基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统
分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供关键技术及示范
分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供关键技术及示范1.引言1.1 概述概述随着能源需求的不断增长和环境保护的日益重视，生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术逐渐成为国内外研究的热点之一。
该技术以可再生生物质作为气化燃料，通过气化过程将生物质转化为可燃气体，并利用流化床燃料电池将气体中的可燃物质进行电化学反应转化成电能和热能。
通过该技术，不仅可以高效利用生物质资源，还可以降低能源的污染排放。
本文将对分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术的关键技术及其示范进行深入研究和探讨。
首先，将介绍分布式生物质气化技术的原理和应用情况。
随后，将详细探讨流化床燃料电池技术的原理、发展现状以及关键技术。
最后，通过总结关键技术和现有示范案例，展望分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术的应用前景。
本文旨在为相关领域的研究者和工程技术人员提供一份关于分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术的全面指南。
希望通过对该技术的深入了解和研究，推动生物质能源的可持续发展，促进清洁能源的应用，为建立低碳、环保的能源系统做出贡献。
1.2文章结构文章结构部分可以如下编写：1.2 文章结构本文主要分为三个部分进行叙述，具体结构如下：第一部分引言，主要介绍了分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术的背景和意义，阐述该技术在能源领域的重要性。
同时也对文章的整体结构进行了简要的概述。
第二部分正文，主要分为两个章节进行阐述。
第一个章节将介绍分布式生物质气化技术，包括其原理、工艺步骤和关键技术要点等内容。
第二个章节将介绍流化床燃料电池技术，包括其基本原理、电化学反应、材料选择等方面的内容。
通过对这两项关键技术的介绍，旨在全面了解分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术的原理和技术指标。
第三部分结论，主要分为两个小节进行总结。
第一个小节将对关键技术进行总结，列举并分析了分布式生物质气化-流化床燃料电池热电联供技术中的关键技术点，并对其进行评价和展望。
冷热电三联供技术
目前市电平均价格，单独发电是不经济的。对于热负荷变化较大的建筑物或者负
荷率很低的场所，能源综合利用效率一般很难达到期望的效果，并且发电机的使
用寿命也会受到影响。
2．系统成本的经济性受政府行为干预的影响大。
CCHP成本中燃料占67%~78%，其经济效益受市场燃料与用电价格（电价、
气价、热价）的影响（希望的大趋势是电价上涨、气价下跌），这些与政府定价
在能源利用效率方面，我国的万元GDP能耗与发达国家相比，存在巨大差 距。全国平均能源利用总效率为33.4%左右，与国际先进水平的50~55%相比， 还有较大差距。提高单位GDP能耗和整体的能源利用效率对实现经济和环境的 可持续发展具有重要意义，节能在我国现阶段应备受重视，任重道远。
分别配备供电、供暖、制冷和供应生活热水的装置，不但造价高，而且能 源利用率低。目前的建筑能耗80%属于低品位能量，目前多半采用电力和燃煤， “高质低用”，属于浪费。CCHP可以实现能源梯级利用，提高整体能源利用 率，起到节能的作用。
分布式供电方式成为电力工业新的发展方向，天然气在能源结构中占有越 来越重要的位置，同时季节性缺电成为一种急需解决的能源供需矛盾，节 能成为时代发展的主题之一。
整理课件
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1.1.1 供能系统分布化趋向 2003年8月18日的晚上，在纽约一片漆黑的夜空中，数以百计的点点亮光特别耀
眼。那是一些建筑物配置的分布式供能系统在美加大停电中留下令人印象深刻的一 幕。安全性是分布式功能最重要的特点之一，同时，分布式功能系统还具有节约联 网成本、环境污染少、调峰性好、调度灵活以及节约土地资源等诸多优点。
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3．受气源参数的局限性较大。 大型燃气轮机DES 2 MPa以上。一般分布式功能系统所需的16kg/cm2 及
分布式能源冷热电联产系统应用探讨
发 电厂 发 电 效 率 一 般 为 ３ ０ ％～ ４ ０ ％左 右 ． 采用燃 气一 蒸 汽 联 合 循 环 的 电厂可达 ５ ５ ％． 扣 除厂用 电与输 电线 损 ． 最 终 用 户 端 的 利 用 效 率 只有 ３ ０ ％～ ４ ７ ％左 右 ； 对 于大型 热电联产 电厂 ， 理 论 上可 以达到 ８ ０ ％ ９ ０ ％的 能 源 利 用 率 ． 但 是 由于 冷 、 热 负 荷
关 键 词 天 然 气 分 布 式 能 源 冷 热 电 联 产 Ｌ Ｍ６ ０ ｏ ０燃 气 轮 机
中 图分类号 ： Ｔ Ｍ ６ １ １ ． ３ １
文献标 识码 ： Ａ
文章编 号 ： １ ６ ７ ２ — ９ ０ ６ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ２ ７ － ０ ２
１ 工 作 原 理
冷 热 电联 产 （ Ｃ Ｃ Ｈ Ｐ， Ｃ ｏ ｍ ｂ ｉ ｎ ｅ ｄ Ｃ ｏ ｏ ｌ ｉ ｎ ｇ ， Ｈｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ
Ｐ ｏ ｗ ｅ ｒ） 系 统直 接 面对 用户 ， 按用 户 需求 提 供 冷 、 热、 电 及 生 活热 水等 ． 同时解 决 多重 能源需 要 ． 满 足 工 业 及 建 筑 能 源 的
配 置的 １台单 压补燃 的余热锅 炉 ． 余 热锅 炉产生 的中压过 热
蒸 汽 驱 动 １台 抽 汽 式 汽 轮 机 膨 胀 做 功 从 抽 汽 式 汽 轮 机 中 抽 取 的 蒸 汽 ．夏 季 用 于 驱 动 吸 收 式 双 效 溴 化 锂 蒸 汽 型 机 组 ． 对 外 提 供 ＣＣ的 水 ； 冬季通 过换 热器 提供 ６ ５ ｑ Ｃ 的水 ； 这样 ， 实 现
１ 个 电力供应 联合体 ２种 系统相辅 相成 ． 可大 大增强用 户电 力供给 的安全性 和可靠性 夏季 电制冷设 备过 多 ． 引起 的电
天然气冷热电三联供技术及其应用情况
天然气冷热电三联供技术及其应用情况从天然气冷热电联供概念、系统组成、功能特点等全面地论述了天然气冷热电联供的分布式能源是洁净高效的供能方式。
介绍了分布式能源在国内外的应用及研究现状。
对分布式能源的发展及前景进行了分析与建议。
关键词：天然气冷热电联供分布式能源0 前言随着人类生产和生活的发展，各种常规能源的大量消耗促使人们一方面不断探索利用太阳能、地热等各种可再生能源；另一方面更在积极寻求高效、环保的能源利用方式。
目前大中城市能源结构正在发生调整，传统的一次能源正在被天然气所代替。
而宝贵的天然气资源在城市中的利用更多的是直接被烧掉，如何才能更为合理地在城市中应用天然气？其中一个有效途径是利用天然气冷热电联供系统，即天然气首先驱动发电机组发电，其余热被回收用于供热或驱动吸收式制冷机组制冷。
这样实现了能源的梯级利用，从而为高效利用天然气创造了条件。
同时，近2年由于全国各大城市均出现不同程度的供电紧张，尤其是东部各大城市，为了缓解“电荒”，国家也相应出台了一些鼓励政策，以支持天然气冷热电联供技术为主导的分布式能源系统的推广应用。
天然气是洁净能源，在其完全燃烧后及采取一定的治理措施，烟气中NOx等有害成分远低于相关指标要求，具有良好的环保性能。
美国有关专家预测如果将现有建筑实施冷热电三联供（Combined Cooling heating and power，简称CCHP）的比例从4%提高到8%，到2020年CO2的排放量将减少30%。
分布式能源系统（Distributed Energy System）在许多国家、地区已经是1种成熟的能源综合利用技术，它以靠近用户、梯级利用、一次能源利用效率高、环境友好、能源供应安全可靠等特点，受到各国政府、企业界的广泛关注、青睐。
分布式能源系统有多种形式，区域性或建筑群或独立的大中型建筑的CCHP是其中1种十分重要的方式。
1 天然气冷热电联供系统及其特点以天然气为燃料的动力装置，例如燃气轮机、燃气内燃机、斯特林发动机、燃料电池等，在发电的同时，其排放的余热被回收，用于供热或驱动空调制冷装置，如吸收式制冷机或除湿装置等，这种以天然气为燃料，同时具备发电、供热和供冷功能的能源转换和供应系统，就是天然气冷热电联供系统。
分布式冷热电三联供技术解读
2. 冷热电三联供系统基本类型
采用燃气轮机，为充分利用烟气余热和烟气中的含氧量，宜采用：
1）燃气轮机+补燃型吸收式冷暖机（直燃机）； 2）燃气轮机+余热吸收式冷暖机（直燃机）+电制冷机+燃气锅炉； 3）燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+电制冷机+汽水换热装 置+燃气锅炉； 4）燃气轮机+余热锅炉+蒸汽型吸收式制冷机+热泵型电制冷机+电制 冷机+换热装置+燃气锅炉； 5）燃气轮机+补燃型吸收式冷暖机（直燃型）+电制冷； 6）燃气轮机+高压余热锅炉+汽轮发电机+低压余热锅炉+蓄热装置+ 蒸汽吸收式制冷机+电制冷机+换热装置
分布式冷热电三联供技术
目录
主要内容
1 冷热电三联供技术概述 2 冷热电三联供系统基本类型 3 冷热电三联供设计、选型与优化 4 影响冷热电三联供经济性因素 5 冷热电三联供相关政策及前景
1. 冷热电三联供技术概述
基本概念
燃气冷热电三联供，即 CCHP
（Combined Cooling, Heating and Power ），是指以天然气为主要燃料 带动燃气轮机或内燃机等燃气发电设备 运行，产生的电力满足用户的电力需求， 系统排出的废热通过余热锅炉或者余热 直燃机等余热回收利用设备向用户供热、 供冷。经过能源的梯级利用使能源利用 效率从常规发电系统的 40% 左右提高 到80% 左右，节省了大量一次能源。
浅谈冷热电联产系统及其发展远景
浅谈冷热电联产系统及其发展远景摘要: 冷热电联产是在热电联产的基础上发展起来的新兴的节能技术，它将制冷、供热、发电三者容为一体，提高了能源的利用率。
本文主要介绍了冷热电联产技术产生的背景，冷热电联产系统的类型，以及冷热电联产在国内外发展的状况，并在最后结合晋江市的实际情况，对晋江市发展冷热电联产技术进行了展望。
关键词:冷热电联产天然气1.前言在能源供应日益紧张的今天，节约能源、合理利用能源，以及提高能源利用率已成为普遍关注的问题，其中总能系统的能量综合利用研究是一个重要的节能领域。
所谓总能系统，是工程设计的一个重要组成部分，是从全局观念出发的能量总体利用系统。
在工业生产部门中，能源一般都是转化为热与电(或功)的形式来利用的。
总能系统的内容和要求就是在生产活动中，为取得最好的能源利用总效果，除了提高设备单体和工艺流程的生产效率外，还应综合分析、研究生产全过程的能源转换和能源利用状况，按照系统中可能得到的能源供应及对各种形式、不同品位的能源需求，从总体上合理安排好动能和热能的利用，并使其供需之间的品位进行优化匹配，综合利用好每台设备、每个生产装置、整个企业、直至整个地区的各类能源，实现热和功的高效转换及利用[1]。
冷热电联产系统(CCHP-Combined Cooling Heating and Power System)就是一种建立在能量的梯级利用概念基础上，将制冷、供热及发电过程一体化的多联产总能系统。
它是一种区域能源系统，与传统的电制冷和集中供热手段相比，其建设投资可节约成本30%以上，而机房的占地面积则可减少近50%。
此外，系统使用的燃料天然气，燃烧后产生的温室气体只有煤炭的1/2，石油的2/3，环保效益巨大。
2.冷热电联产技术产生的背景初期的冷热电联产是在热电联产的基础上发展起来的，它将热电联产与吸收式制冷技术相结合，使热电厂在生产电能的同时供应热能和冷能，故初期的热电联供立足于电厂。
但随着分布式供电概念的提出，冷热电联产又得到新的发展，其中分布式供电是指将发电系统以小规模(数千瓦至50MW的小型模块式)、分散式的方式布置在用户附近，可独立输出冷、热、电能的系统。
热电冷三联产
燃料 商用电系统
供电
进气冷却系统
空气
电力调配装置
供电
制冷系统
燃气轮机
烟气 燃料
发电机
烟气补燃型 溴化锂制冷机
供冷 供热
2、燃气－蒸汽联合循环系统
如果单循环中的余热用余热锅炉回吸收，可以产生的参数很高的蒸汽，可 以增设供热汽轮机，使余热锅炉产生的较高参数的蒸汽在供热汽轮机中继续 做功发电，其抽汽或背压排汽用于供热，可以形成燃气－蒸汽联合循环系统。
1.2 热电冷联产的分类
•大型DCHP
—适用于大中型电站的较大区域的热电冷联产 — 10MW级,100MW级或以上
•小型DCHP
— 适用于小型热电厂的小区域的热电冷联产 — 1~10MW之间
•BCHP
— 适用于单个楼宇的微型分布式能源系统 — 10KW级，100KW级，或1MW左右容量
1.3 热电冷联产的动力机械
– 在运行管理上，通过无人职守的智能化控制技术和网络化远程遥控技 术，对用户端能源设备进行管理和运行；
– 在系统上，将燃气管网、低压电网、通讯网络和冷热水管道于临近机 组连接，形成一个能源于信息交织的网络，使各种能源系统实现协同 整合优化。
分布式、微型化
优化整合能源系统
传统方式
优化方式
制 主冷 供系 电统 系 统
二、分布式能源的介绍及其适用范围
1、传统水力/火力发电 开发可用性水力发电，解决传统火力发电中存在的问题，发展煤炭集中的火力发 电站。
2、光伏发电 光伏发电固然两全其美， 取光源不用花任何费用和办理手续，而且不产生环境
污染是真正意义上的环保；但是其前期投资巨大，与目前市场其他能源销售价格 综合对比和我国目前经济实力，不是偏远地区的国家支援项目，企业实行光伏发 电的经济不可性行。 3、风力发电和生物质发电 只有具备风力发电和生物质发电的自然地理条件的区域，才能开发这两种能源形 式。 4、冷热电CCHP三联产 （1）具有稳定的燃料（天然气、焦炉煤气、化工尾气等各种燃值气体以及柴油） （2）不受地域限制、设计安装灵活 （3）适应需求复合式能源的区域 （4）具有卓越的经济性
综合能源系统
国家
中国 美国 德国 西班牙 印度 英国 意大利 法国 加拿大 丹麦
风机装机容量 （万千瓦）
7716 6109 3425 2296 2015 1053 855 825 780 477
占本国总装机 比重（%） 6.2 5.7 19.3 21.8 8.1 11.1 6.9 6.4 5.8 33.9
2013年全球光伏装机容量居前十的国家基本情况
示范目的：
• 联网联网孤岛自动切换 • 黑启动能力 • 维持孤岛运行24小时 • 蓄电池智能充放电管理
微网组成： • 燃料电池，内燃机，
光伏 • 动态电压调节器 • 直流母线
示范目的： • 供电质量分为A，
B1，B2，B3四个 等级，通过上层调 度管理，实现不同 等级供电质量
分布式综合能源系统
一、分布式发电与微电网
二、冷热电联供 三、分布式综合能源系统
目录
利用各种分散存在的能源进行发电供 能的技术。如:
风能、太阳能等可再生能源发电技术；
天然气为燃料的冷/热/电联供技术 （简称：CCHP ）
分布式发电技术
优点：可利用丰富的清洁和可再生 能源。
缺点：一些可再生能源具有间歇性 和随机性。
中国： 出台了《中华人民共和国可再生能源法》，建立包含优先上网、标杆 电价、成本分摊等相关内容的可再生能源政策体系。
分布式发电现状
全球已有103个国家和 地区在开发和利用风电； 2013年风电发电量约 6400亿千瓦时，约占发 电总量的2.9%；
2000~2013年世界风电装机容量及增长率
（全球风能理事会）
列运行
MICROGRID计划
微电网运行与控制技术等
青森县微电网示范工程
新能源产业技术综合开发机构 （NEDO）
固体氧化物燃料电池在冷热电联供系统中的应用
固体氧化物燃料电池在冷热电联供系统中的应用近年来，人类对能源的需求呈现不断增长趋势。
能源利用效率低下和能源需求不断增加造成了大量一次能源浪费。
为此寻求高效、经济、环保的能源利用形式迫在眉睫。
1 冷热电联供系统冷热电联供系统（Combined Cooling Heating and Power，CCHP）是指首先由单一/多种能源作为能量输出部件，通过能量梯级高效利用，使系统同时输出电功率、冷功率和热功率。
由于冷热电联供系统利用高品位热能发电，利用低品位热能采暖与制冷，且能够直接建设在用户附近，能源传输距离大大缩短，极大减少能源损失与输配电成本，所以系统的一次能源利用率可达80%以上。
根据现有数据预测，到2030年多联供系统产出能量将会占到我国能源需求的70%。
同时冷热电联供系统与电网配合运行，能量富余时对电网进行补充，有效改善季节不平衡性，起到削峰填谷的作用。
传统冷热电联供系统是将燃气轮机、内燃机等作为能量来源，但实际运行时存在发电效率低、噪声大、占用空间大等缺点，而且如果利用化石燃料还会产生有害气体污染环境[1]。
图 1为冷热电联供系统中能量梯级利用示意图。
图1 冷热电联供系统能量梯级利用示意图2 固体氧化物燃料电池在冷热电联供系统中的应用现状燃料电池可以直接将化学能转换成电能，能量转换效率高，此外燃料化学反应的产物只有二氧化碳和水，不会对环境产生污染，由于清洁、高效及可靠性高等特点被广泛认为是未来最有利用价值的可再生能源技术[2]。
固体氧化物燃料电池（solid oxide fuel cell，SOFC）因为其具有燃料适用性广、能量转换效率高、催化剂廉价、污染排放低、无噪音等优点等特点备受关注[3]。
固体氧化物燃料电池的工作温度在973～1 473 K范围内，排放尾气中具有大量的余热[4]，直接舍弃该部分热量将会导致能量的浪费；此外在实际应用中由于电池工作特性的影响，导致化学反应不能充分进行，排放尾气中含有氢气和一氧化碳等，这些可燃气体具有较高热值，对该部分化学能利用可以进一步提高能量利用效率。
分布式能源
行业问题
截止2015年6月，我国天然气分布式能源发展还存在不少问题，其中包括技术、经济、市场及运营管理等方 面的障碍，比如用户认知度问题、设备国产化问题、并网问题、部分地区气源问题等，但核心仍是价格问题，具 体可归纳为几个方面。
政策风险大、燃料价格高
政策不具体，致使落实不到位。目前，国家层面及地方政府均陆续出台了鼓励天然气分布式能源发展的支持 政策，提出了发展目标及措施，但因没有具体的实施细则或相关利益关系没有捋顺，牵扯到如税收优惠政策、天 然气价格折让、上网电价、电力直供等问题而无法落到实处。由于国家政策没有强制执行标准，分布式能源战略 风险、市场风险很高。
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技术基础
分布式能源技术的基础科学主要在以下几个方面： 1、动力与能源转换设备:主要是指一些基于传统技术的完善和新技术的发展。 2、一次和二次能源相关技术； 3、智能控制与群控优化技术； 4、综合系统优化技术； 分布式能源5、资源深度利用技术。
发展前景
发达国家分布式能源发展迅猛。发达国家政府通过规划引领、技术支持、优惠政策以及建立合理的价格机制 和统一的并网标准，有效地推动分布式能源的发展，分布式能源系统在整个能源系统中占比不断提高，其中欧盟 分布式能源占比约达10%。
能源优势
分布式能源具有能效利用合理、损耗小、污染少、运行灵活，系统经济性好等特点。发展主要存在并网、供 电质量、容量储备、燃料供应等问题。
分布式能源例子天然气分布式能源系统分布安置在需求侧的能源梯级利用，以及资源综合利用和可再生能源 设施。通过在需求现场根据用户对能源的不同需求，实现温度对口供应能源，将输送环节的损耗降至最低，从而 实现能源利用效能的最大化。
我国分布式能源起步较晚，主要集中在北京、上海、广州等大城市，安装地点为医院、宾馆、写字楼和大学 城等，由于技术、标准、利益、法规等方面的问题，主要采用“不并网”或“并网不上网”的方式运行。
分布式能源系统的研究与应用
分布式能源系统的研究与应用随着世界人口的增长和工业化进程的加速，现代社会对能源的需求越来越大，而传统的中心化能源供应系统已经无法满足人们对能源的需求。
因此，分布式能源系统已经成为人们关注的热点话题。
本文将从分布式能源系统的概念出发，介绍分布式能源系统的研究与应用现状，包括其优势和不足，最后对其未来发展进行展望。
一、分布式能源系统的概念分布式能源系统是指将分散在社区、城市和乡村等地的各种可再生能源（如太阳能、风能、水能等）和基于燃料电池、储能技术的小规模能源系统组合起来，形成一个整体能量网络。
它通过深度整合各种分散的能源设备和能源管理系统，利用电力信息化技术、能量转换技术、节能技术等手段，实现能量的高效利用、智能控制和灵活调配。
二、分布式能源系统的研究与应用现状分布式能源系统在全球范围内的研究和应用都得到了快速发展。
目前，欧美、日本、中国等许多国家和地区都在积极推进分布式能源系统的建设和应用。
1. 欧美地区欧美地区一直是分布式能源系统建设和应用的先行者。
德国、荷兰、瑞典等国家在分布式能源系统的应用方面取得了一定的成就。
德国境内的许多小型可再生能源设备不仅能够自给自足，还能向电网输送能量，成为其分布式能源系统建设的重要组成部分。
2. 日本地区面对能源短缺和环境问题，日本加强了对分布式能源系统的研究和应用。
日本的多个城市和地区已经建立了分布式能源系统，包括开发小型燃料电池、太阳能电池板和储能系统等。
3. 中国地区中国也在积极推进分布式能源系统的建设和应用。
长三角、珠三角等地区已经建设了一批分布式能源系统。
分布式能源系统建设和运营面临一些困难，如政策不配套、技术不成熟、缺乏统一标准等。
三、分布式能源系统的优势和不足1. 优势（1）灵活性更高：分布式能源系统在能量生产和传输方面具有较高的灵活性。
由于其建设规模较小，因此可以更快地适应不同负荷需求和各种气候条件，具有更强的可适应性。
（2）更具环保性：分布式能源系统将可再生能源与储能技术有机结合，有效地减少了污染和温室气体的排放。
28基于燃气内燃机的热电冷三联供系统(6页)
基于燃气内燃机的热电冷三联供系统代焱叶水泉刘月琴杭州华电华源环境工程国电机械设计研究院摘要：热电冷三联供作为提高能源利用率的一种有效形式，对电力、燃气调峰和城市节能有很大的益处，越来越引起人们的重视，本文主要探讨基于燃气内燃机的热电冷三联供的运行模式及其设计方法，并与常规系统进行了经济性比较。
关键词：热电冷三联供内燃机余热利用1 引言1.1 概述热电冷三联供CCHP（Combined Cooling, Heating &Power）是一种建立在能量的梯级利用基础上，将制冷、供热（采暖和卫生热水）及发电过程一体化的多联产总能系统，目的在于提高能源利用效率，减少碳化物及有害气体的排放。
典型热电冷三联供系统一般包括：动力系统和发电机（供电）、余热回收装置（供热）、制冷系统（供冷）等。
针对不同的用户需求，热电冷联供系统方案的可选择范围很大：就动力装置而言可选择外燃烧式（蒸汽动力装置）、内燃烧式（燃气动力装置）、燃料电池、以及采用太阳能、风力等可再生能源等；就制冷方式而言可选择压缩式、吸收式或其它热驱动制冷方式，还可以根据用户性质、条件选择大规模热电冷联供生产装置和设在用户现场的三联供装置。
热电冷三联供系统可以广泛应用于同时具有电力和空调需求的场所，如工厂、医院、大型商场、酒店、生活小区和工业园区等。
1.2热电冷三联供的特点1）与集中式发电-远程送电比较，CCHP可以大大提高能源利用效率：大型发电厂的发电效率一般为30％～40％；而CCHP的能源利用率可达到80～90％，且没有输电损耗。
2）CCHP在降低碳和污染空气的排放物方面具有很大的潜力：据有关专家估算，如果将现有建筑实施CCHP的比例从4％提高到8％，到2020 年CO2的排放量将减少30％，有利于环境保护。
3）缓解电力短缺，平衡电力峰谷差。
CCHP采用自发电，可以避开电网用电高峰，并且大大提高了建筑供电可靠性和安全性。
4）扩大了燃气使用量，平衡燃气峰谷差。
分布式能源介绍
分布式能源概况1、分布式能源的概念分布式能源系统是一种新的集中供能方式，是指在靠近用户端独立生产、输出电能和热(冷)能的系统，该系统既能发电，又能利用发电余热制冷、供暖、供应热水。
分布式能源的特点是小规模、小容量、模块化和分散式，可将燃料同时转换成电力、热水或蒸汽以及冷水，其使用的一次能源一般是天然气、沼气、煤层气、高炉煤气等清洁能源和可再生能源等，且不需要大电网对电力的长途输送，从而减少了输配电对电能的损耗，保障大电网的安全，且具有强大的调峰功能。
分布式能源的先进技术包括太阳能利用、风能利用、燃料电池和燃气冷热电三联供等多种形式。
其能源总利用率通常可达75%-90%。
参考：国际分布式能源联盟依据以下标准来确定某一系统是否属于分布式能源系统即不论其项目大小、燃料种类或技术，也不论该系统是否与电网联网与否，但分布式能源应包括以下形式的发电系统，这些发电系统能在或靠近消费的地点提供电能：- 高效热电联产系统。
功率在3kW—400MW；例如：燃气轮机，蒸汽轮机、往复式内燃机、燃料电池、微型燃气轮机、斯特林发动机；- 现场端的可再生能源系统，包括：光伏发电系统、小水电和现场生物能发电以及风力发电；- 能源循环系统，包括利用废气、余热和压差来就地发电；国际分布式能源系统主要以天然气资源为主，由于天然气管网的发展和天然气燃料的良好环保性能，以天然气为燃料的燃气蒸汽联合循环热电联产系统发展很快，是目前分布式能源的主要内容。
同时，风力发电、太阳能光伏发电、生物质能发电等可再生能源发电系统，也是分布式能源的重要组成部分。
2、分布式能源的特征（1）.高效性：利用各种现金技术进行能源的按需装换，实现系统与投资的最优化；（2）.环保性：采用天然气做燃料或以氢气、太阳能、风能为能源，可减少有害物的排放总量，减轻环保压力。
减少大容量远距离高压输电线的减少，由此减少电磁污染。
（3）.能源利用的多样性：可利用清洁能源（天然气）、新能源（氢）和可再生能源（生物质能、风能、太阳能）等，可同时为用户提供电、热、冷等多种能源应用方式。
分布式发电的分类
分布式发电的分类根据所使用一次能源的不同，分布式发电可分为基于化石能源的分布式发电技术、基于可再生能源的分布式发电技术以及混合的分布式发电技术。
(1)基于化石能源的分布式发电技术主要由以下三种技术构成：①往复式发动机技术：用于分布式发电的往复式发动机采用四冲程的点火式或压燃式，以汽油或柴油为燃料，是目前应用最广的分布式发电方式。
但是此种方式会造成对环境的影响，最近通过对其技术上的改进，已经大大减少了躁音和废气的排放污染。
②微型燃气轮机技术：微型燃气轮机是指功率为数百千瓦以下的以天然气、甲烷、汽油、柴油为燃料的超小型燃气轮机。
但是微型燃气轮机与现有的其它发电技术相比，效率较低。
满负荷运行的效率只有30%，而在半负荷时，其效率更是只有10%～15%，所以目前多采用家庭热电联供的办法利用设备废弃的热能，提高其效率。
目前国外已进入示范阶段，其技术关键主要是高速轴承、高温材料、部件加工等。
③燃料电池技术：燃料电池是一种在等温状态下直接将化学能转变为直流电能的电化学装置。
燃料电池工作时，不需要燃烧，同时不污染环境，其电能是通过电化学过程获得的。
在其阳极上通过富氢燃料，阴极上面通过空气，并由电解液分离这两种物质。
在获得电能的过程中，一些副产品仅为热、水和二氧化碳等。
氢燃料可由各种碳氢源，在压力作用下通过蒸汽重整过程或由氧化反应生成。
因此它是一种很有发展前途的洁净和高效的发电方式，被称为21世纪的分布式电源。
(2)基于可再生能源的分布式发电技术主要由以下几种技术构成：①太阳能光伏发电技术：太阳能光伏发电技术是利用半导体材料的光电效应直接将太阳能转换为电能。
光伏发电具有不消耗燃料、不受地域限制、规模灵活、无污染、安全可靠、维护简单等优点。
但是此种分布发电技术的成本非常高，所以现阶段太阳能发电技术还需要进行技术改进，以降低成本而适合于广泛应用。
(2)风力发电技术是将风能转化为电能的发电技术，可分为独立与并网运行两类，前者为微型或小型风力发电机组，容量为100W～10kW，后者的容量通常超过150kW。
分布式冷热电联供系统与能量调度
图 １ 冷热电联供系统能流 图
２ ．建筑物冷热电联供 系统 （ 也称为能源岛、爱能岛等） 它是建立在 自产 自用基础上的能量供应系统 ，也是 目前冷热 电联供系统的主要形式 。冷热 电联供一般采用 “ 以电定热” 的运行策略 （ 这主要是由于在 目前的政策和条件下能源岛的发 电不能上 网，采用 “ 并网不上 网”的运行方式） ，所以一般冷热 电联供系统 的发电只提供建筑 物电力基本负荷 ，不足的电力 由外部电网供给。这种联供系统在设计和运行时由于以建筑物的 基本 电负荷为基础 ，联供系统的原动机余热提供的冷／ 热量被动确定 ，而不是 由建筑物本身特 性和当地的环境条件确定 ，所 以常导致冷／ 热量与实际需求不一致 ，当联供系统的冷／ 热量不能
除作为城 市燃 气外 ，主要 用 于发 电。而天 然气 发 电与 燃 煤 电厂 相 比，在经 济 性方 面 没有 优 势 ，
需要一定 的政策扶持。天然气作为冷热电联供系统 的一次能源 ，通过梯级 利用提高能源利用 率 ，提高了天然气利用的经济性 。
一
、
冷热 电联供 系统 与选择
（ ） 冷热 电联供 系统 一
图１ 为冷热电联供系统的基本能流图，包括动力与发电系统和余热回收供冷／ 热系统。根 据 当地和用户的实际情况，冷热电联供系统的构成有多种形式 。动力和发电设备的选择主要有 燃气轮机 、燃气内燃机 、燃料 电池等；制冷设备一般选择佘热吸收制冷／ 热机组 ，也可利用电 动蒸汽压缩式制冷机组。冷热电联供技术在应用与形式上有多种提法 ，常见的有 ：
维普资讯
中山文学学报论丛， ０７ 第２ 卷 第２ ２ 年 ０ ７期
ＳＵ Ｙ Ｓ Ｎ ＡＴ ＥＮ ＮＩ Ｅ Ｉ Ｕ Ｖ ＲＳ ＴＹ ＦＯＲＵ ，Ｖｏ． ７ Ｎ ． ２ ｏ Ｍ １２ ｏ ２ ０７
热电联供系统工作原理
热电联供系统工作原理
热电联供系统是一种将热能和电能结合利用的系统，通过热电联供系统可以更高效地利用能源资源。
具体工作原理如下：
1. 热能收集：系统中使用各种方式收集热能，比如太阳能热能收集器、余热回收器等。
这些器件将自然界中存在的热能转换为可利用的能源。
2. 热能转化：将收集的热能输入到热能转换器中，常见的热能转换器有燃气轮机、蒸汽锅炉、燃料电池等。
热能转换器将热能转化为机械能或电能。
3. 电能转换：热能转换器中产生的机械能通过发电机转化为电能。
而直接使用燃料电池时，则可以直接获得电能。
4. 热能利用：热能转换器中产生的余热通过热交换器传递给周围的热负载，例如供暖系统、工业生产过程等。
这样可以充分利用余热，提高能源利用效率。
5. 电能利用：电能可供给系统内部的电力需求，如照明、设备运行等。
同时，也可以将电能外输给其他设备或供应给当地电网，实现电能的共享利用。
总之，热电联供系统通过将热能和电能结合，使得能源资源得以更为高效地利用，达到节能减排、提高能源利用效率的目的。
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万方数据 １．２燃气轮机＋吸收式制冷机
如图２所示，该系统是燃料先通过燃气轮机发电，与图１不同的是没有余热锅炉。溴化锂制冷机组 排出的烟气温度仍然很高，因此还可以进行二次余热利用，夏季用于供应卫生热水，冬季用于供暖。在 燃气轮机停用或供热、制冷所需热量不够的时候，空调自身可以通过补燃产生驱动热量。因为没有锅炉 及相关系统，降低了投资成本。
表１ 动力驱动装置的初投资变化 ￥·ｋＷ＿１
年度投资情况
类型
１９９９ ２０００ ２０１０
万方数据
４）系统安全稳定性高和有利于调节用电高峰 负荷。由于总能系统通常不使用电网电力，当电网 发生故障时，可保证用户的供电不受影响，特别在夏 季用电高峰期，可大大缓解用电高峰负荷和电网调 峰的压力。因此，分布式总能系统与大电网配合，可 提高电力系统的运行可靠性和经济性。国外电力行 业的发展趋势表明，电站建设不再是一味地追求集 中和规模大，而是更加重视发展灵活、安全和综合
１分布式总能系统的分类
分布式热电冷总能系统主要由动力驱动装置和余热回收利用装置等组成。目前采用的动力驱动装 置主要有燃气轮机、内燃机、外燃机和燃料电池等；而余热回收利用装置主要有余热锅炉、吸收式制冷机 和热泵。根据动力驱动装置和余热回收利用装置的不同，可将总能系统分为如下几种模式［２ｊＪ。 １．１燃气轮机＋余热锅炉＋吸收式制冷机 如图１所示，该类总能系统主要由燃气轮机和吸收式制冷机组成。天然气首先经燃气轮机发电，发 电后的排气进入余热锅炉，回收余热产生蒸气或高温热水。在冬季由换热站利用系统所产生的蒸气或 高温热水直接加热水来供暖，也可利用蒸气或热水型溴化锂吸收式制冷机制出热水来供暖。在夏季则 利用蒸气或热水型溴化锂吸收式制冷机来制冷。在燃气轮机故障停运或所需热量不足的情况下，可通 过备用锅炉或余热锅炉补燃的方式提供所需的热量。
能。 图５高温燃料电池总能系统原理图
燃料Ｉ也池排气
与微型燃气轮机等动力驱动装置相比，高温燃料电池还具有以下特点： １）反应过程简单，不像传统的发电装置需要经过许多中间的转化过程，大大降低了能源转换过程中 的不可逆损失，能量转换效率高。 ２）工作温度高，可在电池内部实现燃料的重整转化过程，使电池系统简化，余热温度高和利用价值 大，冷热电联供系统的总效率可高达８０％以上； ３）燃料适应性强，不仅可使用氢气，还可以天然气、煤气等为燃料，因而高温燃料电池不但可应用于
ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｖａｒｉｅｔｙ ｉｎ ｆｕｅｌ ｋｉｎｄｓ，ｈｉｇｈ—ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｗａｓｔｅ ｈｅａｔ，ａｎｄ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ ｂｅｎｉｇｎｉｔｙ．
ｔｙｐｅｓ
ｔｈｅ ｍａｉｎ
ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｏｔａｌ
ｏｎ
ｅｎｅｒｇｙ
图３ 洪暖／热水
供冷
供ｌＵ
内燃机总能系统示意图
５９８
武汉理工大学学报
２００６年１１月
２总能系统的特点
与传统的集中式发电系统和热电联供系统相比，分布式热点冷联供总能系统主要具有以下特点： １）能源综合利用效率高。分布式总能系统可以实现能量的梯级利用，提高了系统的能源综合利用 效率；同时由于系统靠近用户端，没有远距离输送能量引起的输配损失。 ２）环境友好。总能系统多采取天然气等清洁能源为燃料，动力设备本身也可达到较高的排放标准， 与常规的分产能源供应系统相比，总能系统能更好满足环保的要求。 ３）装置容量较小、占地面积小和初投资少。分布式热电冷联供总能系统通常是布置在紧靠用户端， 系统装置容量较小，占用空间小和布置灵活，初投资少。表１给出了几种动力驱动装置初投资的变化情 况［６］６。随着技术的不断发展和完善，分布式总能系统的初投资成本会进一步降低，具有良好的发展应 用前景。
ＨＴＦＣｓ ｉｓ ｏｆ ｐｅｒｓｐｅｃｔｉｖｅ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ＨＴＦＣ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：
ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ；ｈｅａｔｉｎｇ ａｎｄ
ｐｏｗｅｒ（ＣＣＨＰ）；ｔｏｔａｌ
ｅｎｅｒｇｙ
ｓｙｓｔｅｍ（ＴＥＳ）；ｈｉｇｈ ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｕｅｌ
ＨＡＮ Ｊｉ—ｔｉａｎ．ｙＵ Ｚｅ—ｔｉｎｇ
（Ｓｃｈｏｏｌ
ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ａｎｄ Ｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ
Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉｎａｎ ２５００６１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｔｏｔａｌ ｅｎｅｒｇｙ ｓｙｓｔｅｍ（ＴＥＳ）ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎｅｄ ｃｏｏｌｉｎｇ，ｈｅａｔｉｎｇ，ａｎｄ ｐｏｗｅｒ（ＣＣＨＰ）ｇｅｎｅｒａ·
第２８卷专辑Ⅱ
２００６年１１月
武汉理工大学学报
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ
Ｖ０１．２８
Ｓｕｐｐｌ．Ⅱ
ＷＵＨＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
ＮＯＶ．２００６
基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统
韩吉田，于泽庭
（山东大学能源与动力工程学院，济南２５００６１）
摘要：
高温燃料电池具有发电效率高、燃料适应性强、余热温度高和环境友好等优点，因而，发展基于高温燃料
ｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ
ｏｎ
ｈｉｇｈ－ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｆｕｅｌ
ｅｎｅｒｇｙ
ｃｅｌｌｓ（ＨＴＦＣ）ｉｓ ｒｅｃｅｉｖｉｎｇ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ａｔｔｅｎｔｉｏｎｓ ａｒｏｕｎｄ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ ｄｕｅ
ｔｏ
ｔｈｅ ＨＴＦＣ’Ｓ
ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｈｉｇｈ Ｔｈｉｓ
ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ
供电 供电
供暖ｌ热水 供Ｉ暖，热水 供冷 供冷
图１燃气轮机／吸收式制冷机模式
图２燃气轮机＋吸收式制冷机
１．３内燃机＋吸收式制冷机模式 图３为内燃机作为驱动装置的总能系统示意图。 内燃机先用石油或天然气发电，发电后的废热利用包含 ２部分，一部分来自高温烟气，温度在５００～６００℃，可直 接排入余热锅炉用来产生蒸气，驱动吸收式制冷机工 作，另一部分来自内燃机缸套冷却水，温度大约８５～９５ ℃和润滑油的冷却水，温度大约为５０～６０℃，可直接用 来换热产生热水。通过余热回收利用，可以提高燃料的 综合利用效率，同时减轻排气对大气的污染作用。
收稿日期：２００６—０８．０８．
作者简介：韩吉田（１９６１一）．男，博士，教授，博导，所长．Ｅ—ｍａｉｌ：ｊｔｈａｎ＠ｓｄｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
第２８卷专辑Ⅱ
韩吉田，等：基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统
５９７
分布式总能系统是在２０世纪７０年代能源危机后提出的，近年来受到了世界各国的普遍重视和高 度关注。分布式能源具有节能、环保、投资少、占地小等特点，而且是对高峰期电力负荷比集中供电更加 经济、有效和安全。美国、欧盟和日本等都将分布式总能系统作为２１世纪能源领域的一个重要发展方 向Ｅ２．３］，我国也已计划优先发展分布式热电冷总能系统，并已取得了重要研究进展Ｈ】。 在介绍了分布式热电冷联供总能系统的工作原理、主要类型、特点及发展现状的基础上，提出了一 种基于高温燃料电池的热电冷联供总能系统的构成原理，并对该总能系统进行了分析。
第２８卷专辑Ⅱ
韩吉田，等：基于燃料电池的分布式热电冷联供总能系统
５９９
因此，发展高温燃料电池分布式热电冷联供总能系统具有重要的经济社会意义和良好的发展前景［８ｆ。 图５给出了一个基于高温燃料电池热电冷总能系 统的原理图。该总能系统主要由换热器、固体氧化物燃 料电池系统和吸收式制冷机组成。燃料电池将燃料和 氧化剂的化学能转化为电能和热能，没有完全反应的燃 料被送人后燃烧室内和空气混合燃烧，提高ＳＯＦＣ排气 的温度。从后燃烧室出来的高温气体预热完燃料和空 气后，被送往溴化锂吸收式制冷机内驱动制冷机工作。 该总能系统在提供电能供应外，还可实现夏季制冷和冬 季制热供暖，具有良好的能源综合利用效率和环保性
ｃｅｉｌｓ（ＨＴＦＣｓ）；ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ ｐｏｗｅｒ Ｇ
分布式冷热电联供总能系统（ＣＣＨＰ）是在分布式发电系统的基础热锅炉、吸收式制冷机等）利用系统的余热生产热水傣气或冷水，在进行
电力供应的同时，向用户提供热／冷供应的总能系统‘１｜。它具有系统靠近用户端、能够实现能源的梯级 综合利用、污染物排放低和安全可靠性高等特点，为解决２１世纪人类所面临的日益严峻的能源紧缺和 环境污染问题开辟了新路，对于我国实施建设资源节约型可持续和谐社会的发展战略具有特别重要的 意义。
１９２２ １９３２ １９４２ １９５２ １９６２ １９７２ １９８２ １９９２
效益好的中小型联供系统。图４给出的美国新增公 用及独立电站平均容量的发展情况即可以清楚说明 这一点［７｜。
年份／年
图４美国新增电站平均容量的发展
３高温燃料电池总能系统
燃料电池是将燃料的化学能通过电化学反应直接转化为电和热的电化学发电装置。由于反应过程 不受卡诺循环限制，因而能量的转换效率很高，而且燃料电池发电过程的污染物排放很少。高温燃料电 池是指工作温度在６００～ｌ ０００℃的一类燃料电池，它包括熔融碳酸盐燃料电池（ＭＣＦＣ）（工作温度为 ６００～６５０℃）和固体氧化物燃料电池（ＳＯＦＣ）（工作温度为８００～１ ０００℃）。高温燃料电池可以天然气、 煤气、石油气、沼气等为燃料，因而发展高温燃料电池技术对以煤炭为主要能源的我国提高能源利用效 率和减少污染物排放具有特别重要的意义。由于高温燃料电池的余热温度水平高，余热的利用价值大，
万方数据 天然气发电和洁净煤发电，而且也特别适合于分布式热电冷总能系统；
４）由于燃料电池采用模块化设计，因而建设周期短，容易扩容，便于根据冷热电负荷的实际需求而 分期建设或运行； ５）污染物排放少和低噪声。
４总能系统的发展前景
分布式冷热电联供总能系统具有节能、环保、投资少、布置灵活、运行安全可靠和调节方便等特点， 符合我国的能源和环境政策，也是我国实施可持续发展战略的必然选择。根据我国的能源与环境现状 和未来发展趋势，ＴＥＳ的应用领域主要包括： １）取代城区内以燃煤为主的热电厂。这些热电厂大多处在人口众多的城区，燃煤产生的污染物对 城区居住环境造成了的很大影响。随着分布式总能系统的发展，这些燃煤热电厂将逐步被总能系统所 取代； ２）新开发的城区。随着我国城市化步伐的加快，建设分布式小城镇是一个必然趋势。为了避免燃 煤污染，新建小区也应当优先采用总能系统； ３）城市商业中心和高层建筑。该类建筑对电和冷／热的需求比较集中，数量大而时间性很强。建设 冷热电联供系统，可以缓解用电高峰时的电网负担，同时降低这些区域空调系统的初投资和运行费用； ４）分散的中小型制造工业园区。这些用户生产用电需求大，同时需要空调、制冷、热水和蒸气； ５）公用事业单位，如机场、医院、大学校区等。这些机构对电、热、冷三种负荷的需求比较集中，而且 用能负荷的时间性很强； ６）作为后备电站使用。在分时电价结构下，大型用户可以将其负荷结构进行分类，在高电价的高峰 负荷时段，使用总能系统来降低用电费用，同时也可缓解对电网的需求压力，均衡电网的电力负荷，可起 到经济和环保的调峰作用。