風(fēng)光互補(bǔ)制儲(chǔ)氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介：

風(fēng)光互補(bǔ)制儲(chǔ)氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的制氫、氫氣儲(chǔ)存、氫能管理利用這幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有機(jī)組合和展現(xiàn)。制氫的能源采用清潔的風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，這不僅解決了部分風(fēng)力、光伏發(fā)電就地消納的問(wèn)題，還使資源得到有效的利用。

制氫裝置由電解裝置、電功率測(cè)量、產(chǎn)氫流量測(cè)量等幾個(gè)部分組成，可監(jiān)測(cè)產(chǎn)氫流量、電解裝置輸入的電功率等參數(shù)。

儲(chǔ)氫系統(tǒng)由奧氏體材料儲(chǔ)氫罐、氣體輸送管路、控制閥等組成，該儲(chǔ)氫系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)儲(chǔ)氫壓力、溫度，并可智能化設(shè)定和控制儲(chǔ)氫壓力上下限。

上述過(guò)程，風(fēng)力、光伏發(fā)電經(jīng)過(guò)DC/DC變流，經(jīng)直流母線儲(chǔ)存于蓄電池組中（蓄電池僅做穩(wěn)定調(diào)控功能），然后蓄電池經(jīng)DC/AC逆變成交流電，給電解裝置供電以產(chǎn)生氫氣，氫氣儲(chǔ)存在儲(chǔ)氫系統(tǒng)中，需要時(shí)供給氫氧燃料電池裝置，產(chǎn)生電能，電池堆反應(yīng)后的尾氣進(jìn)入尾氣分析裝置，可進(jìn)行氣體成分分析。

本創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)表面繪制了制儲(chǔ)氫原理結(jié)構(gòu)，各測(cè)試節(jié)點(diǎn)原理清晰直觀，采用安全接插座，操作安全。

本系統(tǒng)內(nèi)置了模擬氫氣泄露的仿真系統(tǒng)，可進(jìn)一步模擬貼近真實(shí)的工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)氣體泄露情況。

系統(tǒng)還內(nèi)置了氫能管理軟件，通過(guò)本系統(tǒng)還可以進(jìn)一步對(duì)工業(yè)組態(tài)軟件和可編程邏輯控制器在氫產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用做進(jìn)深入的學(xué)習(xí)和延伸。制氫、儲(chǔ)氫、氫能利用過(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。通過(guò)該系統(tǒng)所驗(yàn)證的方法原理、工藝標(biāo)準(zhǔn)可直接或稍加改動(dòng)后移植到應(yīng)用現(xiàn)場(chǎng)。大大提高氫氣利用領(lǐng)域的安全性和數(shù)據(jù)可驗(yàn)證性。

二、風(fēng)光互補(bǔ)制儲(chǔ)氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要單元參數(shù)

2.1光伏發(fā)電單元

?光伏功率：10W*4塊；

?開(kāi)路電壓：21.5V；

?工作電壓：17.5V；

?短路電流：0.56A；

?工作電流：0.51A；

?跟蹤方式：雙軸全自動(dòng)跟蹤；

?跟蹤精度：±0.5°

?水平回轉(zhuǎn)角度：270°；

?俯仰角度：180°

?控制器供電電源：DC 12-32V

2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)

?額定功率：300(W)

?額定電壓：12/24(V)

?額定電流：33.3/16.7（A）

?風(fēng)輪直徑：1.24(m)

?啟動(dòng)風(fēng)速：1.5(m/s)

?額定風(fēng)速：9.6(m/s)

?安全風(fēng)速：35(m/s)

?工作形式：永磁同步發(fā)電機(jī)  

?風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時(shí)針

?風(fēng)葉數(shù)量：3（片）    

?風(fēng)葉材料：玻璃增強(qiáng)聚丙烯材料

?電機(jī)材料：鋁合金

 2.3 模擬風(fēng)洞模塊

?風(fēng)量：32073 mз/h

?風(fēng)壓：388Pa

?轉(zhuǎn)速：1440 r/min

?功率：2.2kW     

?可調(diào)風(fēng)速：0～13級(jí)連續(xù)可調(diào)

2.4 風(fēng)光互補(bǔ)控制器     

?工作電壓：24VDC

?充電功率Pmax ：650W

?光伏功率Pmax ：150W

?風(fēng)機(jī)功率Pmax ：450W

?充電方式：PWM脈寬調(diào)制

?充電最大電流 35A

?過(guò)放保護(hù)電壓 11V  

?過(guò)放恢復(fù)電壓 12.6V

?輸出保護(hù)電壓 16V     

?卸載開(kāi)始電壓（出廠值）15.5V

?卸載開(kāi)始電流（出廠值） 15A

?控制器設(shè)有蓄電池過(guò)充、過(guò)放電保護(hù)、蓄電池開(kāi)路保護(hù)、負(fù)載過(guò)電壓保護(hù)、夜間防反充電保護(hù)、輸出短路保護(hù)、電池接反保護(hù)、欠壓和過(guò)壓防震蕩保護(hù)、均衡充電、溫度補(bǔ)償、光控開(kāi)關(guān)功能；

負(fù)載為100W以下的12V/24V直流負(fù)載，控制單元一通道為常開(kāi)輸出，另一通道為多類(lèi)定時(shí)輸出（光控開(kāi)、光控關(guān)，定時(shí)開(kāi)、定時(shí)關(guān)，）。

2.5儲(chǔ)能電池

?電池類(lèi)型：鉛酸免維護(hù)；

?電池容量：12V55AH；

?電池連接方式：串聯(lián)；

?電池保護(hù)：末端接保險(xiǎn)絲；

2.6離網(wǎng)逆變器

?額定輸出容量：1500VA；

?額定輸入電壓：DC24V；

?輸入電壓保護(hù)：DC34V；

?輸入電壓恢復(fù)：DC33V；

?輸入欠壓保護(hù)：DC21.6V；

?輸入欠壓恢復(fù)：DC24V；

?空載電流：≦0.5A；

?額定輸出電壓：AC220V；

?額定輸出頻率:50/60HZ±0.5HZ；

?輸出波形：純正弦波；

?波形畸變率：≦4%；

?動(dòng)態(tài)響應(yīng)：5%；

?功率因素：≧0.8；

?過(guò)載能力：120%/1分鐘,150%/10秒鐘；

?逆變效率：90%；

?絕緣強(qiáng)度：1500VAC,1分鐘；

?逆變器結(jié)構(gòu)：工頻隔離；

?設(shè)備保護(hù)：逆變器輸入過(guò)壓保護(hù)、蓄電池過(guò)放電保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、輸出過(guò)載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等；

?工作溫度：-25℃～60℃；

2.7 電解制氫系統(tǒng) 

?輸入220V/50Hz，120W，AK-H500

?氫氣發(fā)生器采用去離子水（即純水）電解，流量可控；

?氫氣純度：不低于99.99%；

?輸出流量：不低于300ml/min；

?輸出壓力：≤0.4MPa；

?最大功率達(dá)160W；

2.8 氫緩沖穩(wěn)定系統(tǒng)（儲(chǔ)氫罐）

?采用奧氏體不銹鋼材料，耐壓不低于1.25MPa，使用壽命不低于10年，可緩沖、穩(wěn)定氫氣流量；

?配置精密壓力表，精密壓力傳感器，modbusRTU/RS485或模擬量4-20mA輸出；

?氫能管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)管理氫氣壓力，氫氣輸出，氫氣關(guān)斷等，增強(qiáng)氫氣使用的安全性和提高氫氣使用的效率。

2.9氫氣泄露仿真系統(tǒng)

?系統(tǒng)耐壓：不低于1MPa；

?氣體控制閥：最小開(kāi)合時(shí)間50ms；

?氣體泄露仿真模型：可隨機(jī)設(shè)定組合不低于9種；

?包括點(diǎn)泄露，長(zhǎng)泄露，過(guò)壓泄露等

?燃料電池堆

?額定輸出：100W，14V/7.2A；

?單電池?cái)?shù)：24片；

?反應(yīng)物質(zhì)：氫氣、空氣；

?供氫品質(zhì)：干燥，純度99.99%；

?供氫壓力：5.8-6.5psi；

?供氫流量：滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)1.4L/min；

?起動(dòng)時(shí)間：<30S；

?輸出電壓：DC13-23V；

?增濕類(lèi)型：自增濕；

?冷卻類(lèi)型：空冷；

?環(huán)境溫度：5-35℃；

?電堆工作溫度：<65℃；

2.10自動(dòng)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

?環(huán)境檢測(cè)傳感器：

?溫度檢測(cè)范圍：-40℃～85℃；

?溫度檢測(cè)精度：±0.5℃；

?壓力監(jiān)測(cè)范圍：0-1MPA；

?傳感器供電：DC24V；

?傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；

2.11人機(jī)界面

1）內(nèi)置氫能管理軟件現(xiàn)場(chǎng)端

?觸摸屏尺寸：7″；MCGS

?屏幕類(lèi)型：TFT液晶顯示屏；

?分辨率：800×480；

?內(nèi)存：128M；

?串行接口：RS232/RS485；

?供電電壓：24±20%VDC；

?自動(dòng)控制系統(tǒng)：

2）主控模塊

?AC220V/50HZ輸入；

?14數(shù)字量輸入，10數(shù)量輸出；

?支持TCP/IP標(biāo)準(zhǔn)通信方式，可實(shí)現(xiàn)高速運(yùn)算和復(fù)雜邏輯控制；

3）仿真軟件

基于Unity3D軟件，使用C#語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用My Sql作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信。軟件使用者通過(guò)使用光伏、風(fēng)力、地?zé)帷⑸镔|(zhì)4種能源設(shè)計(jì)多能互補(bǔ)方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計(jì)，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實(shí)時(shí)能耗與供能數(shù)據(jù)，從而優(yōu)化出合理的能源結(jié)構(gòu)。

2.12尾氣分析系統(tǒng)

?溫度檢測(cè)范圍：-40℃～85℃；

?溫度檢測(cè)精度：±0.5℃；

?濕度檢測(cè)范圍：0-99.9%RH；

?濕度檢測(cè)精度：±3%RH；

?氫氣濃度檢測(cè)范圍：0-40000PPM

?傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；

2.13上位機(jī)單元（內(nèi)置氫能管理軟件上位機(jī)端）

?CPU：IntelCore i5；

?內(nèi)存：DDR3 8G；

?硬盤(pán)：7200轉(zhuǎn)/1TB；

?顯卡：Intel HD Graphic；

?屏幕：22英寸高清顯示器（1920*1080）。

2.14柜體材質(zhì)與尺寸

?板材：熱鍍鋅處理；

?板材表面烤漆工藝；

?鋼板厚度：2mm；

?柜體精心設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)美觀新穎，方便操作和數(shù)據(jù)讀取。

三、可完成課題項(xiàng)目

?光伏發(fā)電氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理組成

?燃料電池控制系統(tǒng)的組成和控制

?電堆的IV極化特性曲線

?電堆的功率特性曲線

?環(huán)境改變對(duì)電堆性能的影響

?電解制氫效率測(cè)量實(shí)驗(yàn)

?電解制氫流量計(jì)量控制實(shí)驗(yàn)

?氫儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量和控制

?電堆輸出和尾氣分析實(shí)驗(yàn)