制儲氫及氫氧燃料電池發電創新實訓系統

一、系統簡介

制儲氫及氫氧燃料電池發電創新實訓系統是氫能產業鏈中的制氫、氫氣儲存、氫能管理利用這幾個關鍵環節的有機組合和展現。制氫的能源采用清潔的光伏發電，這不僅解決了部分光伏發電就地消納的問題，還使資源得到有效的利用。

制氫裝置由電解裝置、電功率測量、產氫流量測量等幾個部分組成，可監測產氫流量、電解裝置輸入的電功率等參數。

儲氫系統由奧氏體材料儲氫罐、氣體輸送管路、控制閥等組成，該儲氫系統可監測儲氫壓力、溫度，并可智能化設定和控制儲氫壓力上下限。

上述過程，光伏發電經過DC/DC變流，經直流母線儲存于蓄電池組中（蓄電池僅做穩定調控功能），然后蓄電池經DC/AC逆變成交流電，給電解裝置供電以產生氫氣，氫氣儲存在儲氫系統中，需要時供給氫氧燃料電池裝置，產生電能，電池堆反應后的尾氣進入尾氣分析裝置，可進行氣體成分分析。

本系統表面繪制了制儲氫原理結構，各節點原理清晰直觀，采用安全接插座，操作安全。

本系統內置了模擬氫氣泄露的仿真系統，可進一步模擬貼近真實的工業現場氣體泄露情況。

系統還內置了氫能管理軟件，通過本系統還可以進一步對工業組態軟件和可編程邏輯控制器在氫產業中的應用做進深入的學習和延伸。制氫、儲氫、氫能利用過程的各項數據可通過上位機軟件實時監測和記錄。通過該系統所驗證的方法原理、工藝標準可直接或稍加改動后移植到應用現場。大大提高氫氣利用領域的安全性和數據可驗證性。
二、制儲氫及氫氧燃料電池發電創新實訓系統主要單元參數
1、光伏組件
輸出功率：100W；
開路電壓：23.5V；
工作電壓：17.9V；
短路電流：6.78A；
工作電流：5.57A；
2、光伏控制裝置
額定系統電壓：24V；
空載損耗：≤1.2W；
光伏最大輸入電壓：150V；
最大充電電流：30A；
轉換效率：≤98%；
MPPT追蹤效率：>99%；
保護功能：接反保護，欠壓保護，過壓保護，過充保護，過載保護，短路保護，反充保護等；
3、穩壓逆變系統
電池類型：鉛酸免維護；
電池容量：12V45AH；(用2節55AH代替) 227*137*207mm
電池連接方式：串聯；
電池保護：末端接保險絲；
4、離網逆變器
額定輸出容量：1000VA；1500W逆變外加1000VA隔離變壓器
額定輸入電壓：DC24V；
輸入電壓保護：DC34V；
輸入電壓恢復：DC33V；
輸入欠壓保護：DC21.6V；
輸入欠壓恢復：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%；
動態響應：5%；
功率因素：≧0.8；
過載能力：120%/1分鐘,150%/10秒鐘；
逆變效率：90%；
絕緣強度：1500VAC,1分鐘；
逆變器結構：工頻隔離；
設備保護：逆變器輸入過壓保護、蓄電池過放電保護、蓄電池反接保護、輸出過載保護、輸出短路保護、過熱保護等；
工作溫度：-25℃～60℃；
5、電解制氫系統
輸入220V/50Hz，120W，AK-H500
氫氣發生器采用去離子水（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160W；
6、氫緩沖穩定系統（儲氫罐）
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，可實現自動監測管理氫氣壓力，氫氣輸出，氫氣關斷等，增強氫氣使用的安全性和提高氫氣使用的效率。
7、氫氣泄露仿真系統
系統耐壓：不低于1MPa；
氣體控制閥：最小開合時間50ms；
氣體泄露仿真模型：可隨機設定組合不低于9種；
包括點泄露，長泄露，過壓泄露等
燃料電池堆
額定輸出：100W，14V/7.2A；
單電池數：24片；
反應物質：氫氣、空氣；
供氫品質：干燥，純度99.99%；
供氫壓力：5.8-6.5psi；
供氫流量：滿負荷運轉時1.4L/min；
起動時間：<30S；
輸出電壓：DC13-23V；
增濕類型：自增濕；
冷卻類型：空冷；
環境溫度：5-35℃；
電堆工作溫度：<65℃；
8、自動控制及監測系統
環境檢測傳感器：
溫度檢測范圍：-40℃～85℃；
溫度檢測精度：±0.5℃；
壓力監測范圍：0-1MPA；
傳感器供電：DC24V；
傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；
9、人機界面
1）內置氫能管理軟件現場端
觸摸屏尺寸：7″；MCGS
屏幕類型：TFT液晶顯示屏；
分辨率：800×480；
內存：128M；
串行接口：RS232/RS485；
供電電壓：24±20%VDC；
自動控制系統：
2）主控模塊
AC220V/50HZ輸入；
14數字量輸入，10數量輸出；
支持TCP/IP標準通信方式，可實現高速運算和復雜邏輯控制；
3）仿真軟件
基于Unity3D軟件，使用C#語言進行開發，采用My Sql作為后臺數據庫，通過FTP協議與數據庫進行通信。軟件使用者通過使用光伏、風力、地熱、生物質4種能源設計多能互補方案，完成區域能源的供能結構改造方案設計，并結合區域的氣候數據，模擬區域內實時能耗與供能數據，從而優化出合理的能源結構。
用戶管理功能：
注冊：支持學生或教師按照學校名稱和號碼注冊用戶
登錄：支持學生或教師根據號碼或用戶名登錄系統。
找回密碼：支持學生或教師根據號碼找回密碼
權限管理：支持主用戶添加或刪除子用戶
用戶信息管理：支持用戶信息查看，包括用戶名、學校、真實姓名、學號、上級用戶等
異地登錄：同一個賬號24小時內只能在同一臺電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
氣象數據庫
支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數據。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數據，可自由設置日期進行查看。每個城市的氣候數據均可查看：平均氣溫、最高低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。
3D地圖功能
支持教師通過3D地圖上的模擬能耗布置相應學習任務，同時可以修改多種參數以盡可能的適應不同實際情況，最后可以根據學生完成情況進行相應的評分。
根據項目及學習任務需要規劃設計的區域面積大小，選擇對應面積以及地形相似度高的區域，并定期更新可用的區域3d地圖、加載在3D地圖上的是真實的地形地貌，包含設計成虛擬的地形地貌、3D地圖模型、山川、河流與樹木；
支持修改光伏發電的相關評分參數：整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數等。
支持修改風力發電的相關評分參數：整機效率、風力波動（自定義風速的每小時波動數據以體現出風力發電機組隨著每小時風速數據的變化，發電量在1天24小時內隨機波動的特點；）
支持修改地熱能的相關評分參數：換熱能力、熱協調參數、成本單價
支持修改生物質能的相關評分參數：生物質年供應、整機效率、生物質殘余物平均能源折算系數、生物質平均谷草比系數、生物質殘余物能源利用可獲得系數、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據公司計算得出每年最大可建設的電站功率作為評分準則。
（最大生物質電站功率=年供應量*1000*平均能源折算系數*谷草比系數*殘余物能源利用可獲得系數/ 3600/365/24）
設計區域內的5種用能建筑模型（底層住宅、交通樞紐、酒店、小高層、寫字樓），通過設置每個建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時實際用電系數、日能耗時長，可以獲得區域內建筑每小時、每天、全年的耗電情況以及制冷制熱能耗需求；
可選擇全國任意地區（精確城市）、任意氣候時段作為區域能源模擬的目標區域，通過對比數據庫可以得出當地經緯度、光伏組件全年最高、低工作溫度，并可以自動計算最大、最小電壓、最大開路電壓、最大直流電流等數據，可以自行比較同一模型不同規劃方案的優劣，通過比較傾角偏差、組件逆變器功率比、間距誤差、逆變器數量、生物質電站容量、淺層地熱容量、風力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動、建設總成本等，可以對同一模型下的方案進行自動評分
命名：教師可以自行改變模型的名字
刪除：教師可以對模型進行刪除操作
10、尾氣分析系統
溫度檢測范圍：-40℃～85℃；
溫度檢測精度：±0.5℃；
濕度檢測范圍：0-99.9%RH；
濕度檢測精度：±3%RH；
氫氣濃度檢測范圍：0-40000PPM
傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；
11、上位機單元（內置氫能管理軟件上位機端）
CPU：IntelCore i5；
內存：DDR3 8G；
硬盤：7200轉/1TB；
顯卡：Intel HD Graphic；
屏幕：22英寸高清顯示器（1920*1080）。
12、柜體材質與尺寸
板材：熱鍍鋅處理；
板材表面烤漆工藝；
鋼板厚度：2mm；
柜體精心設計，結構美觀新穎，方便操作和數據讀取。
三、可完成課題項目

1.光伏發電氫儲能系統的原理組成

2.燃料電池控制系統的組成和控制

3.電堆的IV極化特性曲線

4.電堆的功率特性曲線

5.環境改變對電堆性能的影響

6.電解制氫效率測量實驗

7.電解制氫流量計量控制實驗

8.氫儲能系統參數測量和控制

9.電堆輸出和尾氣分析實驗

10.人機界面設計和通訊控制