[发明专利]一种基于PEMFC的冷-热-电-湿联供系统及方法

说明书

本发明属于分布式能源技术领域，公开了一种基于PEMFC的冷‑热‑电‑湿联供系统及方法，包括PEMFC燃料电池系统、生活热水及供暖系统、新风调湿系统以及空气源热泵空调系统；PEMFC燃料电池系统的冷却水存在两种余热回收方案，方案一冷却水出口分为两路，第一路接入新风调湿系统的调湿机，第二路接入生活热水及供暖系统的储热水箱，方案二冷却水出口接入新风调湿机，再接入生活热水及供暖系统的储热水箱；PEMFC燃料电池系统的功率变换器出口接入家用电器用户端；生活热水及供暖系统的热水出口端接入用户端。本发明具有更高的综合能源利用率与更低的碳排放量，可有效避免冷热量相抵消的情况同时净化空气，节能环保。

技术领域

本发明属于分布式能源技术领域，尤其涉及一种基于PEMFC的冷-热-电-湿联供系统及方法。

背景技术

近20年来，我国建筑面积以每年不低于15亿平米的速度扩增。根据清华大学建筑节能中心的分析数据，2001年建筑能耗所占终端能耗27.5％，2004年建筑能耗达到全国能源消费总量的30％，到了2017年，全国建筑总能耗达到9.47亿吨标准煤，占了全国能源消费总量的21.11％，根据预测，我国最终建筑能耗将达到全国能源消费总量的35％以上。

分布式能源是一种临近用户的先进能源系统，分布式冷热电联产系统是其主要形式，也是前景最为明朗，最具实用性和发展活力的技术，具有节能、环保、经济、可靠和灵活智能等特点，是国家中长期科学和技术发展规划纲要中能源领域四项前沿技术之一。有研究显示，将燃料电池余热用于热电联产(CHP)系统可使系统效率增加到85％，高于仅利用燃料电池供电时的情况。燃料电池余热可用于驱动冷电联供系统(CCP)或冷热电三联供系统(CCHP)。结合PEMFC的冷热电联供由于可提供绿色清洁的供热制冷方式，实现能量的梯级利用而成为分布式能源系统的优选，受到各个国家和地区的广泛关注。在系统集成方面，由于PEMFC的余热温度较低，如何实现该集成系统中大规模低品位余热的高效稳定利用是PEMFC冷热电联供系统中的关键技术。

我国大部分地区属于热湿气候，空调除湿消耗的冷量占总冷量的30～50％。随着新型建筑更加注重围护结构的节能，广泛采用如遮阳棚、保温材料等措施来减少建筑漏热，室内显热负荷得到有效降低，制冷负荷的热湿比减小，增强空调的除湿能力，对空调系统的节能降耗尤为重要。传统的除湿技术是将经过新风机组预处理的新风与循环机组中的回风混合后，再通过循环机组中的水盘管将空气降温至露点温度以下，以达到除湿的目的。经过除湿的空气再经过加热器加热，达到室内设定的温度湿度，这种做法会导致冷量与热量抵消造成浪费。综合国内外新风除湿系统的研究现状，固体除湿剂除湿的方法在空气除湿过程中占有很大比例。固体除湿剂对水蒸气具有良好的吸附作用，吸湿材料在饱和后失去吸湿性，因此必须对饱和后的固体吸湿材料进行脱附再生，PEMFC在运行时将近一半的能量以低品位热能(70～100℃)形式耗散，将固体吸附剂引入到PEMFC联供系统具有较好的前景。

将PEMFC与新风调湿装置相结合能够有效实现能量的梯级利用，具有重要的现实意义。因此，亟需设计一种结合固体吸附剂新风除湿的PEMFC联供系统，使其能够满足固体吸附剂应用的需求。

通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：传统的供能系统大多不能通过同一个设备实现电能和热能的供应，而常见的联供系统是利用热源驱动的制冷机组回收余热进行制冷，此类制冷机组多为吸收式制冷机组和吸附式制冷机组，存在COP低的缺点。传统的湿度控制主要针对除湿这方面，冷凝除湿一般将经过除湿的空气再经过加热器加热达到室内设定的温度湿度，这种做法会导致冷量与热量抵消造成浪费，而传统吸附除湿需要额外的热源并对再生温度有一定的要求，同时也不能根据室内环境实现增湿的功能。

解决以上问题及缺陷的难度为：目前联供系统的热机普遍存在环境污染等问题，常见的联供系统利用吸收式制冷机组和吸附式制冷机组进行热机的余热回收，存在COP低的缺点，传统除湿技术存在能源浪费问题。