DOC《燃料电池在建筑冷热电联供中的工程应用》

燃料电池在建筑冷热电联供中的工程应用 同济大学楼宇设备工程与管理系 孟华, 同济大学中德工程学院 龙惟定 摘要:燃料电池的研究应用既包括燃料电池汽车的研发,也包括其作为分布式能源和建筑冷热电联供系统的研建,而且据研究发现,后者实现商业化需克服的困难较前者要小,因此,事实上燃料电池的发展趋势是建筑冷热电联供,它极可能发展成为供热供冷系统主要的能源方式之一.

本文通过对发达国家利用燃料电池实现建筑冷热电联供工程应用的回顾,表明我国应该积极研发燃料电池用于建筑的技术,这对缓解国家能源供需矛盾、减少环境污染、提高能源安全性都大有裨益. 关键词:燃料电池,建筑,冷热电联供

1 引言 燃料电池具有高效、环保、安静无噪声、实际使用方便、启停灵活、负荷响应速度快、负荷调节能力强、燃料来源广等优点,被认为是21世纪最有吸引力的新能源之一.当前,几乎所有发达国家都在投入巨资研究开发燃料电池技术,我国也不例外,并已建成了相应的燃料电池示范交通工具. 但是,总结目前国内外对燃料电池汽车的研究成果都还限于概念车和样车的阶段,其发展尚面临很多瓶颈[1,2].而事实上,燃料电池的应用,除了用于移动式作为汽车动力和便携式作为手机、笔记本电脑等移动便携式设备的电源外,还可以用于固定式也称为 站式 ,即用于楼宇和区域的冷热电联供上. 表1[3]是美国能源部在2003年提交美国国会的《燃料电池报告》中关于各种燃料电池实现商业化的障碍分析,从该分析可以看出,相对燃料电池汽车而言,燃料电池用于固定式(站式、分布式)能源实现商业化需克服的困难要小一些. 目前在国外,燃料电池的研究既包括燃料电池汽车的研发,也包括燃料电池作为分布式能源和建筑冷热电联供系统应用的研究及示范,相对汽车而言,燃料电池在建筑冷热电联供中的应用已到了实用阶段,日本、美国和欧洲都有一些有相当规模的区域的或楼宇的供冷供热示范项目使用了燃料电池技术.?

2 燃料电池用于建筑冷热电联供的工程实例 由燃料电池本体及辅助装置构成燃料电池系统.燃料品种不同,燃料电池种类不同,应用场合不同,则燃料电池系统也大相径庭.燃料电池系统通常包括燃料预处理、空气(氧)供给、燃料电池堆、热量管理装置、水量管理装置、电压变换调整装置和自动控制装置等各种子系统. 几乎所有发达国家都投入巨资研究开发燃料电池技术并研建示范工程项目.美国、日本、加拿大、德国等国处于领先地位.美国已有数万台燃料电池发电站用于宾馆、医院及居民小区进行热电联供. 燃料电池的一大优点就是其发电效率不随规模的变化而变化,从几千瓦级到几兆瓦级的燃料电池其效率完全一样.早期开发的燃料电池热电站发电出力在几百kW到

1、2MW,适合放置于建筑物现场或附近进行冷热电联供;

而较大的分散型热电站(1到10MW)则适于分布式供能.由美国UTC公司研发、日本Toshiba和意大利Ansaldo SpA公司合作参与的200kW级PAFC热电站(PC-25)是世界上第一台进入商业市场的燃料电池[4],已被作为示范产品用于医院、宾馆、大型办公楼、工厂及废水处理厂等各种场合. 其主要运行参数为:燃料为天然气(-30~45℃);