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
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- 标准类型：团体标准规范
- 标准语言：中文版
- 文件类型：PDF文档
- 更新时间：2025-06-24
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资料介绍
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
- 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。
- 燃料电池热电联产系统：同时输出电能和热能的系统。
- 能效测算：对系统电能、热能综合效能的量化评估。
- 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
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系统示意图：
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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
1. 测试条件
- 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%。
2. 测量仪器精度
| 参数 | 精度要求 |
|---|---|
| 功率 | ±2% |
| 电压/电流 | ±1% / ±2% |
| 燃料热值 | ±1% |
| 气体纯度 | ±0.01%（体积比） |
| 温度 | ±3℃ |
3. 试验项目
- 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
- 启动阶段：
- 冷态启动至额定功率，记录启动时间及能耗。
- 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。
- 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
1. 输入计算
- 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）。
2. 能效指标
- 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/%
3. 辅助参数
- 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。