一、系統簡(jiǎn)介
制儲氫及氫氧燃料電池發(fā)電創(chuàng )新實(shí)訓系統是氫能產(chǎn)業(yè)鏈中的制氫、氫氣儲存、氫能管理利用這幾個(gè)關(guān)鍵環(huán)節的有機組合和展現。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(wèn)題，還使資源得到有效的利用。
制氫裝置由電解裝置、電功率測量、產(chǎn)氫流量測量等幾個(gè)部分組成，可監測產(chǎn)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(guò)程，光伏發(fā)電經(jīng)過(guò)DC/DC變流，經(jīng)直流母線(xiàn)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(jīng)DC/AC逆變成交流電，給電解裝置供電以產(chǎn)生氫氣，氫氣儲存在儲氫系統中，需要時(shí)供給氫氧燃料電池裝置，產(chǎn)生電能，電池堆反應后的尾氣進(jìn)入尾氣分析裝置，可進(jìn)行氣體成分分析。
制儲氫及氫氧燃料電池發(fā)電創(chuàng )新實(shí)訓系統表面繪制了制儲氫原理結構，各測試節點(diǎn)原理清晰直觀(guān)，采用安全接插座，操作安全。
制儲氫及氫氧燃料電池發(fā)電創(chuàng )新實(shí)訓系統內置了模擬氫氣泄露的仿真系統，可進(jìn)一步模擬貼近真實(shí)的工業(yè)現場(chǎng)氣體泄露情況。
制儲氫及氫氧燃料電池發(fā)電創(chuàng )新實(shí)訓系統還內置了氫能管理軟件，通過(guò)本系統還可以進(jìn)一步對工業(yè)組態(tài)軟件和可編程邏輯控制器在氫產(chǎn)業(yè)中的應用做進(jìn)深入的學(xué)習和延伸。制氫、儲氫、氫能利用過(guò)程的各項數據可通過(guò)上位機軟件實(shí)時(shí)監測和記錄。通過(guò)該系統所驗證的方法原理、工藝標準可直接或稍加改動(dòng)后移植到應用現場(chǎng)。大大提高氫氣利用領(lǐng)域的安全性和數據可驗證性。
二、主要單元參數
2.1光伏組件
? 輸出功率：100W；
? 開(kāi)路電壓：23.5V；
? 工作電壓：17.9V；
? 短路電流：6.78A；
? 工作電流：5.57A；
?
2.2光伏控制裝置
? 額定系統電壓：24V；
? 空載損耗：≤1.2W；
? 光伏輸入電壓：150V；
? 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(guò)壓保護，過(guò)充保護，過(guò)載保護，短路保護，反充保護等；
2.3穩壓逆變系統
? 電池類(lèi)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(lián)；
? 電池保護：末端接保險絲；
2.4離網(wǎng)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(dòng)態(tài)響應：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%；
? 絕緣強度：1500VAC,1分鐘；
? 逆變器結構：工頻隔離；
? 設備保護：逆變器輸入過(guò)壓保護、蓄電池過(guò)放電保護、蓄電池反接保護、輸出過(guò)載保護、輸出短路保護、過(guò)熱保護等；
? 工作溫度：-25℃～60℃；
2.5電解制氫系統
? 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；
? 功率達160W；
2.6 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；
? 的氫能管理系統，可實(shí)現自動(dòng)監測管理氫氣壓力，氫氣輸出，氫氣關(guān)斷等，增強氫氣使用的安全性和提高氫氣使用的效率。
2.7氫氣泄露仿真系統
? 系統耐壓：不低于1MPa；
? 氣體控制閥：最小開(kāi)合時(shí)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(diǎn)泄露，長(cháng)泄露，過(guò)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(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(mǎn)負荷運轉時(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℃；
2.8自動(dòng)控制及監測系統
? 環(huán)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；
2.9人機界面
1）內置氫能管理軟件現場(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；
? 內存：128M；
? 串行接口：RS232/RS485；
? 供電電壓：24±20%VDC；
? 自動(dòng)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(shí)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(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)，采用My Sql作為后臺數據庫，通過(guò)FTP協(xié)議與數據庫進(jìn)行通信。軟件使用者通過(guò)使用光伏、風(fēng)力、地熱、生物質(zhì)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(shí)時(shí)能耗與供能數據，從而優(yōu)化出合理的能源結構。
? 用戶(hù)管理功能：
注冊：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱(chēng)和注冊用戶(hù)
登錄：支持學(xué)生或教師根據或用戶(hù)名登錄系統。
找回密碼：支持學(xué)生或教師根據找回密碼
權限管理：支持主用戶(hù)添加或刪除子用戶(hù)
用戶(hù)信息管理：支持用戶(hù)信息查看，包括用戶(hù)名、學(xué)校、真實(shí)姓名、學(xué)號、上級用戶(hù)等
異地登錄：同一個(gè)賬號24小時(shí)內只能在同一臺電腦上登錄，無(wú)法在其他電腦上登錄。
? 氣象數據庫
支持查看全國超過(guò)32個(gè)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(jìn)行查看。每個(gè)城市的氣候數據均可查看：平均氣溫、氣溫、濕度、降水量、輻照量、氣壓、風(fēng)速、土地濕度攝氏度等。
? 3D地圖功能
支持教師通過(guò)3D地圖上的模擬能耗布置相應學(xué)習任務(wù)，同時(shí)可以修改多種參數以的適應不同實(shí)際情況，最后可以根據學(xué)生完成情況進(jìn)行相應的評分。
根據項目及學(xué)習任務(wù)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(shí)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(shù)木；
支持修改光伏發(fā)電的相關(guān)評分參數：整機效率、傾角、除組件和逆變器以外的其他成本參數等。
支持修改風(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評分參數：整機效率、風(fēng)力波動(dòng)（自定義風(fēng)速的每小時(shí)波動(dòng)數據以體現出風(fēng)力發(fā)電機組隨著(zhù)每小時(shí)風(fēng)速數據的變化，發(fā)電量在1天24小時(shí)內隨機波動(dòng)的特點(diǎn)；）
支持修改地熱能的相關(guān)評分參數：換熱能力、熱協(xié)調參數、成本單價(jià)
支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數：生物質(zhì)年供應、整機效率、生物質(zhì)殘余物平均能源折算系數、生物質(zhì)平均谷草比系數、生物質(zhì)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(shí)可自動(dòng)根據公司計算得出每年可建設的電站功率作為評分準則。
（生物質(zhì)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(xiě)字樓），通過(guò)設置每個(gè)建筑模型的功率、制冷制熱能耗占比、每小時(shí)實(shí)際用電系數、日能耗時(shí)長(cháng)，可以獲得區域內建筑每小時(shí)、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(shí)段作為區域能源模擬的目標區域，通過(guò)對比數據庫可以得出當地經(jīng)緯度、光伏組件全年、工作溫度，并可以自動(dòng)計算、最小電壓、開(kāi)路電壓、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(yōu)劣，通過(guò)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(zhì)電站容量、淺層地熱容量、風(fēng)力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動(dòng)、建設總成本等，可以對同一模型下的方案進(jìn)行自動(dòng)評分
命名：教師可以自行命型的名字
刪除：教師可以對模型進(jìn)行刪除操作
2.10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；
2.11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(pán)：7200轉/1TB；
? 顯卡：Intel HD Graphic；
? 屏幕：22英寸高清顯示器（1920*1080）。
2.12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；
? 柜體精心設計，結構美觀(guān)新穎，方便操作和數據讀取。
三、可完成課題項目
? 光伏發(fā)電氫儲能系統的原理組成
? 燃料電池控制系統的組成和控制
? 電堆的IV極化特性曲線(xiàn)
? 電堆的功率特性曲線(xiàn)
? 環(huán)境改變對電堆性能的影響
? 電解制氫效率測量實(shí)驗
? 電解制氫流量計量控制實(shí)驗
? 氫儲能系統參數測量和控制
? 電堆輸出和尾氣分析實(shí)驗
? 人機界面設計和通訊控制
