T/CES 225-2023 质子交换膜燃料电池热电联产系统能效测算方法

以下是对团体标准《T/CES 225-2023 质子交换膜燃料电池热电联产系统能效测算方法》的详细总结：

​​一、标准基本信息​​

• ​​标准编号​​：T/CES 225-2023
• ​​名称​​：质子交换膜燃料电池热电联产系统能效测算方法
• ​​适用范围​​：
  • 输出电功率≥50kW的质子交换膜燃料电池热电联产系统（PEMFC-CGS）。
  • 系统可直接连接直流电网，或通过转换开关连接交流电网/独立配电系统。
• ​​首次发布​​：2023年12月。

​​二、核心术语定义​​

1. ​​质子交换膜燃料电池（PEMFC）​​：以质子交换膜为电解质的燃料电池。
2. ​​燃料电池热电联产系统​​：同时输出电能和热能的系统。
3. ​​能效测算​​：对系统电能、热能综合效能的量化评估。
4. ​​关键效率指标​​：
   • ​​电效率（ηₑ）​​：净电功率与燃料总焓流的百分比（以低热值为基准）。
   • ​​热效率（ηₜ）​​：回收热能占燃料总焓流的百分比。
   • ​​总能量效率（ηₜₒₜₐₗ）​​：输出电能+热能占燃料总焓流的百分比。
   • ​​热电比（R）​​：净产热量与净产电量（换算为热量）的比值。

​​三、系统结构与边界​​

• ​​系统示意图​​：

   

• ​​边界定义​​：
  • 能量回收系统包含在边界内；
  • 能量储存装置视为边界外；
  • 燃料热值基于系统入口状态计算。

​​四、能效试验要求​​

• ​​环境要求​​：
  • 海拔＜2000m；温度5–60℃；湿度55%±20%；
  • 大气污染物（SO₂、NOₓ等）符合GB 3095-2012三级标准；
  • 电磁辐射满足GB 8702-2014限值。
• ​​气体要求​​：
  • 燃料氢气纯度≥99.98%（符合GB/T 37244）；
  • 氧气体积分数：19% ≤ φ(O₂) ≤ 22%。

• ​​正常运行工况​​：电能、热能综合效能评估；
• ​​启停特性试验​​：启动/关机过程的能耗与时间测算。

​​五、能效试验流程​​

1. ​​启动阶段​​：
   • 冷态启动至额定功率，记录启动时间及能耗。
2. ​​稳态运行​​：
   • 以额定功率运行≥3小时，采样间隔≤30秒；
   • 连续采集电能、热能、燃料流量等数据。
3. ​​关机阶段​​：
   • 记录关机时间及能耗，采样间隔≤15秒。

​​六、关键计算公式​​

• ​​燃料输入功率​​（公式7）：
  Q_{\text{fuel.a}} = q_{vf0.a} \cdot E_{\text{fuel}}
  • q_{vf0.a}：标准状态燃料体积流量（m³/s）；
  • E_{\text{fuel}}：单位体积燃料能量（kJ/m³）。

• ​​综合电效率​​（公式15）：
  \eta_e = \frac{W_g \times 3600}{Q_{\text{fuel.a}} \cdot t} \times 100\%
  • W_g：净产电量（kWh）；
  • t：试验时长（h）。
• ​​综合热效率​​（公式19）：
  \eta_t = \frac{Q_g}{Q_{\text{fuel.a}} \cdot t} \times 100\%
• ​​总能量效率​​（公式20）：
  \eta_{\text{total}} = \frac{W_g + \frac{Q_g}{3600}}{Q_{\text{fuel.a}} \cdot t} \times 100\%

• ​​单位供电氢耗​​（公式14）：
  B_h = \frac{q_{vf0.a} \cdot t}{W_g} \quad (\text{m³/kWh})
• ​​热电比​​（公式21）：
  R = \frac{Q_g}{3600 \cdot W_g} \times 100\%

​​七、安全与数据要求​​

• ​​安全规范​​：
  • 测试前检查气密性（符合GB 50177-2019）；
  • 实时监测氧中氢浓度防爆。
• ​​数据采集​​：
  • 数据记录频率≤30秒（稳态）/≤15秒（启停）；
  • 燃料消耗数据符合GB/T 23751.2-2017。

​​八、归口与起草单位​​

• ​​归口单位​​：中国电工技术学会标准工作委员会储能技术工作组
• ​​主要起草单位​​：北方工业大学、青海大学、国网江苏电科院等12家机构。

​​总结​​：该标准首次规范了PEMFC热电联产系统的能效测算方法，涵盖系统边界定义、测试条件、仪器精度、试验流程及核心计算公式，为≥50kW系统的能效评估提供技术依据。