一、系統(tǒng)簡介

制儲(chǔ)氫及氫氧燃料電池發(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(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。

上述過程，光伏發(fā)電經(jīng)過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。

本系統(tǒng)表面繪制了制儲(chǔ)氫原理結(jié)構(gòu)，各節(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、氫能利用過程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可通過上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。通過該系統(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、制儲(chǔ)氫及氫氧燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)主要單元參數(shù)
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(tǒng)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(zhuǎn)換效率：≤98%；
MPPT追蹤效率：>99%；
保護(hù)功能：接反保護(hù)，欠壓保護(hù)，過壓保護(hù)，過充保護(hù)，過載保護(hù)，短路保護(hù)，反充保護(hù)等；
3、穩(wěn)壓逆變系統(tǒng)
電池類型：鉛酸免維護(hù)；
電池容量：12V45AH；(用2節(jié)55AH代替) 227*137*207mm
電池連接方式：串聯(lián)；
電池保護(hù)：末端接保險(xiǎn)絲；
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(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)：逆變器輸入過壓保護(hù)、蓄電池過放電保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、輸出過載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、過熱保護(hù)等；
工作溫度：-25℃～60℃；
5、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；
6、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。
7、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，長泄露，過壓泄露等
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；
增濕類型：自增濕；
冷卻類型：空冷；
環(huán)境溫度：5-35℃；
電堆工作溫度：<65℃；
8、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；
9、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#語言進(jìn)行開發(fā)，采用My Sql作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，通過FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信。軟件使用者通過使用光伏、風(fēng)力、地?zé)?、生物質(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)。
用戶管理功能：
注冊(cè)：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱和號(hào)碼注冊(cè)用戶
登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)號(hào)碼或用戶名登錄系統(tǒng)。
找回密碼：支持學(xué)生或教師根據(jù)號(hào)碼找回密碼
權(quán)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(xué)校、真實(shí)姓名、學(xué)號(hào)、上級(jí)用戶等
異地登錄：同一個(gè)賬號(hào)24小時(shí)內(nèi)只能在同一臺(tái)電腦上登錄，無法在其他電腦上登錄。
氣象數(shù)據(jù)庫
支持查看全國超過32個(gè)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(shè)置日期進(jìn)行查看。每個(gè)城市的氣候數(shù)據(jù)均可查看：平均氣溫、最高低氣溫、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3D地圖上的模擬能耗布置相應(yīng)學(xué)習(xí)任務(wù)，同時(shí)可以修改多種參數(shù)以盡可能的適應(yīng)不同實(shí)際情況，最后可以根據(jù)學(xué)生完成情況進(jìn)行相應(yīng)的評(píng)分。
根據(jù)項(xiàng)目及學(xué)習(xí)任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計(jì)的區(qū)域面積大小，選擇對(duì)應(yīng)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(shí)的地形地貌，包含設(shè)計(jì)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(guān)評(píng)分參數(shù)：整機(jī)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(fēng)力發(fā)電的相關(guān)評(píng)分參數(shù)：整機(jī)效率、風(fēng)力波動(dòng)（自定義風(fēng)速的每小時(shí)波動(dòng)數(shù)據(jù)以體現(xiàn)出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組隨著每小時(shí)風(fēng)速數(shù)據(jù)的變化，發(fā)電量在1天24小時(shí)內(nèi)隨機(jī)波動(dòng)的特點(diǎn)；）
支持修改地?zé)崮艿南嚓P(guān)評(píng)分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價(jià)
支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評(píng)分參數(shù)：生物質(zhì)年供應(yīng)、整機(jī)效率、生物質(zhì)殘余物平均能源折算系數(shù)、生物質(zhì)平均谷草比系數(shù)、生物質(zhì)殘余物能源利用可獲得系數(shù)、建設(shè)成本、燃料成本、運(yùn)維成本等。同時(shí)可自動(dòng)根據(jù)公司計(jì)算得出每年最大可建設(shè)的電站功率作為評(píng)分準(zhǔn)則。
（最大生物質(zhì)電站功率=年供應(yīng)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(shè)計(jì)區(qū)域內(nèi)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(shè)置每個(gè)建筑模型的最大功率、制冷制熱能耗占比、每小時(shí)實(shí)際用電系數(shù)、日能耗時(shí)長，可以獲得區(qū)域內(nèi)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(qū)（精確城市）、任意氣候時(shí)段作為區(qū)域能源模擬的目標(biāo)區(qū)域，通過對(duì)比數(shù)據(jù)庫可以得出當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、低工作溫度，并可以自動(dòng)計(jì)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(zhì)電站容量、淺層地?zé)崛萘?、風(fēng)力電站布局、外部電力輸入、外部電力波動(dòng)、建設(shè)總成本等，可以對(duì)同一模型下的方案進(jìn)行自動(dòng)評(píng)分
命名：教師可以自行改變模型的名字
刪除：教師可以對(duì)模型進(jìn)行刪除操作
10、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；
11、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：7200轉(zhuǎn)/1TB；
顯卡：Intel HD Graphic；
屏幕：22英寸高清顯示器（1920*1080）。
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(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

1.光伏發(fā)電氫儲(chǔ)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(duì)電堆性能的影響

6.電解制氫效率測(cè)量實(shí)驗(yàn)

7.電解制氫流量計(jì)量控制實(shí)驗(yàn)

8.氫儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量和控制

9.電堆輸出和尾氣分析實(shí)驗(yàn)

10.人機(jī)界面設(shè)計(jì)和通訊控制