連接一個長期的電力供給與另一個長期電力供給之間起到“橋梁”作用的短期電力供給需求。橋氏電力是必需的，因為典型的備用發(fā)電設(shè)備不是即時可用的，而且需要聯(lián)網(wǎng)時間。一個經(jīng)典的案例就是一臺柴油發(fā)電機常常被用作一所醫(yī)院設(shè)施的備用電源。在公共電力中斷期間，這種裝置總體上可能會出現(xiàn)電源故障，包括照明用電以及非臨界負載的損失。局部使用電池或電容器組為關(guān)鍵任務(wù)裝置供給電力(可以是一部單機不間斷電源(UPS)也可以是并入像監(jiān)控器和輸液泵這樣的裝置)，直到發(fā)電機可以被啟動和聯(lián)網(wǎng)。將橋式電力與長期電力結(jié)合起來是有必要的，因為將橋式電力延長幾分鐘的成本是非常高昂的，并且會出現(xiàn)維護與可靠性問題，這里電池的使用會使得單個“長期橋”受到抑制。

對可靠橋式電力的需求

據(jù)Steve Fairfax，一位工業(yè)顧問所說，“著眼于出現(xiàn)的問題，電訊產(chǎn)業(yè)普遍采用了錯誤的理念框架…他們常在談?wù)撚行?。他們現(xiàn)在應(yīng)該做的是考慮可靠性。有效性僅僅是在故障停機的時候才關(guān)心的事， 一年中有太多時間系統(tǒng)都是停機的…好吧，許多的時刻遠不如許多的事件重要。在一個計算環(huán)境中，半個周期，即百分之一秒的電力中斷都可能摧毀系統(tǒng)。一百次這樣的中斷也不過造成一秒鐘的停機時間，但是如果分布在一年中發(fā)生，那將是災(zāi)難性的。”本文中，連續(xù)性電源之間的高可靠性橋式電力對于這些關(guān)鍵任務(wù)環(huán)境里的穩(wěn)定性是很重要的。

燃料電池

燃料電池作為一種車輛能源解決方案正受到廣泛的關(guān)注。一份簡單的網(wǎng)絡(luò)調(diào)查提出無數(shù)非盈利性組織以及政府機構(gòu)正在吹捧燃料電池在運輸中的益處。這是有先見之明的，然而只有在尺寸，重量，成本以及燃料可靠性方面做出重大的改良才能使燃料電池運用在現(xiàn)實生活中，不僅僅是在車輛上的示范。另一方面，備電領(lǐng)域是燃料電池的當(dāng)前市場，尤其對于高位值作業(yè)，要求比典型的不間斷電源系統(tǒng)提供更多的持久性。

為滿足真實備電需要，一種燃料電池(FC)備電系統(tǒng)必須能夠在滿負載要求下即時輸送電力。在一些裝置中，燃料電池系統(tǒng)與公共電力系統(tǒng)并聯(lián)運行，全時段為系統(tǒng)輸電，同時由公共電力提供負載均衡與后備支持。(當(dāng)這種構(gòu)架也使用多余的熱能來為設(shè)備供暖時，它們就被歸類為聯(lián)合供暖供電系統(tǒng)。)在一套標準的燃料電池聯(lián)合供暖供電系統(tǒng)中，一旦電網(wǎng)丟失，燃料電池系統(tǒng)沒有足夠的反應(yīng)時間來處理快速的瞬變現(xiàn)象，因此它不能被視為一個備電系統(tǒng)。在其他裝置中，完整的能量存儲增進了燃料電池系統(tǒng)從而提供快速瞬變反應(yīng)。當(dāng)與電網(wǎng)結(jié)合，能量存儲就是兩個連續(xù)電源之間的“電橋”。

在一個單機燃料電池系統(tǒng)中(一個獨立于電網(wǎng)的系統(tǒng))，燃料電池可以傳輸負載所需的最大功率，但是在瞬變現(xiàn)象中不能足夠快地做出平穩(wěn)傳輸電力的反應(yīng)。在這種情況下，能量儲備“電橋們”跨接這種瞬變現(xiàn)象。橋式電力是一個堅固的燃料電池備電系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。

許多公司把燃料電池安裝在能使他們的系統(tǒng)更耐用的地方。據(jù)Citigroup Research報道 “開關(guān)信號：分布式電信備電系統(tǒng)中的燃料電池，”基于對50位電訊產(chǎn)業(yè)成員的訪問，電訊產(chǎn)業(yè)把可靠性視為燃料電池的主要優(yōu)勢之一，盡管有一種誤解——燃料電池比標準導(dǎo)聯(lián)酸性電池備電系統(tǒng)更貴。促使電訊產(chǎn)業(yè)關(guān)注高可靠性的主要因素是燃料電池已經(jīng)在超過十年的時間里，在醫(yī)院、郵件處理設(shè)備、垃圾掩埋、污水處理以及信用卡處理中心等領(lǐng)域成功應(yīng)用超過10億個工作小時。CEA電信公司最近開始為他們的客戶提供燃料電池，他們說“...我們的電信消費者正在尋找一種可靠的備電解決方案;能夠為重要的通訊應(yīng)用提供比傳統(tǒng)能量存儲方案更高的性價比。”

當(dāng)指定備電方案時，壽命周期成本是另一個需要考慮的關(guān)鍵因素。Citigroup Research的報道也包括了一些數(shù)據(jù)，顯示在電信站點的運轉(zhuǎn)中，電池的更換費用從3600美元到8000美元不等，具體費用取決于各自的功率級別、備電持續(xù)時間以及保修期長短。報道提到：“如果電池的更換周期為五年，那么以10到15年的使用期來算，燃料電池要比電池備電方案節(jié)省32%到35%的費用。”甚至在無課稅扣除的情況下，報道顯示在同樣的基數(shù)下燃料電池的壽命周期成本也會低12%到18%。

瀑布式結(jié)構(gòu)

在歷史上，一個單一的電力發(fā)電方式，比如一臺柴油發(fā)電機與一套簡單的電池反饋逆變器不間斷電源一起作為電橋使用。對于這些裝置，鑒于典型的不間斷電源僅能夠支持八到二十分鐘的載荷，一個較小的電力故障不會造成很大的影響。柴油發(fā)電機與電池不間斷電源系統(tǒng)的一個主要問題就是可靠性和維護。電信公司需要一套典型的發(fā)電機/電池聯(lián)合體系提供更高的可靠性。更復(fù)雜的構(gòu)架正被引入，服務(wù)于電訊業(yè)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)以及那些無法承受絲毫電力中斷的制造工藝。“瀑布式”系統(tǒng)將一系列不同的連續(xù)供電技術(shù)(例如：發(fā)電機、燃料電池、微渦輪機)層疊使用，用短時間電橋動力技術(shù)(如：電池、超級電容器、儲能輪)跨接每一次躍遷。就電橋技術(shù)中的許多可選方案來講，總體可靠性要求是必須要考慮的。隨著超級電容器產(chǎn)業(yè)的成熟，超級電容器比老式傳統(tǒng)電橋技術(shù)具有更高的競爭力，在很多情況下也更有優(yōu)勢。

超級電容器提供的功能

超級電容器為關(guān)鍵任務(wù)的備電系統(tǒng)能夠運轉(zhuǎn)良好提供功能性、可靠性并減少壽命周期成本。因超級電容器被嚴格地用作電橋，它的高功率密度非常適合為30-100秒的短周期提供大功率電力支持。一個電池尺寸大小取決于輸電時間的長短，通常它們的尺寸比實際需求大。如果一個電池的尺寸按實際所需的持續(xù)供電時間來設(shè)定，那么他將難以供應(yīng)必要的電力。此外，因為相對電池來講超級電容器依照完全不同的原理工作，超級電容器能夠延時充電而無任何電容損失。而電池則因為延時充電會造成容量損失而聲名狼藉。

與電池比起來超級電容器還有另一個明顯的不同——它們非常適合支持燃料電池。一個燃料電池的輸出隨負載而變化(負載受控于功率電子)。一個電池的輸出值是相當(dāng)固定的，所以燃料電池輸出的負載將會影響燃料電池的性能(除非使用在直流系統(tǒng)中功率電子的輸出上，但是電池的輸出又會受到控制)。另一方面，一個超級電容器沒有固定的工作電壓，因此可以直接跨接在燃料電池的輸出，并直接接入功率電子。

超級電容器減少壽命周期成本

在之前引用的Citigroup報道中，電池的更換周期為三到五年，并且對于環(huán)境溫度的依賴性很強?？紤]到電池的使用壽命是在華氏75到78度的環(huán)境溫度基礎(chǔ)上，而在一套裝置中溫度的變化要遠遠超出這個范圍。超級電容器卻可以在超過十年的時間內(nèi)高性能地運行，并且具備更寬的運行溫度范圍，最重要的是它還能夠減少整個系統(tǒng)的運行和維護成本。

超級電容器提供可靠性

有關(guān)電池的一個關(guān)鍵的挑戰(zhàn)就是在測量其充電狀態(tài)上的困難。操作員需要使用大量的運算和電路才能指示電池中剩余多少電量。另一方面，一個超級電容器可以被單獨測量電壓;知道了電壓，就知道了充電狀態(tài)。結(jié)合了很寬的溫度范圍、長使用壽命以及靈活的電壓范圍，超級電容器可提供給橋式電力極其可靠的解決方案。

您如何保障可靠的電力?

依Steve Fairfax所言，問題是很復(fù)雜的，因為電子電力網(wǎng)絡(luò)比過去的可靠性更低了。“由于多種原因，電網(wǎng)供給的電力比以前的可靠性更低了，并且我們預(yù)計這種可靠性將繼續(xù)降低。”

在如何保障電力的可靠性方面專家們也存在爭議。場地出租服務(wù)公司Equinix的創(chuàng)始人兼總裁 Jay Adelson說“你們在走冤枉路，”“你們每周都檢查你們的不間斷電源，你們還安裝了多余的發(fā)電機，并且你們還為柴油機簽署了三份燃料合同，以便電網(wǎng)斷電時你們有可能繼續(xù)工作，只是有可能。”

隨著新型燃料電池與超級電容器技術(shù)在商業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用與技術(shù)領(lǐng)域的可行，Adelson先生的需求將會早日實現(xiàn)。超級電容器能減少或者根本不需要每周對不間斷電源做檢修，并且燃料電池已經(jīng)證明可靠性遠大于發(fā)電機。隨著轉(zhuǎn)換技術(shù)的發(fā)展(從碳氫化合物中提取氫)，一個聯(lián)合供暖供電燃料電池可由天然氣充電，天然氣可通過管道輸運進設(shè)備，勝于瓶裝氫，可確保24/7動力實用性且無需運輸柴油機燃料。