DOC《燃料电池在建筑冷热电联供中的工程应用》

发电出力0~200kW;

输出电压480/277v(60Hz),输出电压400/230v(50Hz);

热电联产热能输出为369,000 kJ/h(120℃)和369,000 kJ/h(60℃);

发电并网并可获得返税;

功率因数0.85~1.0,运行中无负荷超载;

外形尺寸3m(3m(5.5m;

重量17,230kg. 表1 燃料电池商业化的障碍[3] 应用 发展障碍 解决的困难程度 交通用 成本 高 耐久性 高 燃料基础设施 高 氢的储存 高 站式,分布式能源 成本 高 耐久性 中-高 燃料基础设施 低 燃料储存(可再生氢) 中 便携式 成本 中 耐久性 中 系统的小型化 高 燃料和燃料包装 中图1 PAFC示范项目中污染物排放量与L.A.盆地标准的对比[5] 截止到2002年8月,所有PC-25累计共运行了530万小时,运行可靠率超过95%,其基于低位热值的发电效率达40%,热电联产总效率近80%[15].项目运行证实PAFC排热可用于生活热水、低压蒸汽和采暖.其中连续运行时间最长的是东京煤气公司出资兴建用于日本一家办公楼的PAFC项目,总运行时间达9500小时,到停机大修时燃料电池本体的寿命已有5~7年.这些PC-25可以天然气、丙烷、丁烷、垃圾废气、氢气、沼气等作为燃料供给,空气污染率极低(见图1).位于美国康湟狄格南温莎的PC-25总占地面积80000平方英尺,模块化安装,低成本高自动化控制. 另外,1997年在美国能源部支助下,卡内基梅隆大学完成了对匹兹堡市CNG大厦的能源系统改造方案[6].该大厦为市第7大建筑,总占地面积623,000平方英尺,是一幢32层高的现代化办公楼,大厦采用从电网购电用于大楼的照明、通风、空调、办公设备、生活热水及电梯等,而使用天然气采暖,大厦内设有一台700kW的燃油内燃机作为备用电源,空调冷源是两台YORK750RT的蒸汽压缩冷水机组,热源为两台2450kW的燃气锅炉. 图2 采用燃料电池冷热电联供对CNG大厦进行节能改造的方案示意图 图3 爱知世博会50MW级MCFC燃料电池热电装置模型图[10] 现用燃料电池冷热电联供对原有系统进行改造,见图2,选用ONSI PC25C磷酸型燃料电池作为大厦的供电设备,其发电出力为200 kW,整个系统选用相应的设备,共设计了3种改造方案: 方案一:FC用于满足大厦用电基本负荷,连续运行,不足电量由电网补充,事故时由备用电源供给;

其排热用于采暖,多余热量经冷却塔散出;

采用原电制冷机;

方案二:FC用于满足大厦用电平均负荷,平日上班时连续运行,周末据负荷情况而定,不足电量由电网补充,多余电量给蓄电池充电,事故时由备用电源供给;

其排热一部分用于采暖,多余热量经冷却塔散出;

另一部分用于吸收式制冷机,冷量不足的由电制冷机补充;

方案三:FC用于满足大厦用电尖峰负荷,运行状况视大厦负荷情况而定,多余电量给蓄电池充电,事故时由备用电源供给,无需连接市政电网;

其排热一部分用于采暖,多余热量经冷却塔散出;

另一部分用于吸收式制冷机,冷量不足的由电制冷机补充. 经过详细对比分析计算,发现方案三费用最高、系统运行效率最低,尤其当它在不满1/2尖峰负荷状况下运行时,其排热温度根本无法用于建筑采暖和制冷;

而方案二则具有一定优势,燃料电池可以连续工作,白天为建筑供电,夜晚为蓄电池充电,后者可在白天电力负荷较高时补充FC的供电不足,其连续排热可为建筑同时供冷和供热;

相比之下,方案一费用最低,系统效率最高. 分析报告最后认为,采用燃料电池热电冷联供可以在大型办公楼内实现年节约一次能20%以上,同时还具有NOx及SO2等排放物极低的环保优势. 此外,卡内基梅隆大学建筑性能与诊断中心03年计划在校园内建成一座分布式冷热电联供的示范教学办公楼[7],该建筑的电由250kW的SOFC提供,其主要特性参数为:总发电量扣除燃料电池电力系统用电量后的净直流发电量为226kW,净低位热值发电效率为46%,燃料流量45.4kg/h,空气流量0.73kg/s,废气排量2340kg/h,废气温度755℃,进气温度500~550℃,废气余热回收后热水/蒸汽流量150kW. 由SOFC电池堆排出的755℃的废气先经热回收装置转换为315℃的废气,然后送入余热锅炉生产出总热量为150kW的蒸汽或热水供建筑使用.同时,该蒸汽和热水也用于驱动吸收式制冷机或吸附式制冷机,为建筑提供冷量.而当SOFC产生的电和热不能完全满足建筑需要时,则分别从电网供电和从蒸汽管网供蒸汽. 鉴于燃料电池能源系统非常复杂,可以有多种组合方式,因此必须寻找其中系统能效最高、经济效益最好的方式,这些工作必须在大楼系统设计之前完成. 与此同时,美国GenCell公司正在开发40~100kW级MCFC燃料电池用于分布式供能,05年年初该公司建成了40kW级MCFC发电装置[8],采用管道天然气供给燃料,其发电系统与市政电网相连,系统产生的热电供给位于Connecticut大学内的 CT全球燃料电池中心 使用. 除美国外,欧洲也正努力建成燃料电池在建筑方面的应用示范项目.CLC公司是欧洲PAFC系统和热电厂的主要开发生产商.CLC公司获得了在欧洲生产和销售200千瓦PC25型热电厂的独占性技术许可,它利用ONSI的技术,根据欧洲技术标准和要求,开发和生产适合于欧洲的现场联合发电系统.其200千瓦PC25热电厂的主要特点:以天然气为燃料,也可用丙烷气或氢为燃料;