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制儲氫及燃料電池發(fā)電實訓裝置

一、MY-PV49 制儲氫及燃料電池發(fā)電實訓裝置-系統(tǒng)簡介
制儲氫及燃料電池發(fā)電實訓裝置是氫能產業(yè)鏈中的制氫、氫氣儲存、氫能管理利用這幾個關鍵環(huán)節(jié)的有機組合和展現(xiàn)。制氫的能源采用清潔的光伏發(fā)電,這不僅解決了部分光伏發(fā)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(jiān)測產氫流量、電解裝置輸入的電功率等參數(shù)。儲氫系統(tǒng)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(tǒng)可監(jiān)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(fā)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(wěn)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(tǒng)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(tǒng)表面繪制了制儲氫原理結構,各節(jié)點原理清晰直觀,采用安全接插座,操作安全。
本系統(tǒng)內置了模擬氫氣泄露的仿真系統(tǒng),可進一步模擬貼近真實的工業(yè)現(xiàn)場氣體泄露情況。
系統(tǒng)還內置了氫能管理軟件,通過本系統(tǒng)還可以進一步對工業(yè)組態(tài)軟件和可編程邏輯控制器在氫產業(yè)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(shù)據(jù)可通過上位機軟件實時監(jiān)測和記錄。通過該系統(tǒng)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(xiàn)場。大大提高氫氣利用領域的安全性和數(shù)據(jù)可驗證性。

二、主要單元參數(shù)
1、光伏組件
Ø 輸出功率:100W;
Ø 開路電壓:23.5V;
Ø 工作電壓:17.9V;
Ø 短路電流:6.78A;
Ø 工作電流:5.57A;
2、光伏控制裝置
Ø 額定系統(tǒng)電壓:24V;
Ø 空載損耗:≤1.2W;
Ø 光伏最大輸入電壓:150V;
Ø 最大充電電流:30A;
Ø 轉換效率:≤98%;
Ø MPPT追蹤效率:>99%;
Ø 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(wěn)壓逆變系統(tǒng)
Ø 電池類型:鉛酸免維護;
Ø 電池容量:12V45AH;(用2節(jié)55AH代替)  227*137*207mm
Ø 電池連接方式:串聯(lián);
Ø 電池保護:末端接保險絲;
4、離網逆變器
Ø 額定輸出容量:1000VA;1500W逆變外加1000VA隔離變壓器
Ø 額定輸入電壓:DC24V;
Ø 輸入電壓保護:DC34V;
Ø 輸入電壓恢復:DC33V;
Ø 輸入欠壓保護:DC21.6V;
Ø 輸入欠壓恢復:DC24V;
Ø 空載電流:≦0.5A;
Ø 額定輸出電壓:AC220V;
Ø 額定輸出頻率:50/60HZ±0.5HZ;
Ø 輸出波形:純正弦波;
Ø 波形畸變率:≦4%;
Ø 動態(tài)響應:5%;
Ø 功率因素:≧0.8;
Ø 過載能力:120%/1分鐘,150%/10秒鐘;
Ø 逆變效率:90%;
Ø 絕緣強度:1500VAC,1分鐘;
Ø 逆變器結構:工頻隔離;
Ø 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;
Ø 工作溫度:-25℃~60℃;
5、電解制氫系統(tǒng) 
Ø 輸入220V/50Hz,120W,AK-H500
Ø 氫氣發(fā)生器采用去離子水(即純水)電解,流量可控;
Ø 氫氣純度:不低于99.99%;
Ø 輸出流量:不低于300ml/min;
Ø 輸出壓力:≤0.4MPa;
Ø 最大功率達160W;
6、氫緩沖穩(wěn)定系統(tǒng)(儲氫罐)
Ø 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;
Ø 配置精密壓力表,精密壓力傳感器,modbusRTU/RS485或模擬量4-20mA輸出;
Ø 獨特的氫能管理系統(tǒng),可實現(xiàn)自動監(jiān)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(tǒng)
Ø 系統(tǒng)耐壓:不低于1MPa;
Ø 氣體控制閥:最小開合時間50ms;
Ø 氣體泄露仿真模型:可隨機設定組合不低于9種;
Ø 包括點泄露,長泄露,過壓泄露等
Ø 燃料電池堆
Ø 額定輸出:100W,14V/7.2A;
Ø 單電池數(shù):24片;
Ø 反應物質:氫氣、空氣;
Ø 供氫品質:干燥,純度99.99%;
Ø 供氫壓力:5.8-6.5psi;
Ø 供氫流量:滿負荷運轉時1.4L/min;
Ø 起動時間:<30S;
Ø 輸出電壓:DC13-23V;
Ø 增濕類型:自增濕;
Ø 冷卻類型:空冷;
Ø 環(huán)境溫度:5-35℃;
Ø 電堆工作溫度:<65℃;
8、自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)
Ø 環(huán)境檢測傳感器:
Ø 溫度檢測范圍:-40℃~85℃;
Ø 溫度檢測精度:±0.5℃;
Ø 壓力監(jiān)測范圍:0-1MPA;
Ø 傳感器供電:DC24V;
Ø 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(xiàn)場端
Ø 觸摸屏尺寸:7″;MCGS
Ø 屏幕類型:TFT液晶顯示屏;
Ø 分辨率:800×480;
Ø 內存:128M;
Ø 串行接口:RS232/RS485;
Ø 供電電壓:24±20%VDC;
Ø 自動控制系統(tǒng):
2)主控模塊
Ø AC220V/50HZ輸入;
Ø 14數(shù)字量輸入,10數(shù)量輸出;
Ø 支持TCP/IP標準通信方式,可實現(xiàn)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(fā),采用My Sql作為后臺數(shù)據(jù)庫,通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)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(qū)域能源的供能結構改造方案設計,并結合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù),模擬區(qū)域內實時能耗與供能數(shù)據(jù),從而優(yōu)化出合理的能源結構。
Ø 用戶管理功能:
注冊:支持學生或教師按照學校名稱和手機號碼注冊用戶
登錄:支持學生或教師根據(jù)手機號碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼:支持學生或教師根據(jù)手機號碼找回密碼
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。
Ø 氣象數(shù)據(jù)庫
支持查看全國超過32個城市的模擬地圖氣候數(shù)據(jù)。支持查看2013-2016年的精確到天的模擬地圖氣候數(shù)據(jù),可自由設置日期進行查看。每個城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看:平均氣溫、最高最低氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風速、土地濕度攝氏度等。
Ø 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(shù)以最大化的適應不同實際情況,最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應的評分。
根據(jù)項目及學習任務需要規(guī)劃設計的區(qū)域面積大小,選擇對應面積以及地形相似度高的區(qū)域,并定期更新可用的區(qū)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(fā)電的相關評分參數(shù):整機效率、最佳傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數(shù)等。
支持修改風力發(fā)電的相關評分參數(shù):整機效率、風力波動(自定義風速的每小時波動數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風力發(fā)電機組隨著每小時風速數(shù)據(jù)的變化,發(fā)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(shù):換熱能力、熱協(xié)調參數(shù)、成本單價
支持修改生物質能的相關評分參數(shù):生物質年供應、整機效率、生物質殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質平均谷草比系數(shù)、生物質殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設成本、燃料成本、運維成本等。同時可自動根據(jù)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(shù)*谷草比系數(shù)*殘余物能源利用可獲得系數(shù)/ 3600/365/24)
設計區(qū)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(shù)、日能耗時長,可以獲得區(qū)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(qū)(精確城市)、任意氣候時段作為區(qū)域能源模擬的目標區(qū)域,通過對比數(shù)據(jù)庫可以得出當?shù)亟浘暥、光伏組件全年最高、最低工作溫度,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(shù)據(jù),可以自行比較同一模型不同規(guī)劃方案的優(yōu)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(shù)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:教師可以自行命名模型的名字
刪除:教師可以對模型進行刪除操作
10、尾氣分析系統(tǒng)
Ø 溫度檢測范圍:-40℃~85℃;
Ø 溫度檢測精度:±0.5℃;
Ø 濕度檢測范圍:0-99.9%RH;
Ø 濕度檢測精度:±3%RH;
Ø 氫氣濃度檢測范圍:0-40000PPM
Ø 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)
Ø CPU:IntelCore i5;
Ø 內存:DDR3 8G;
Ø 硬盤:7200轉/1TB;
Ø 顯卡:Intel HD Graphic;
Ø 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(shù)據(jù)讀取。
三、可完成課題項目
1、光伏發(fā)電氫儲能系統(tǒng)的原理組成
2、燃料電池控制系統(tǒng)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(huán)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(tǒng)參數(shù)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
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