能源-电热混合转换实现不同形式能源同时向电能及热能的转换过程，包括以微型燃气轮机为主的天然气-热电混合能源转换和以燃料电池为主的燃料-热电混合转换等。

（1）天然气-热电混合能源转换

天然气-热电混合能源转换中，微型燃气轮机是一个重要应用。微型燃气轮机在输出电能的同时能够提供辅助的冷、热资源，其功率范围为几十千瓦到几百千瓦。微型燃气轮机可调度，其功率输出可以进行调节。其优点是污染小、噪声低，主要以天然气、甲烷、沼气等为燃料，其功率输出与输入的燃料量有关。微型燃气轮机能实现热、电联供，在此基础上通过一定的转换装置对热能进行转换，可实现冷、热、电联供。以燃气轮机为基础设备的天然气-热电混合能源转换示意图如图4.7所示。

图4.7 以燃气轮机为基础设备的天然气-热电混合能源转换示意图

此处不研究微型燃气轮机的动态特性，重点研究其功率输出和燃料消耗量之间的关系。主要计算表达式如下：

式中，Q_heat、Q_cool分别为微型燃气轮机烟气余热提供的制热量、制冷量；η_rec为烟气余热回收效率；COP_heat、COP_cool分别为燃气轮机的冷、热、电联产系统的制热系数、制冷系数；Q_MT为燃气轮机的排气余热量；P_MT为燃气轮机的电功率输出；η_e、η_l分别为燃气轮机的发电效率、散热损失系数；T₁、T₂分别为余热烟气进、出制冷机的温度（K）；T₀为环境温度（K）；F_MT为燃气轮机消耗燃料量；P_capacityMT为燃气轮机的额定功率；a₀、a₁为系数。

其中，微型燃气轮机发电效率η_e与输出功率P_MT的关系可用以下关系式表示：(www.daowen.com)

（2）燃料-热电混合能源转换

燃料-热电混合能源转换中，燃料电池发电装置是一种综合的能量转换装置，反应过程中产生的热能可回收外供，产生的直流电可由逆变装置转换成交流电。以燃料电池为核心的燃料-热电混合能源转换如图4.8所示。

单个电池电热输出量有限，无法满足负荷要求，通常由N个单电池串联组成电池组，输出功率为

图4.8 以燃料电池为核心的燃料—热电混合能源转换示意图

式中，E_Nemst为热动力电势；ΔG为吉布斯自由能，ΔG＝273.18kJ/mol；ΔS为标准摩尔熵，ΔS＝163.15mol·K；F为法拉第常数，F＝96485C/mol；R为气体常数，R＝8.314J/（mol·K）；T为电池工作温度（K）；T_ref为参考温度，取248.15K； 、 分别为氢气分压和氧气分压（Pa）；V_ohmic为欧姆极化电势；I为负载电流；R_M为质子膜等效膜阻抗；R_c为阻碍质子通过质子膜的阻抗；V_d为总极化过电压；V_cell为电池的输出电压，P_FC为N组单电池串联组成的电池组输出功率。