课题来源与背景：燃料电池分布式能源是国家重点支持方向。作为新一代去中心化能源供应系统，分布式能源在能源效率、运输成本和系统柔性安全性方面具有巨大优势。质子交换膜燃料电池（PEMFC）效率高、响应快、功率密度高，最适合中小规模分布式能源。由于工作温度低，其热管控和热能回收困难，传统风冷、水冷、蒸发冷却等冷却方式不能满足需求。

    技术原理及性能指标：为了满足PEMFC对高纯氢气的要求，并解决氢气储运难的问题，本研究采用甲醇重整制氢的方式，根据甲醇重整气中CO成分特点，在热力学和结构上对CO水汽变换单元与重整制氢单元进行耦合，生产满足PEMFC稳定运行的高纯度氢气，同时探究了基于流动沸腾的PEMFC精准热管控方法，实现PEMFC反应气体通道与冷却通道的协同设计，达到PEMFC的温度均匀性指数小于1℃。在进行新型低温驱动蓄能型吸收式制冷系统的循环构建及温度优化时，需针对 PEMFC沸腾冷却流体工作特性，构建低温驱动型吸收式制冷循环，结合供需匹配特性，融入吸收式热化学蓄能技术，构建蓄能型吸收式制冷循环，优化设计操作参数，以实现在75°C 驱动温度下高效吸收式制冷COP大于0.5。研究也需对甲醇重整PEMFC冷热电联供系统进行时空综合集成优化，构建分布式能源集成系统流程，优化系统设备结构和操作参数，探索系统最优的调控策略，实现系统能量利用效率高于85%。

    技术的创造性和先进性： 1）提出了甲醇重整-钯膜提纯制取高纯氢集成工艺系统，开展了系统热力学分析研究，搭建了实验系统并进行了运行优化，实验证明该技术能够获得高纯氢气。 2）建立了三维非等温PEMFC模拟模型，分析了结构参数和工作条件引起的PEMFC性能指标之间的关系；针对不同运行工况，研究不同反应气体通道结构中伴随有气体扩散与水输运等复杂物理现象的传热传质机理，明晰气体通道壁面上的温度分布特性；深入分析了PEMFC冷却通道内冷却流体的沸腾传热特性，对PEMFC的结构进行了优化设计，实现了冷却通道内的温度均匀分布（温度均匀性指数可达0.38℃）。 3）针对PEMFC沸腾冷却流体工作特性，构建了低温驱动蓄能型吸收式制冷循环，对操作参数进行了优化设计；提出了一种结合PEMFC与基于微通道膜的吸收冷却（MMAC）的复合系统，以上研究能够实现在75°C 驱动温度下高效吸收式制冷COP大于0.5。 4）基于重整制氢、PEMFC、吸收制冷和供热子系统工艺模型，构建了分布式能源系统流程，对系统进行了热经济性分析，综合多子系统间工艺耦合和热集成的分布式冷热电联供系统集成设计及全工况运行控制方法；针对电、冷、热需求变化时甲醇进料量、重整温度、电池反应和冷却的响应情况、余热分配、制冷系统蓄放热特性等对系统性能的影响，探索系统最优调控策略，并实现系统能量利用效率高于85%。

    技术的成熟程度、适用范围和安全性：该方案融合了当前在氢能制备、燃料电池热管理以及高效能源转化领域的最新研究成果。本技术方案能够有效产出适合PEMFC使用的高纯氢气。流动沸腾精确热管理策略，通过先进的热力学设计与仿真优化，确保PEMFC的温度控制在极佳状态。此外，低温驱动型吸收式制冷循环的设计与优化，也反映了在制冷技术领域的前沿探索，特别是在热化学蓄能集成方面的创新应用。该系统集成了冷、热、电三联供功能，使其非常适合于多种场景下的应用。在城市区域，可以为商业建筑、数据中心提供高效、清洁的能源解决方案；在偏远地区，作为独立能源系统，可保障基本的生活与工业用电需求，同时利用余热满足供暖与制冷需求，减少对外部能源的依赖，展现了广泛的适用性和市场潜力。安全性方面，该系统设计充分考虑了各个环节的风险控制。甲醇重整过程通过封闭循环与高效催化剂，降低了潜在的泄露风险和环境影响。PEMFC系统通过精确的热管理机制，有效避免了局部过热，减少了安全隐患。整个系统集成还强调了对应急响应机制的设计，包括对甲醇进料量、重整温度等关键参数的实时监控与调节，以及余热回收与分配的优化策略，进一步增强了系统的稳定性和安全性。

    应用情况及存在问题：该技术方案由于其高度的集成性和创新性，在多个领域展现出了广阔的应用前景，尤其是对于那些需要同时满足电力、供暖和制冷需求的场所，如工业园区、商业综合体、居民小区等。这种冷热电联供系统能够显著提高能源利用效率，降低能耗成本，减少碳排放，并通过实验验证了其可行性。但其也存在以下问题：1.成本问题：尽管技术潜力巨大，但初期投资成本较高，包括甲醇重整装置、PEMFC系统、以及吸收式制冷系统的建设与维护成本，可能限制其大规模商业化应用。2.环境与可持续性考量：虽然使用甲醇作为原料相比直接使用氢气在运输和储存上更为便利，但甲醇的生产过程中也可能产生一定的碳排放。因此，如何确保整个生命周期内的环境足迹最小化，是未来需要关注的问题。

    历年获奖情况：暂无。