質(zhì)子交換膜燃料電池的能源系統(tǒng)熱經(jīng)濟(jì)分析

胡君怡，梁穎宗，羅向龍，陳健勇，楊智，何嘉誠(chéng)，陳穎

（廣東工業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院，廣東廣州 510006）

0 引言

隨著社會(huì)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，能源消耗日益增加，帶來(lái)了大量的溫室氣體。在“二氧化碳排放力爭(zhēng)于2030年前達(dá)到峰值，爭(zhēng)取在2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和”的背景下，質(zhì)子交換膜燃料電池（Proton Exchange Membrane Fuel Cell，PEMFC）的反應(yīng)物是氫氣和空氣，生成物只有水，零污染，具有效率高、運(yùn)行溫度低等特點(diǎn)，在工業(yè)和科研領(lǐng)域備受關(guān)注[1-3]。

CHEN等[4]將PEMFC與冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)相耦合，夏季能源效率提高至70.1%，在冬季能源效率提高至82%。CHEN等[5]提出地?zé)崮茌o助甲醇水蒸氣重整制氫與PEMFC耦合的微型冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，?效率為8.8%，一次能源節(jié)約率為47.24%，能源效率為66.30%，平準(zhǔn)化度電成本為0.269元/(kW·h)。CHANG等[6]研究了基于太陽(yáng)能和高溫PEMFC的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)一次能源節(jié)約率為64.9%，?效率為49.7%。YANG等[7]利用燃料電池產(chǎn)生的熱量作為吸收式制冷系統(tǒng)的輸入能量，總能源效率提高了6.8%。CHAHARTAGHI等[8]研究了一種基于PEMFC的冷熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，系統(tǒng)的能源效率為81.55%，?效率為54.5%。COMPANARI等[9]研究和測(cè)試了一種基于PEMFC的熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，電效率和熱效率分別為21.1%和55.13%。AKIET等[10]設(shè)計(jì)了一種家用基于PEMFC微型熱電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)，同時(shí)可為6個(gè)家庭提供電力和熱水，該系統(tǒng)能夠降低6%的主要能源消耗和11%的二氧化碳排放。

綜上所述，大部分學(xué)者僅使用甲醇水蒸氣重整制氫熱力學(xué)模型，而與甲醇水蒸氣重整制氫動(dòng)力學(xué)模型結(jié)合使用較少；并且大多對(duì)經(jīng)濟(jì)性分析集中在平準(zhǔn)化度電成本，缺乏后期系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)方案。

針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種新型的質(zhì)子交換膜燃料電池的能源系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及基于眾籌的系統(tǒng)建設(shè)運(yùn)營(yíng)方案。根據(jù)提出的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)方案，本文以?xún)綦娦?、能量利用效率、平?zhǔn)化度電成本、成本回收周期、利潤(rùn)為指標(biāo)，通過(guò)建立的嚴(yán)格系統(tǒng)熱動(dòng)力模型和經(jīng)濟(jì)性模型，綜合分析運(yùn)行參數(shù)和眾籌模式對(duì)系統(tǒng)熱力性能和經(jīng)濟(jì)性能的影響。

1 系統(tǒng)描述

系統(tǒng)的概念流程如圖1所示。系統(tǒng)由(a)甲醇水蒸氣重整制氫子系統(tǒng)、(b)鍋爐子系統(tǒng)、(c)PEMFC子系統(tǒng)、(d)吸收式制冷子系統(tǒng)和(e)槽式太陽(yáng)能集熱子系統(tǒng)構(gòu)成。系統(tǒng)的運(yùn)行可分為白天和夜間兩種模式：系統(tǒng)在白天由鍋爐和太陽(yáng)能集熱器供熱、在夜間由鍋爐供熱。

圖1 甲醇蒸氣重整-PEMFC冷熱電聯(lián)供分布式能源系統(tǒng)概念流程

具體流程為：甲醇水蒸氣重整制氫子系統(tǒng)將作為原料的甲醇和水加壓后與回收的原料混合并汽化，送入反應(yīng)器，生成氫氣、一氧化碳和二氧化碳。反應(yīng)流出物經(jīng)過(guò)換熱、冷卻和氣液分離回收未反應(yīng)的原料，其余的生成物則經(jīng)過(guò)變壓吸附裝置（Pressure Swing Adsorption，PSA）分離獲得高純度的氫氣以供PEMFC發(fā)電。白天時(shí)，反應(yīng)器所需的熱量由太陽(yáng)能集熱子系統(tǒng)以及鍋爐通過(guò)燃燒PSA分離出的雜質(zhì)氣和解吸過(guò)程使用過(guò)的沖洗氣（氫氣）提供；在夜間模式，反應(yīng)器由鍋爐通過(guò)燃燒雜質(zhì)氣、沖洗氣和燃料甲醇為系統(tǒng)供熱。

PEMFC子系統(tǒng)將氫氣和空氣預(yù)熱，送入電堆，生成水，同時(shí)產(chǎn)生電和廢熱。陰極通道反應(yīng)流出物經(jīng)過(guò)氣液分離并加壓，作為生活熱水。陽(yáng)極通道反應(yīng)流出物送入PSA，用于沖洗。

吸收式制冷子系統(tǒng)將攜帶PEMFC廢熱的工質(zhì)水送入制冷機(jī)組的發(fā)生器，驅(qū)動(dòng)制冷機(jī)組制冷。在制冷機(jī)組中，冷卻器和蒸發(fā)器的水經(jīng)過(guò)換熱并加壓，分別作為生活熱水和冷凍水。

2 數(shù)學(xué)模型

本文對(duì)重整器反應(yīng)熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)[11]、PEMFC模塊[12]、物流物性、過(guò)程熱集成以及眾籌經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行嚴(yán)格的數(shù)學(xué)建模。導(dǎo)熱油Therminol VP-1的物性模型由文獻(xiàn)[13]數(shù)據(jù)擬合獲得，其他物性模型來(lái)源于REFPROP[14]和ASPEN PLUS[15]。本文僅列出主要的數(shù)學(xué)模型，系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)計(jì)參數(shù)

模型作如下假設(shè)：1）環(huán)境溫度和壓力分別為25 ℃和0.101 32 MPa；2）如無(wú)特別說(shuō)明，系統(tǒng)不考慮壓降和熱損失；3）分布式能源系統(tǒng)運(yùn)行壽命為20 y，建設(shè)周期為0.5 y，年運(yùn)行時(shí)間為8 640 h[19]；4）系統(tǒng)凈輸出電功率為1×106W；5）產(chǎn)生的冷凍水和生活熱水需克服0.202 64 MPa的壓損；6）美元兌人民幣以2021年12月31日匯率（1美元兌6.369 1人民幣）為標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 熱力學(xué)模型

在白天模式中，系統(tǒng)輸入能量（Qinput,D，W）與輸出能量（Qoutput,D，W）計(jì)算：

式中，BCH3OH為甲醇高熱值，取726 514 J/mol；nCH3OH,D為甲醇消耗量，mol/s；Qs,D為總太陽(yáng)輻射能，W；ED為凈輸出電功率，W；Qcooling,D為制冷功率，W；QDHW,D為制熱功率，W。

凈輸出電功率（ED，W）與制熱功率（QDHW,D，W）計(jì)算分別為：

式中，Wfc,D為PEMFC電堆功率，W；Was,D為各輔助部件消耗電功率，W；mHW,D為生活熱水質(zhì)量流量，kg/s；CpHW為水比熱容，取4 200 J/(kg·℃)；THW,D為生活熱水溫度，℃。

在夜晚模式中，除系統(tǒng)的輸入能量外，其余計(jì)算同上，輸入能量（Qinput,N，W）計(jì)算為：

式中，nCH3OH,N為甲醇消耗量，mol/s。

系統(tǒng)凈電效率（ηe，%）為：

式中，EN為凈輸出電功率，W。

系統(tǒng)能源利用效率（ηCCHP，%）計(jì)算如下：

式中，Qoutput,N為輸出能量，W。

2.1.1 甲醇水蒸氣重整反應(yīng)模型

重整反應(yīng)器的反應(yīng)包括甲醇水蒸氣重整、甲醇分解和水煤氣變換三種反應(yīng)分別為：

反應(yīng)的主要熱力學(xué)模型見(jiàn)式(11)、動(dòng)力學(xué)模型見(jiàn)式(12)：

式中，ΔG為吉布斯自由能變化量，J/mol；R為理想氣體常數(shù)，J/(mol·K)；Treact為甲醇水蒸氣重整制氫反應(yīng)溫度，℃；X為物質(zhì)摩爾百分?jǐn)?shù)，%。

反應(yīng)器的參數(shù)如表2所示，其余參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[11,20]。其中實(shí)際甲醇轉(zhuǎn)化率按照反應(yīng)平衡時(shí)甲醇轉(zhuǎn)化率的96%計(jì)算。

表2 甲醇水蒸氣重整反應(yīng)模型參數(shù)

式中，r1為式(8)的反應(yīng)速率，mol/(s·m3)；kR為式(8)的速率常數(shù)，m2/(s·mol)；K*CH3O(1)為物質(zhì)CH3O的平衡常數(shù)，MPa-0.5；pi為物質(zhì)i的分壓，MPa；KR為式(8)的平衡常數(shù)，MPa2；為位點(diǎn)i的表面密度，mol/m2；ρb為催化劑密度，kg/m3；為物質(zhì)HCOO的平衡常數(shù)，MPa-1.5；為物質(zhì)OH的平衡常數(shù)，MPa-0.5；KH(1a)為物質(zhì)H的平衡參數(shù)，MPa-1。

2.1.2 鍋爐模型

在鍋爐內(nèi)假設(shè)甲醇、氫氣、一氧化碳和空氣充分燃燒，主要反應(yīng)有：

在鍋爐中燃燒產(chǎn)生的高溫氣體溫度計(jì)算：

式中，hboiler,i,inlet為物質(zhì)i進(jìn)入鍋爐的摩爾焓，J/mol；Tboiler,i,inlet為物質(zhì)i進(jìn)入鍋爐的溫度，℃；nboiler,i,inlet為物質(zhì)i進(jìn)入鍋爐的摩爾流量，mol/s；hboiler,i,out為物質(zhì)i離開(kāi)鍋爐的摩爾焓，J/mol；Tboiler,i,out為物質(zhì)i離開(kāi)鍋爐的溫度，℃；nboiler,i,out為物質(zhì)i離開(kāi)鍋爐的摩爾流量，mol/s。

2.1.3 PEMFC模型

PEMFC因其高效率、易控制和低工作溫度而脫穎而出，成為市場(chǎng)和研究的重要部分。單個(gè)PEMFC的輸出電壓（Vfc，V）計(jì)算[12]：

式中，Enerst為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的能斯特電壓，V；Vact為活化極化，V；Vohm為歐姆極化，V；Vconc為濃度極化，V。

電堆的能量平衡為：

式中，Hfc,inlet為進(jìn)口物質(zhì)的能量，W；Hfc,out為出口物質(zhì)的能量，W；Wfc為電堆電功率，W；Qnet為電堆產(chǎn)生的余熱，W。

電堆模型參數(shù)除氫氣利用率[22]λfc,H2為95%，運(yùn)行溫度為T(mén)fc為75 ℃，運(yùn)行壓力pfc為0.101 32 MPa，其余見(jiàn)文獻(xiàn)[12]。

2.1.4 溴化鋰吸收式制冷模型

溴化鋰吸收式制冷機(jī)組主要包括4個(gè)部件：發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器。溴化鋰吸收式制冷模型基本假設(shè)見(jiàn)文獻(xiàn)[4]。

性能系數(shù)（COP）計(jì)算如下：

式中，Qe為制冷功率，W；Qg為吸熱功率，W。

溴化鋰吸收式制冷模型參數(shù)見(jiàn)表3。

表3 溴化鋰吸收式制冷模型參數(shù)

2.1.5 槽式太陽(yáng)能集熱器模型

槽式太陽(yáng)能集熱器由槽式反射鏡、接收管、跟蹤系統(tǒng)以及其他輔助裝置組成。本研究采用的是型號(hào)為L(zhǎng)S-2槽式太陽(yáng)能集熱器，其關(guān)鍵參數(shù)除長(zhǎng)度LPTC為15.6 m外，其余見(jiàn)文獻(xiàn)[23]。

金屬管吸收的熱量（Qabs，W）：

式中，Qs為總太陽(yáng)輻射能，W；ηopt為光學(xué)效率。

金屬管的能量平衡為：

式中，Qu為導(dǎo)熱油吸收的有效熱量，W；Qloss為金屬管與玻璃管之間的輻射熱損失，W。

2.2 經(jīng)濟(jì)學(xué)模型

采用平準(zhǔn)化度電成本（CLCOE，元/(kW·h)）來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性能，定義為：

式中，Cinvestment為備總投資成本，元；Ccrf為資金回收率；CO&M,annual為年運(yùn)行維護(hù)成本，元/y；Cfuel,annual為年燃料費(fèi)用，元/y；Hannual為年運(yùn)行時(shí)間，h/y；EN為夜晚模式凈輸出電功率，W；Qcooling,N為夜晚模式制冷功率，W；QDHW,N為夜晚模式制熱功率，W；i為折現(xiàn)率；n為系統(tǒng)壽命，y；fk為年運(yùn)行維護(hù)成本系數(shù)。

以下為系統(tǒng)各部件的投資函數(shù)。

槽式太陽(yáng)能集熱器成本（CPTSC，元）[24]計(jì)算：

式中，APTSC為集熱場(chǎng)面積，m2。

PEMFC成本（CPEMFC，元）[25]計(jì)算：

式中，Wfc為電堆電功率，W。

溴化鋰吸收式制冷機(jī)組成本（CAbs，元）[25]：

式中，Qe為制冷功率，W。

鍋爐成本（CBoiler，元）[26]：

式中，QBoiler為鍋爐供熱功率，W。

反應(yīng)器成本（CR，元）[27]：

式中，AR為反應(yīng)器的換熱面積，m2；VR為反應(yīng)器的體積，m3。

變壓吸附裝置成本（CPSA，元）[28]計(jì)算如下：

式中，nPSA,annual,H2為年提純氫氣量，mol/y。

2.3 眾籌經(jīng)濟(jì)性模型

本文采用的是投資型眾籌模式，企業(yè)負(fù)責(zé)集資運(yùn)營(yíng)，投資者負(fù)責(zé)投資，政府負(fù)責(zé)收購(gòu)冷熱電，上網(wǎng)冷熱電獲得的收益以每月返還的機(jī)制回報(bào)給投資者，剩余的收益歸企業(yè)所有。在此模式中，眾籌方案分為10年期和15年期，總認(rèn)購(gòu)份數(shù)同為10 000，月平息分別為0.8%和1.0%，收益期數(shù)分別為120和180，冷熱電收購(gòu)價(jià)為1.0 元/(kW·h)。眾籌模式計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 眾籌模式計(jì)算流程

2.4 模型驗(yàn)證

本文將上述建立的模型與已有文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比。如圖3(a)所示，甲醇水蒸氣重整制氫模型在邊界條件設(shè)置相同的條件下與文獻(xiàn)[11]比較了催化劑填充質(zhì)量與進(jìn)口甲醇摩爾流量之比（W/FCH3OH,0）隨甲醇轉(zhuǎn)化率變化的模型預(yù)測(cè)，在239.85 ℃和259.85 ℃下平均相對(duì)誤差分別為2.54%和1.77%。PEMFC模型在邊界條件設(shè)置相同的條件下與文獻(xiàn)[12]對(duì)比了極化曲線（圖3(b)），發(fā)現(xiàn)平均相對(duì)誤差為2.76%。溴化鋰吸收式制冷模型在邊界條件設(shè)置相同的條件下與文獻(xiàn)[29]對(duì)比了性能系數(shù)，發(fā)現(xiàn)相對(duì)誤差為0.09%。槽式太陽(yáng)能集熱器模型在邊界條件設(shè)置相同的條件下與文獻(xiàn)[30]比較了導(dǎo)熱油出口溫度，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)熱油出口溫度的相對(duì)誤差為2.71%。上述誤差均在合理范圍內(nèi)，說(shuō)明本文所建立的模型合理可靠。

圖3 模型準(zhǔn)確性驗(yàn)證

3 結(jié)果與討論

3.1熱力性能分析

圖4所示為重整反應(yīng)器溫度對(duì)系統(tǒng)凈電效率和能源利用效率的影響。由圖4可知，隨著Treact從200 ℃提高到260 ℃，ηe從23.61%升至23.73%，ηCCHP從87.26%升至87.70%，ηe和ηCCHP均增大。

圖4 重整反應(yīng)器溫度對(duì)凈電效率和能源利用效率的影響

因此，提高Treact有利于提高系統(tǒng)能效。需要指出的是，ηe和ηCCHP的增大不顯著，主要原因有兩方面。一方面，由于水煤氣變換反應(yīng)（式(10)）為放熱反應(yīng)，Treact的升高導(dǎo)致反應(yīng)器的CO生成量增加，使得尾氣的熱值增大，鍋爐所需的燃料甲醇量和槽式太陽(yáng)能集熱器所需的總太陽(yáng)輻射能減?。涣硪环矫?，Treact的升高也導(dǎo)致反應(yīng)器CH3OH的消耗量增加，總體而言，輸入系統(tǒng)的能量稍有減小。而又由于系統(tǒng)輸出的冷、熱和電量幾乎不變，系統(tǒng)能效隨反應(yīng)溫度的升高稍有提高。

圖5所示為重整反應(yīng)器溫度對(duì)平準(zhǔn)化度電成本的影響。由圖5可知，隨著Treact從200 ℃升至260 ℃，CLCOE從0.652元/(kW·h)降低到0.642元/(kW·h)，降低了1.46%。

圖5 重整反應(yīng)溫度對(duì)平準(zhǔn)化度電成本的影響

因此，提高Treact有利于系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性能。主要原因有兩個(gè)方面。一方面，由于甲醇水蒸氣重整（式(8)）和甲醇分解（式(9)）為吸熱反應(yīng)，Treact的升高有利于反應(yīng)器CH3OH的消耗速率的提高，導(dǎo)致反應(yīng)器的體積減小；另一方面，Treact的升高使得槽式太陽(yáng)能集熱器所需的總太陽(yáng)輻射能減小，導(dǎo)致槽式太陽(yáng)能集熱器的集熱面積減小，總體而言，年度總成本稍有減小。而又由于系統(tǒng)輸出的年等效電量幾乎不變，系統(tǒng)的平準(zhǔn)化度電成本隨反應(yīng)溫度的升高稍降低。綜上所述，重整反應(yīng)器溫度對(duì)平準(zhǔn)化度電成本的影響較凈電效率和能源利用效率大。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，可根據(jù)實(shí)際情況，適度提高重整反應(yīng)器溫度，降低平準(zhǔn)化度電成本。

3.2 眾籌模式

上述分析顯示重整反應(yīng)器溫度超過(guò)250 ℃對(duì)平準(zhǔn)化度電成本的影響較小，并結(jié)合文獻(xiàn)[31]，因此，眾籌模式按照重整反應(yīng)器溫度250 ℃工況下設(shè)計(jì)，其平準(zhǔn)化度電成本等參數(shù)如表4所示。

表4 眾籌模式結(jié)果參數(shù)

圖6所示為10年期方案與15年期方案對(duì)比。圖6(a)中，10年期方案和15年期方案總眾籌額分別為1.946×107元和1.936×107元，15年期方案較10年期方案降低0.51%；10年期方案和15年期方案投資者總凈收益分別為 1.868×107元和3.485×107元，15年期方案較10年期方案提高86.54%；10年期方案和15年期方案企業(yè)總凈收益分別為1.118×108元和9.559×107元，15年期方案較10年期方案降低14.47%。

圖6(b)中，在10年期方案中，企業(yè)在第0年獲得總眾籌額，在第0～0.5年，支出項(xiàng)為月度建設(shè)費(fèi)和月度還款額，收入項(xiàng)無(wú)、收支赤字，累計(jì)結(jié)余下降至0元。在第0.5年后，系統(tǒng)建設(shè)完成并開(kāi)始運(yùn)行，獲得月度上網(wǎng)冷熱電收益。在第0.5～10年，支出項(xiàng)為月度燃料費(fèi)、月度維護(hù)費(fèi)和月度還款額，收入項(xiàng)為月度上網(wǎng)冷熱電收益，收支盈余，累計(jì)結(jié)余增加。在第10年后，支出項(xiàng)無(wú)月度還款額。在第10～20.5年，支出項(xiàng)為月度燃料費(fèi)和月度維護(hù)費(fèi)，收入項(xiàng)為月度上網(wǎng)冷熱電收益，收入不變，支出減小、收支盈余，累計(jì)結(jié)余增加速率提高，直至第20.5年，達(dá)到系統(tǒng)壽命年限，其中在13.5年，累計(jì)結(jié)余足以支付后期月度燃料費(fèi)和月度維護(hù)費(fèi)，達(dá)到保本點(diǎn)。同理，15年期方案累計(jì)結(jié)余整體趨勢(shì)與上述相似，主要不同之處為：1）在第0.5～10年，15年期方案月度還款額較10年期方案小，15年期方案累計(jì)結(jié)余增加速率較10年期方案大；2）15年期方案在第14.5年達(dá)到保本點(diǎn)；3）15年期方案在第15年后，支出項(xiàng)無(wú)月度還款額。

圖6 10年期方案與15年期方案對(duì)比

綜上所述，對(duì)于投資者而言，15年期方案總眾籌額和10年期方案相差在1%以?xún)?nèi)，雖然15年期方案投資時(shí)長(zhǎng)較10年期方案增加50%，但是15年期方案投資者總凈收益較10年期方案提高86.54%。對(duì)于企業(yè)而言，雖然15年期方案企業(yè)總凈收益較10年期方案降低14.47%，同時(shí)15年期方案保本點(diǎn)時(shí)間較10年期方案延長(zhǎng)8.08%，但是在運(yùn)營(yíng)前期（第0.5～10年），15年期方案累計(jì)結(jié)余稍大于10年期方案，故企業(yè)可調(diào)動(dòng)的應(yīng)急資金更多，抗風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)。15年期方案更能匹配系統(tǒng)20年長(zhǎng)期運(yùn)行收益的特點(diǎn)，故15年期方案更值得鼓勵(lì)。

3.3 眾籌運(yùn)營(yíng)模式敏感性分析

在重整反應(yīng)器溫度250 ℃和15年期方案下，選取冷熱電收購(gòu)價(jià)和月平息進(jìn)行分析，以下是這些參數(shù)對(duì)眾籌模式的影響。

在選取冷熱電收購(gòu)價(jià)做敏感性分析時(shí)，月平息為1.0%。圖7所示為冷熱電收購(gòu)價(jià)對(duì)總眾籌額、投資者總凈收益、企業(yè)總凈收益和月度上網(wǎng)冷熱電收益的影響?？芍?dāng)冷熱電收購(gòu)價(jià)從0.8 元/(kW·h)提高到1.1 元/(kW·h)，總眾籌額和投資者總凈收益不變，企業(yè)總凈收益從3.273×107元升至1.270×108元，提高了 288.05%，月度上網(wǎng)冷熱電收益從1.048×106元/m升至1.440×106元/m，提高了37.50%。

圖7 冷熱電收購(gòu)價(jià)對(duì)總眾籌額、投資者總凈收益、企業(yè)總凈收益和月度上網(wǎng)冷熱電收益的影響

圖8所示為冷熱電收購(gòu)價(jià)對(duì)累計(jì)結(jié)余的影響。由圖8可知，隨著冷熱電收購(gòu)價(jià)從0.8 元/(kW·h)提高到1.1 元/(kW·h)，在第0.5～20.5年，累計(jì)結(jié)余增加速率逐漸增大，保本點(diǎn)逐漸從第18年提前至第13年，時(shí)間縮短了27.78%。

圖8 冷熱電收購(gòu)價(jià)對(duì)累計(jì)結(jié)余的影響

綜上所述，冷熱電收購(gòu)價(jià)從0.8 元/(kW·h)提高到1.1 元/(kW·h)，提高了37.50%，雖然總眾籌額和投資者總凈收益不變，但是企業(yè)總凈收益提高了288.05%，提高幅度可觀。同時(shí)，累計(jì)結(jié)余增加速率增大，保本點(diǎn)時(shí)間縮短27.78%，抗風(fēng)險(xiǎn)能力增強(qiáng)。政府通過(guò)適當(dāng)提高冷熱電收購(gòu)價(jià)，可以實(shí)現(xiàn)：1）提高眾籌模式的可行性和穩(wěn)定性；2）提高企業(yè)的積極性；3）可將多余的盈利以其他形式分配給投資者，增強(qiáng)投資者的投資意愿。

在選取月平息做敏感性分析時(shí)，其冷熱電收購(gòu)價(jià)為1.0 元/(kW·h)。圖9所示為月平息對(duì)總眾籌額、投資者總凈收益、企業(yè)總凈收益和月度還款額的影響。由圖9可知，隨著月平息從1.0%提高至1.6%，總眾籌額從1.936×107元提高至2.016×107元，提高了4.14%，投資者總凈收益從3.485×107元提高至5.807×107元，提高了66.62%，企業(yè)總凈收益從9.559×107元降至7.237×107元，降低了24.29%，月度還款額從3.012×105元/m提高至4.346×105元/m，提高了44.30%。

圖9 月平息對(duì)總眾籌額、投資者總凈收益、企業(yè)總凈收益和月度還款額的影響

圖10所示為月平息對(duì)累計(jì)結(jié)余的影響，隨著月平息從1.0%提高至1.6%，在第0.5～20.5年，累計(jì)結(jié)余增加速率逐漸減小，保本點(diǎn)逐漸從第14.5年延遲至第16年，時(shí)間延長(zhǎng)10.35%。

圖10 月平息對(duì)累計(jì)結(jié)余的影響

綜上所述，月平息從1.0%升至1.6%，總眾籌額提高4.14%，投資者總凈收益提高66.62%，投資者總凈收益提升較明顯，但企業(yè)總凈收益降低了24.29%，同時(shí)累計(jì)結(jié)余增加速率減小，保本點(diǎn)時(shí)間延長(zhǎng)10.35%，抗風(fēng)險(xiǎn)能力減弱。在眾籌模式中，政府負(fù)責(zé)收購(gòu)冷熱電，起兜底作用，投資風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小，月平息1.0%、1.2%、1.4%和1.6%轉(zhuǎn)化為實(shí)際年利率分別約為22.80%、27.36%、31.92%和36.48%，其收益遠(yuǎn)高于風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)小的銀行定期存款、國(guó)債、基金等投資理財(cái)方式。企業(yè)可在月平息1.0%的基礎(chǔ)上合理設(shè)置月平息，提高可調(diào)動(dòng)的應(yīng)急資金，增強(qiáng)抗風(fēng)險(xiǎn)能力，確保平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)。

4 結(jié)論

本文提出一種新型的質(zhì)子交換膜燃料電池的能源系統(tǒng)，進(jìn)行熱力性能分析，同時(shí)設(shè)計(jì)10年期和15年期的眾籌方案，并進(jìn)行眾籌模式敏感性分析，得出如下結(jié)論：

1）熱力性能分析表明，重整反應(yīng)器溫度對(duì)經(jīng)濟(jì)性的影響較能效性大，可根據(jù)實(shí)際情況，適度提高重整反應(yīng)器溫度，降低平準(zhǔn)化度電成本，平準(zhǔn)化度電成本降低可達(dá)1.46%；

2）在眾籌模式中，15年期方案與系統(tǒng)契合度較10年期方案高；15年期方案的總眾籌額、投資者總凈收益、企業(yè)總凈收益和保本點(diǎn)分別為1.936×107元、3.485×107元、9.559×107元和14.5年；15年期方案對(duì)于企業(yè)抗風(fēng)險(xiǎn)能力更強(qiáng)，與系統(tǒng)20年長(zhǎng)期運(yùn)行收益的特點(diǎn)更匹配；

3）眾籌模式敏感性分析表明，通過(guò)適當(dāng)提高冷熱電收購(gòu)價(jià)和合理設(shè)置月平息，能增強(qiáng)眾籌模式穩(wěn)定性，并兼顧投資者和企業(yè)總凈收益。