热能动力工程

作者：张新鹤,何桂雄,华东,张磊,高明

单位：中国电力科学研究院有限公司,,中国电力科学研究院有限公司,,国网新疆电力有限公司经济技术研究院,,国网新疆电力有限公司经济技术研究院,,国网新疆电力有限公司经济技术研究院,

关键词：质子交换膜燃料电池;热电联供系统;?分析;耦合建模;系统优化

基金：单套兆瓦级质子交换膜燃料电池热电联供系统设计与集成国重项目(SQ2023YFB4000029);国家电网有限公司总部管理科技项目资助(5400-202336583A-3-2-ZN)

围绕大功率质子交换膜燃料电池（PEMFC）热电联供系统的优化设计与性能分析，提出了一种可实现水电气热梯级利用的高效系统。通过构建耦合氢气循环、余热回收与水管理的系统架构，实现水、电、气、热的多能梯级利用；结合热力学与?分析理论，建立系统仿真模型，量化电堆及辅助部件的?流动与损失分布；并通过实验验证模型准确性，分析运行温度、压力与湿度等关键参数对系统性能的影响。结果显示：系统?效率可达43.4%，热电总利用率超过90%；电堆不可逆?损为主要损耗来源，占比超85%，但辅助部件中电子水泵、加湿器及换热器存在较大可优化空间；在低电流密度下，提高温度与湿度可提升电堆性能，而高电流密度工况则需降低温湿度以抑制寄生功耗。基于上述分析，提出基于工况分段的参数优化建议，实现系统效率与净功率输出的协调优化。研究成果可为PEMFC热电联供系统的高效运行与工程应用提供理论支撑与设计依据。

来源：2026年第3期

《热能动力工程》期刊编辑部

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