风光互补制储氢及燃料电池发电创新实训系统

一、系统简介：

风光互补制储氢及燃料电池发电创新实训系统是氢能产业链中的制氢、氢气储存、氢能管理利用这几个关键环节的有机组合和展现。制氢的能源采用清洁的风力发电和光伏发电，这不仅解决了部分风力、光伏发电就地消纳的问题，还使资源得到有效的利用。

制氢装置由电解装置、电功率测量、产氢流量测量等几个部分组成，可监测产氢流量、电解装置输入的电功率等参数。

储氢系统由奥氏体材料储氢罐、气体输送管路、控制阀等组成，该储氢系统可监测储氢压力、温度，并可智能化设定和控制储氢压力上下限。

上述过程，风力、光伏发电经过DC/DC变流，经直流母线储存于蓄电池组中（蓄电池仅做稳定调控功能），然后蓄电池经DC/AC逆变成交流电，给电解装置供电以产生氢气，氢气储存在储氢系统中，需要时供给氢氧燃料电池装置，产生电能，电池堆反应后的尾气进入尾气分析装置，可进行气体成分分析。

本创新实训系统表面绘制了制储氢原理结构，各测试节点原理清晰直观，采用安全接插座，操作安全。

本系统内置了模拟氢气泄露的仿真系统，可进一步模拟贴近真实的工业现场气体泄露情况。

系统还内置了氢能管理软件，通过本系统还可以进一步对工业组态软件和可编程逻辑控制器在氢产业中的应用做进深入的学习和延伸。制氢、储氢、氢能利用过程的各项数据可通过上位机软件实时监测和记录。通过该系统所验证的方法原理、工艺标准可直接或稍加改动后移植到应用现场。大大提高氢气利用领域的安全性和数据可验证性。

二、风光互补制储氢及燃料电池发电创新实训系统主要单元参数

2.1光伏发电单元

Ø光伏功率：10W*4块；

Ø开路电压：21.5V；

Ø工作电压：17.5V；

Ø短路电流：0.56A；

Ø工作电流：0.51A；

Ø跟踪方式：双轴全自动跟踪；

Ø跟踪精度：±0.5°

Ø水平回转角度：270°；

Ø俯仰角度：180°

Ø控制器供电电源：DC 12-32V

2.2风力发电机

Ø额定功率：300(W)

Ø额定电压：12/24(V)

Ø额定电流：33.3/16.7（A）

Ø风轮直径：1.24(m)

Ø启动风速：1.5(m/s)

Ø额定风速：9.6(m/s)

Ø安全风速：35(m/s)

Ø工作形式：永磁同步发电机  

Ø风叶旋转方向：顺时针

Ø风叶数量：3（片）    

Ø风叶材料：玻璃增强聚丙烯材料

Ø电机材料：铝合金

 2.3 模拟风洞模块

Ø风量：32073 mз/h

Ø风压：388Pa

Ø转速：1440 r/min

Ø功率：2.2kW     

Ø可调风速：0～13级连续可调

2.4 风光互补控制器     

Ø工作电压：24VDC

Ø充电功率Pmax ：650W

Ø光伏功率Pmax ：150W

Ø风机功率Pmax ：450W

Ø充电方式：PWM脉宽调制

Ø充电最大电流 35A

Ø过放保护电压 11V  

Ø过放恢复电压 12.6V

Ø输出保护电压 16V     

Ø卸载开始电压（出厂值）15.5V

Ø卸载开始电流（出厂值） 15A

Ø控制器设有蓄电池过充、过放电保护、蓄电池开路保护、负载过电压保护、夜间防反充电保护、输出短路保护、电池接反保护、欠压和过压防震荡保护、均衡充电、温度补偿、光控开关功能；

负载为100W以下的12V/24V直流负载，控制单元一通道为常开输出，另一通道为多类定时输出（光控开、光控关，定时开、定时关，）。

2.5储能电池

Ø电池类型：铅酸免维护；

Ø电池容量：12V55AH；

Ø电池连接方式：串联；

Ø电池保护：末端接保险丝；

2.6离网逆变器

Ø额定输出容量：1500VA；

Ø额定输入电压：DC24V；

Ø输入电压保护：DC34V；

Ø输入电压恢复：DC33V；

Ø输入欠压保护：DC21.6V；

Ø输入欠压恢复：DC24V；

Ø空载电流：≦0.5A；

Ø额定输出电压：AC220V；

Ø额定输出频率:50/60HZ±0.5HZ；

Ø输出波形：纯正弦波；

Ø波形畸变率：≦4%；

Ø动态响应：5%；

Ø功率因素：≧0.8；

Ø过载能力：120%/1分钟,150%/10秒钟；

Ø逆变效率：90%；

Ø绝缘强度：1500VAC,1分钟；

Ø逆变器结构：工频隔离；

Ø设备保护：逆变器输入过压保护、蓄电池过放电保护、蓄电池反接保护、输出过载保护、输出短路保护、过热保护等；

Ø工作温度：-25℃～60℃；

2.7 电解制氢系统 

Ø输入220V/50Hz，120W，AK-H500

Ø氢气发生器采用去离子水（即纯水）电解，流量可控；

Ø氢气纯度：不低于99.99%；

Ø输出流量：不低于300ml/min；

Ø输出压力：≤0.4MPa；

Ø最大功率达160W；

2.8 氢缓冲稳定系统（储氢罐）

Ø采用奥氏体不锈钢材料，耐压不低于1.25MPa，使用寿命不低于10年，可缓冲、稳定氢气流量；

Ø配置精密压力表，精密压力传感器，modbusRTU/RS485或模拟量4-20mA输出；

Ø氢能管理系统，可实现自动监测管理氢气压力，氢气输出，氢气关断等，增强氢气使用的安全性和提高氢气使用的效率。

2.9氢气泄露仿真系统

Ø系统耐压：不低于1MPa；

Ø气体控制阀：最小开合时间50ms；

Ø气体泄露仿真模型：可随机设定组合不低于9种；

Ø包括点泄露，长泄露，过压泄露等

Ø燃料电池堆

Ø额定输出：100W，14V/7.2A；

Ø单电池数：24片；

Ø反应物质：氢气、空气；

Ø供氢品质：干燥，纯度99.99%；

Ø供氢压力：5.8-6.5psi；

Ø供氢流量：满负荷运转时1.4L/min；

Ø起动时间：<30S；

Ø输出电压：DC13-23V；

Ø增湿类型：自增湿；

Ø冷却类型：空冷；

Ø环境温度：5-35℃；

Ø电堆工作温度：<65℃；

2.10自动控制及监测系统

Ø环境检测传感器：

Ø温度检测范围：-40℃～85℃；

Ø温度检测精度：±0.5℃；

Ø压力监测范围：0-1MPA；

Ø传感器供电：DC24V；

Ø传感器通讯接口：隔离RS485或模拟量输出；

2.11人机界面

1）内置氢能管理软件现场端

Ø触摸屏尺寸：7″；MCGS

Ø屏幕类型：TFT液晶显示屏；

Ø分辨率：800×480；

Ø内存：128M；

Ø串行接口：RS232/RS485；

Ø供电电压：24±20%VDC；

Ø自动控制系统：

2）主控模块

ØAC220V/50HZ输入；

Ø14数字量输入，10数量输出；

Ø支持TCP/IP标准通信方式，可实现高速运算和复杂逻辑控制；

3）仿真软件

基于Unity3D软件，使用C#语言进行开发，采用My Sql作为后台数据库，通过FTP协议与数据库进行通信。软件使用者通过使用光伏、风力、地热、生物质4种能源设计多能互补方案，完成区域能源的供能结构改造方案设计，并结合区域的气候数据，模拟区域内实时能耗与供能数据，从而优化出合理的能源结构。

2.12尾气分析系统

Ø温度检测范围：-40℃～85℃；

Ø温度检测精度：±0.5℃；

Ø湿度检测范围：0-99.9%RH；

Ø湿度检测精度：±3%RH；

Ø氢气浓度检测范围：0-40000PPM

Ø传感器通讯接口：隔离RS485或模拟量输出；

2.13上位机单元（内置氢能管理软件上位机端）

ØCPU：IntelCore i5；

Ø内存：DDR3 8G；

Ø硬盘：7200转/1TB；

Ø显卡：Intel HD Graphic；

Ø屏幕：22英寸高清显示器（1920*1080）。

2.14柜体材质与尺寸

Ø板材：热镀锌处理；

Ø板材表面烤漆工艺；

Ø钢板厚度：2mm；

Ø柜体精心设计，结构美观新颖，方便操作和数据读取。

三、可完成课题项目

Ø光伏发电氢储能系统的原理组成

Ø燃料电池控制系统的组成和控制

Ø电堆的IV极化特性曲线

Ø电堆的功率特性曲线

Ø环境改变对电堆性能的影响

Ø电解制氢效率测量实验

Ø电解制氢流量计量控制实验

Ø氢储能系统参数测量和控制

Ø电堆输出和尾气分析实验