SSB蓄电池熔融碳酸燃料电池

2026-02-06 10:30:41

作为研讨的根底，本手稿是在动力危机影响世界大部分地区的时分编撰的，尤其是大多数发展中国家普遍存在的电力危机。因而，检查了50项联合冷却、加热和发电（CCHP）体系研讨，其间包含内燃机（ICE）、斯特林发动机、生物质、微涡轮、太阳能和沼气、光伏和燃气轮机、风力涡轮机、光伏和微涡轮、固体氧化物和磷酸燃料电池（FCs）、ICE和热电发电机、低温（LT）聚合物电解质膜（PEM）、进气空气节流燃气轮机、地源热泵（GSHP）微燃气轮机和光伏、ICE和GSHP、具有除湿和制冷功用的内燃机、5千瓦PEM燃料电池、热电冷却器和LT-PEM燃料电池、斯特林发动机和熔融碳酸燃料电池、热声有机朗肯循环、太阳能热能、地热能、归纳动力体系、电力和热量贮存体系、能量转化体系、热力学和热经济优化战略、依据氢气、氦气和氨气的作业流体以及H₂O、CO₂等。在这些检查的CCHP体系中，依据FC的CCHP体系最感兴趣，特别是PEM燃料电池。因而，进一步研讨了FC，其间确认的七种盛行的FC类型被总结并相互比较，从中挑选了PEM燃料电池，由于它在实践运用中更受欢迎。但是，PEM F

图形摘要
冷热电联产体系、燃料电池、全电池燃料饥饿、混合动力和可再生动力

导言

在大多数发展中国家，国家电网永远不安稳[1]，对国家的经济和公民的生活发生了巨大的负面影响，由于电力现在对许多人的日常活动十分重要。此外，随着世界各地继续不断的抵触，各国、各公司和个人现在比以往任何时分都更加需求多样化并操控他们的动力供应，而不再依赖单一的动力供应商或来历。因而，各种潜在的代替动力/电力举措正在全球范围内被开发和运用，以应对肆虐的动力/电力危机。为此，本文具体阐述了联合冷却、加热和电力（CCHP）体系以及燃料电池（FCs）的各种研讨。与侧重参数剖析的总述CCHP研讨（如下表1总结）不同，本篇总述论文选用从运用角度的事例研讨办法。这是为了揭示/建立能够开发和布置以完结具有意图性的住宅和商业CCHP运用的节能混合动力体系的发明和创新。如[2-66]所示，CCHP也称为三联产，是一种带有额外冷却功用的并行组合式供热和发电（CHP）动力体系（热电联产）。依据图1，它简练地包含了一个原动机、能量转化和存储以及办理进程，这些进程能够有用地

已检查的冷热电联供体系事例研讨概要

"CCHP研讨总述 . "	亮点	"CCHP研讨总述 . "	亮点
	优点		优点
	缺点		缺点
事例研讨2.1 [5]（Bozchalui MC, Sharma R, 2012）	"ICEs CCHP体系"	事例研讨2.10 [18]（Cozzolino R，2018）	LT-PEM燃料电池CCHP体系
	具有相对快速发动时刻、高功率和可承受的价格。燃料能够是天然气或汽油。		他们的研讨成果标明，在CCHP（三联供）计划的全体功用领域中，依据火用和能量的履行作用更好。
	噪音大、有害健康且需求高维护		质子沟通膜燃料电池需求贵重的铂催化剂
事例研讨2.2[4](Badea N等人，2010)	斯特林发动机CCHP体系。经过反复收回燃料（气体）作业。	事例研讨2.11 [9]（王志等，2018）	内燃机燃气轮机CCHP体系
	绿色且相对更高效。可再生动力的归入进步了功率。		他们的研讨成果显现，不管运用哪种作业体系，他们的CCHP计划在年度检查中都比离散计划更好。
	适用于大部分静止或接连作业的运用场景		需求高温
事例研讨2.3 [31]（Maraver D等，2013年）	生物质冷热电联产体系	事例研讨2.12 [16]（Lu S等人，2018年）	PV CCHP和GSHP微型燃气轮机
	一个考虑了各种CHP尺度/冷却单元的热力学模型		对区域多动力供应体系进行了优化
	需求大量的空间来施行		但是，设备它的本钱十分高。
事例研讨2.4 [7]（徐AD等，2014）	微涡轮CCHP体系。经过压力，空气被泵送到冷端，与热量结合以发生冷量。	事例研讨2.13 [15]（李B等，2019）	GSHP和ICE CCHP。运用换热器的混合计划履行优于没有换热器的相同体系。
	低排放，紧凑型，运用多种燃料		热沟通器进步了体系功率
	需求高温发生更多电力。燃料到电力的功率低。		它不环保——高温、噪音大且体积大
事例研讨2.5 [25]（SU Z等人，2016年）	生物质和太阳能冷热电联产体系	事例研讨2.14[14](蒋R等，2017)	具有冷却和除湿功用的ICE冷热联供体系
	运用遗传算法完结模型，考虑能量标准、环境和经济要素，以获取最佳操作技能		建立了一个热经济模型，并选用束缚非线性规划办法来最大化体系的规划计划和运转战略。
	它需求足够的阳光才干正常作业		经济不景气且CO₂排放量较大
事例研讨2.6 [27]（Wongvisanupong K，Hoonchareon N，2013）	燃气轮机和光伏冷热电联供体系。在线模仿经济功用性	事例研讨2.15[12](陈晓等，2018)	一个5千瓦的质子沟通膜燃料电池冷热联供体系，经过进化算法优化。
	以最小本钱的最优履行，并运用MATLAB®将其建模为LP问题。		进气气体和小的作业温度对于进步体系功能、火用和排放至关重要
	需求阳光才干杰出运转。没有联合发电功率低。		需求高压和相对湿度才干有用运转。体系较大
事例研讨2.7 [26]（赵H等，2018）	微涡轮、光伏和风力涡轮CCHP体系		带TEC混合CCHP体系的LT-PEM燃料电池
	HOMER®被用来模仿一个微网的最优经济运转模型，以净当前本钱作为优化意图。它具有合理的节能和污染效应。	事例研讨2.16[19](Ebrahimi M, Derakhshan E, 2018)	能够高效地发生26.8瓦的冷量、3.04千瓦的热量和2.79千瓦的电力，总功率约为77%，燃料节省率为43.25%。便携式规划，低温运转，因而运用寿命更长。
	每分钟转速高时只有在阳光和风的作用下才干正常作业		水办理问题。由于低温而本钱昂扬的催化剂。冷却缺乏
事例研讨2.8 [8]（王瑞等，2018）	PAFC和SOFC冷热电联产体系。研讨了热能、电解以及技能经济性以及保护环境的要素。	事例研讨2.17 [17]（Mehrpooya M等，2017年）	斯特林发动机和MCFC冷热电联供体系。MCFC是首要的电力来历，其废热被用于驱动斯特林发动机，然后向冷凝器供给热量。
	固体氧化物燃料电池具有很高的联产功率。由于高温，不需求催化剂。即使在200摄氏度下，磷酸盐燃料电池也是安稳的而且能够容忍CO。低蒸汽压力		发生的冷能、热能和电能分别为1372、2137和6482千瓦。由于高温，无需催化剂。
	固体氧化物燃料电池需求高温，这相对减慢了发动时刻。磷酸盐燃料电池在相同尺度和分量的其他燃料电池中发生的电力较少。		一般需求十分高的温度。但是，为了下降耐久性，电解液的高温和腐蚀性会削减电池的运用寿命。
事例研讨2.9 [11]（王建玲等，2014）	内燃机与热电联供CCHP体系。内燃机用于发电、制冷和制热，发生的热量贮存于热水。
	换热器和TEG被用来有用收回ICE废气排放的热量
	它由于选用了热电偶而具有高效节能的特点，但由于运用了内燃机，或许存在环境问题。
事例研讨2.18 [34]（吴D等，2019）	冷热电联供-蒸汽透平-有机朗肯循环体系使化石燃料与可再生动力相协调。功能依据热力学评价。还评价了冷热电联供-蒸汽透平缓冷热电联供体系	事例研讨2.27 [43]（Lingmin C等，2021年）	一种用于偏远旅游区的风能、太阳能和天然气冷热电三联供体系，动力中心供给电力和热量，冷却由冷水机组供应
	"CCHP–ST–ORC体系可多发生5.1千瓦的电力。其动力运用功率比CCHP体系高出22.6%。比CCHP–ST体系少用12.4%的能量。"		热能和电力贮存设备在断电期间协助PGU（发电单元）供给大部分电力，以削减糟蹋并进步体系功能。
	CCHP-ST-ORC体系的火用功率为40%，与传统CCHP和CCHP-ST体系比较具有类似的火用功率。		依赖PGU在风能和太阳能中止期间供给大部分电力。杂乱的体系设备和操控。
事例研讨2.19 [35]（毛Y等，2020）	CCHP是一种供给级联高效动力的有远景的技能	事例研讨2.28 [44]（Lombardo W等，2020年）	依据微有机 Rankine 循环设备的 CCHP 体系、光伏和吸附式冷水机组，内置真实生物气候的 NZEB 模型，运用 TRNSYS® 建模
	经过集成光伏/热能面板以及储能体系，能够进步体系功能。他们的体系在本钱和一次动力节省方面体现更佳，约可节省17%。		体系的年功率在32%到42%之间。该体系适用于家庭通风运用。在激励措施下，该体系的出资报答期预计约为6年。
	增强的功能依赖于阳光来供给可用光和热能		作用受到太阳辐射、方位和气候条件的影响
事例研讨2.20 [36]（Lingmin C等，2020年）	集成了燃气、太阳能和风能以及电力贮存的CCHP多动力体系，选用PSO办法操控	事例研讨2.29 [45]（吴D等，2021）	归纳多场景CCHP体系的理论模型。依据穷举查找的新型自适应技能
	在高峰负荷期间，FEL发生的电力可超过50%		年运转本钱下降了0.67%。IES适用于大型动力供应区域，经济实惠。
	体积大，需求阳光和风		不适合小规模/孤立场景
事例研讨2.21 [37]（Cao Y等人，2020年）	依据已开发的大鹏查找技能的CCHP体系	事例研讨2.30 [46]（马H等，2020年）	CCHP–ORC体系。运用TRNSYS®开发了一个模仿模型
	废热气体中的热量被收回，一同发生电力，使得体系能效超过85%		安稳不规则的功率/热需求。进步源侧热电比的多功用性/可变性。
	但是，改善的全体年度本钱节省下降了体系容量。		过渡时节冷热交替，释放大量糟蹋的热量
事例研讨2.22 [38]（Farmani F等人，2018年）	用于修建的微网CCHP体系的智能EMS概念，以操控储能和可再生动力体系的运转时刻表	事例研讨2.31 [47]（Miao N等人，2020年）	级联式冷热电三联供体系。需求进行剖析，并评价了两种运转形式，即‘依据热量的固定功率’和‘依据电力的固定热量’。
	装备智能操控器的CCHP体系能够显著下降修建物的运转能耗本钱		依据功率的加热固定是更好的运转形式（在他们的状况下），而且年本钱更低。削减了排放。
	该运用程序依据智能电表收集的数据		他们的规则对最佳设置提出了应战
事例研讨2.23 [39]（Zare V, Takleh HR，2020年）	装备传统朗肯循环的喷射式热泵的余热运用体系	事例研讨2.32 [48]（Ji J等人，2020年）	开发了一种集成混合储能体系和有机 Rankine 循环的新型 CCHP 体系，以评价其功能。
	替换气体冷却器后，其火用功率为30.9%，净功率输出为49.1%，冷却输出为75.8%。		在其间一个事例研讨中，功率范围为35.70%至42.70%，相对于传统CCHP体系，功率进步了>40%。
	替换气体冷却器还导致热量输出削减了39.1%。		ORC运用可燃流体，如果走漏或许对环境造成危害
事例研讨2.24 [40]（Mohammadi K，Powell K，2020）	运用CO2并行压缩经济化-蒸汽压缩制冷循环的1兆瓦容量的集成联产和三联产体系的新装备	事例研讨2.33 [49]（Jia J等人，2021年）	研讨了一种CCHP-ORC-ST体系，其热力学功能更好，它具有更大的发电能力、更多的能量和更高的废热功率。
	首要奉献是对这类体系众多或许变体的深入技能经济评价		与传统冷热电联供体系比较，商业修建的年度本钱节省为15.0%，办公修建的年度本钱节省为27.0%。
	十分巨大的体系		均匀而言，ORC的功率约为10%。
事例研讨2.25 [41]（Chahartaghi M，Sheykhi M，2019）	双斯特林发动机CCHP体系，以H2和氦气为作业气体	事例研讨2.34 [50]（李杰等人，2021年）	依据化石燃料的传统CCHP体系和依据IES的现代可再生动力体系的评价
	运用氦气时，电力、冷量、热量发生、CCHP功率和COP成果分别为15.24千瓦、19.65千瓦、12.65千瓦、70%和64.4%；运用氢气时，这些数值分别为22.52千瓦、21.65千瓦、14.43千瓦、72.29%和66.7%。氢气供给了更好的成果。		IES办法在协调和最大化独立和孤立的CCHP体系中的不同能量流动方面至关重要。不确认性建模办法被评价以确保办法的准确性并削减对上层电网的晦气影响。
	体系十分巨大。需求外部加热。发动缓慢。经济本钱高。		与化石燃料不同，可再生动力尽管清洁，但由于断电不安稳。
事例研讨2.26 [42]（Parikhani T等，2020年）	一种由LTHS驱动的新型氨水混合CCHP体系，该体系是依据Kalina循环的定制版别。热力学和热经济平衡方程用于剖析热体系的功能，以研讨所提出体系的可行性。
	能量功率和外能功率分别被发现为49.83%和27.68%。最佳的电力、冷却和加热容量也分别是0.253、1.610和1.972兆瓦。
	进步能效需求进步蒸腾温度和根本氨浓度
事例研讨2.35 [51]（钱洁等，2021）	一种风能-太阳能冷热电联供体系。提出了一种依据模糊层次剖析法、反熵原理和博弈论的混合整数规划模型办法来核算目标权重。经过建立Kendall秩相关系数，确立了冷热电联供体系和风能-太阳能冷热电联供体系之间的相关性，并以冷热电联供体系为参阅，选用FCE办法评价体系的归纳功能。	事例研讨2.43 [59]（杨旭等，2022年）	该光伏冷热电联产混合体系有许多部分，因而在运转进程中随时或许发生毛病。他们的作业侧重于3E，比较/剖析了三种光伏冷热电联产体系的功能——SPV冷热电联产、MPV冷热电联产和RPV冷热电联产。选用两阶段优化技能，对三种体系进行了测试。RPV冷热电联产作用最佳。
	归纳功能优越，由于选用了多种优化技能，优于其他CCHP体系。		RPV CCHP体系的功能比MPV CCHP体系和SPV CCHP体系分别高出16.20%和13.99%。
	索引缺陷。没有风和阳光时容易发生毛病。		由于冗余而本钱昂扬且笨重
事例研讨2.36 [52]（赵H等，2022）	一个专心于3E的CCHP-微网体系。MCDM框架规划选用了两个模块化步骤：(i)集成AEW和灰色-DEMATEL，以及(ii)运用改善的TOPSIS和DQGRA对评价事例进行排序。	事例研讨2.44 [60]（王M等，2022年）	高效的超临界CO2联产体系。他们的研讨成果显现，经过引进喷射器，ER联产体系的净输出功率比TR联产体系高。
	他们的多原则决策模型计划与四个多原则决策模型比较，对CCHP-MG体系的3E功能具有杰出的潜力和相关性。体系在动力供应、节省、运用和等效减排方面的收益		他们的研讨成果显现，在230摄氏度和20兆帕条件下，TR CCHP和ER CCHP体系分别能到达26.9%和27.9%的最佳火用功率，以及7.5375和7.9103兆瓦的最大净输出功率。
	该模块需求修正才干与其他MCDM一同运用		二氧化碳的临界压力很高（7.37兆帕），临界温度低至31.1摄氏度。
事例研讨2.37 [53]（徐杰等人，2021年）	用于LNG冷能/废热收回的声热CCHP体系。他们的研讨新颖性在于经过改动沟通发电机的外部电阻，使发电机和声热单元的阻抗在声学上匹配，以完结总最大外推功率。	事例研讨2.45 [61]（Deng Y等人，2022年）	CCHP-GSHP-SF-SE体系（其间SF=0.4）比CCHP-GSHP-SE和CCHP-SE体系更好。在归纳功能方面，CCHP-GSHP-SE和CCHP-GSHP-SF-SE体系分别比CCHP-SE体系高出3.05%和10.92%。
	他们的研讨成果显现，他们的冷热电联供体系能够有用地为各种动力/电力供应形式供给服务。		CCHP–GSHP-SF–SE发生的能量、经济和CO2的节省分别为5.25%、0.68%和4.58%。
	LNG在温室气体排放方面存在问题。LNG温度极低，需求特殊资料贮存。存在走漏风险。		GSHP的设备本钱相对较高。在沙质土壤上的功率较低。体积较大，在小空间内改造时或许会有些扎手。
事例研讨2.38 [54]（李阳等，2021年）	一种依据FEL、FTL和FHL的能量增强特性的交互式操作战略的ICCHP体系。	事例研讨2.46 [62]（徐Y等，2022）	装备溴化锂吸收式制冷机和储水罐的固体氧化物燃料电池冷热电联产体系。首要关注4E评价标准：动力、环境、火用和经济性以及冷热电联产体系的4E效益。
	他们的研讨成果标明，不同负荷的CCHP体系能够经过运转方式的能量增强来提高ICCHP体系。		研讨了FC堆栈和作业条件以及4E中吸收式制冷机的影响。温度的升高增加了发生的电力。
	但是，相同负荷的CCHP体系只能依靠运转战略的能量增强，导致功能下降。		该体系涉及极高的温度。温度的升高也下降了发生的热功率。吸收式制冷机体积巨大。
事例研讨2.39 [55]（康L等，2022年）	他们的作业经过主成分剖析和相关剖析研讨了热能的不匹配/推迟。	事例研讨2.47 [63]（Nondy J，Gogoi T，2022）	研讨并比较了两个依据4E的CCHP体系，它们具有相同的回热燃气轮机顶循环，但底循环不同，形成了体系I和体系II。
	他们的研讨成果显现，测量值和猜测值之间的线性回归相关系数为90.97%，冷却负荷的均匀绝对百分比差错为6.84%，而加热负荷的均匀绝对百分比差错为5.43%。		运用PESA-II和TOPSIS技能取得了最佳成果。体系I选用带有回热-再生ORC、蒸汽透平缓两个吸收式冷却体系的底循环，比体系II更好。
	GSHPs体积大且设备本钱高		蒸汽轮机一般发动时刻较长。燃气轮机体积巨大且更杂乱。
事例研讨2.40 [56]（Yan R等，2022年）	混合可再生动力体系。他们的研讨创新之处在于将随机优化和鲁棒优化整合到一个两阶段的随机-鲁棒容量优化模型中，以充沛应对多种不确认性，并稳健地取得最优成果。	事例研讨2.48 [64]（卢Z等，2022年）	冷热电三联供-独立式太阳能集热器-双效溴化锂吸收制冷(DEALBR)体系。进行了热能和太阳能对功能影响剖析。成果显现，他们的冷热电三联供体系能够发生494.1兆瓦的电力，7.55709兆瓦的冷量，COP为1.09，以及57.95625兆瓦的热量。
	他们的研讨成果标明，经过恰当的情景数量，依据情景的随机优化能够节省97.71%的核算时刻，一同确保优化成果的可靠性。		他们的CCHP体系具有更好的作业能力和更低的CO₂排放量，一同能够满足用户对电力、加热和冷却负荷的需求。
	但是，预算的不确认性极大地影响了接连设备的设备容量，而对离散设备数量几乎没有影响。		MCFC发电需求更高的温度和氢气运用率。高温会下降体系的耐用性。
事例研讨2.41 [57]（傅C等，2022年）	开发了改善的FEL（IFEL）和改善的FTL（IFTL）战略，以充沛操控能量流动。	事例研讨2.49 [65]（Salimi M等，2022年）	研讨了各种CCHP体系在不同领域运用时的绿色特性
	成果标明，选用所提出的IMOMVO算法获取的帕累托解散布均匀，能够给出一组具有代表性的解。IFEL战略给出了最佳的大局成果。		削减碳脚印和水脚印的首要驱动要素是提高体系部分，例如焚烧引擎，并将体系扩展到多代体系，进步最小碳脚印产品的生产力。
	杂乱的算法和操作战略		多功用CCHP体系杂乱且本钱昂扬
事例研讨2.42 [58]（杨L等，2022年）	地热能CCHP体系。运用热水器运用废用地热水进行加热，而根本闪蒸循环的节流阀被喷射器替代以完结冷却输出。	事例研讨2.50 [66]（任飞等，2022年）	总述了各种CCHP体系集成以及优化技能和办法的广泛剖析。检查了修建、邻里、区和城市层面的运用场景，并记录了它们的关注点。
	建立了具体的数学模型并进行了验证，以评价CCHP体系的功能。展现了影响火用功率的各种要素。		选用最佳设备容量、网络布局和运转办法来办理和改善散布式动力体系的全体功能。
	热水器温度的升高影响了体系的体系外生机能。地热能受地理方位约束，本钱昂扬，体积巨大，且不可继续。		散布式体系的研讨难点能够概括为五个方面——绿色动力、高效转化、杰出网络、负载猜测和规划。

Fig. 1:

CCHP体系的概述。

1 CCHP体系

CCHP体系在同一进程中一同发生热量和电力，稍后依据混合完结的类型从发生的电力和/或热量中获取冷却。经过恰当规划的CCHP体系，总能量功率能够超过90%。一般，CCHP原动机各不相同，包含各种动力来历和转化技能，依据文献剖析以及[4,5]中的说明，特定的CCHP体系称号一般由其原动机或发电单元（PGU）派生出来。如[2]中所述，CCHP体系的规划是为了(i)跟从电力负荷，(ii)跟从热负荷，(iii)跟从电热负荷，其间跟从电力负荷是最盛行的。但是，更先进的计划正在被运用，由于CCHP体系不仅依据硬件方面，现在还依据软件方面。此外，CCHP体系应该规划和布置四个首要目标，即最大化(i)能量，(ii)外能，(iii)环境效益和(iv)经济效益。检查了各种CCHP研讨，接下来是50项研讨，这些研讨标明，修建模块不仅是物理的，而且由不同类型的PGU、能量转化和存储机制以及不同的优化/操控战略组成。

1.1 冷热电联供体系

如[4]中所述，内燃机（ICEs）将燃料和空气注入气缸，在气缸内发生焚烧，使燃料和空气混合物发生有用功。这个进程是周期性的，因而很难完结燃料的完全焚烧，导致噪音和污染。与现代的内燃机CCHP体系不同，前期的体系是依据轿车发动机改造为运用天然气；因而，它们不可靠且需求十分高的维护。在[2]中，研讨了一个由四个不同的冷却机制组成的ICE CCHP体系，包含遵从电力负载（FEL）和遵从热负载（FTL）的状况，并比较了其在动力、经济和环境效益方面的功能和优化技能。研讨发现，在动力、经济和环境方面，FEL体现最佳，而图2所示的吸收式制冷机制的地源热泵（GSHP）在四个版别中体现最佳。依据[5]，ICEs现已老练，具有相对较低的本钱、高功率和快速发动时刻，而且能够运用天然气和汽油（汽油）燃料来驱动。

Fig. 2:

天然气（化石燃料）内燃机CCHP体系。经Elsevier答应转载自[2]。