基于低品位热源的燃料电池冷热电联供系统的优化设计文献综述

基于低品位热源的燃料电池冷热电联供系统的优化设计

引言

能源是人类生产生活过程的物质基础，在经济发展中具有重要的战略地位。但经济的快速发展，不仅带来了传统化石燃料枯竭的能源危机，而且使得气候恶化、环境污染问题愈发严重。因此，大力发展可再生能源，提高对不可再生能源的利用率是目前研究的重点。冷热电联供具有实现能量的梯次利用，降低系统的废物排放的优势，其中基于质子交换膜燃料电池的冷热电联供发展前景十分广阔。目前的研究主要采用吸收式制冷机，对热源的质量要求较高，且有效运行时间短，因此提出一种采用吸附式制冷机的新型质子交换膜燃料电池冷热电联供系统。

一、基于燃料电池的冷热电联供系统

1. 燃料电池冷热电联供的优势

分布式能源系统提倡将发电系统以小规模、分散式的方式布置在用户附近，可独立输出热、电、冷等能量^[1]，能够有效提高局部供电可靠性、减少输配电损耗，提高一次能源利用率，减少用户能源成本，减少废气等污染物的排放。

冷热电联供（Combined cooling, heating and power, CCHP）是分布式供能领域的一项重要技术，能够将制冷、供热和电能三者结合起来，有效实现能量的梯次利用，降低系统的废物排放^[2]。传统的冷热电联供系统由内燃机、燃气轮机来驱动，存在发电效率低、占用空间大、噪声和环境污染等问题^[3]。而燃料电池驱动的冷热电联供系统有稳定性好、能效高、污染小的显著优势。

燃料电池是通过电化学反应将燃料和氧化剂中的化学能直接转化为电能的发电装置，具有发电效率高、供电稳定性好、环境友好的特点。其中，质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell，PEMFC)集使用寿命长、工作温度低、启停能力好、功率密度高等众多优点于一身^[4]，是目前发展最为广泛，技术比较成熟的一类燃料电池^[5]。冷热电联供可以充分利用燃料电池化学反应产生的大量废热，避免能量的浪费。因此，研究以质子交换膜燃料电池为基础的冷热电联供系统具有重要的现实意义。

2.国内外研究现状