SBXNY-QY01制儲(chǔ)氫及氫氧燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)

一、系統(tǒng)簡(jiǎn)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(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(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(guò)程，光伏發(fā)電經(jīng)過(guò)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。

本創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)表面繪制了制儲(chǔ)氫原理結(jié)構(gòu)，各測(cè)試節(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(guò)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(guò)程的各項(xiàng)數(shù)據(jù)可通過(guò)上位機(jī)軟件實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。通過(guò)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、主要單元參數(shù)

2.1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；

2.2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(guò)壓保護(hù)，過(guò)充保護(hù)，過(guò)載保護(hù)，短路保護(hù)，反充保護(hù)等；

2.3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；

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(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(guò)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(guò)壓保護(hù)、蓄電池過(guò)放電保護(hù)、蓄電池反接保護(hù)、輸出過(guò)載保護(hù)、輸出短路保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等；

?工作溫度：-25℃～60℃；

2.5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；

2.6 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；

?獨(dú)特的氫能管理系統(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。

2.7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(zhǎng)泄露，過(guò)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℃；

2.8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；

2.9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(yǔ)言進(jìn)行開發(fā)，采用My Sql作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)FTP協(xié)議與數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信。軟件使用者通過(guò)使用光伏、風(fēng)力、地?zé)帷⑸镔|(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)校名稱和手機(jī)號(hào)碼注冊(cè)用戶

登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機(jī)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)手機(jī)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(wú)法在其他電腦上登錄。

?氣象數(shù)據(jù)庫(kù)

支持查看全國(guó)超過(guò)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、最高最低氣溫、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(guò)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)以最大化的適應(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(guò)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(zhǎng)，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(guó)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(guò)對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)可以得出當(dāng)?shù)亟?jīng)緯度、光伏組件全年最高、最低工作溫度，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(guò)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)崛萘俊L(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：教師可以自行命名模型的名字

刪除：教師可以對(duì)模型進(jìn)行刪除操作

4）基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)（實(shí)驗(yàn)用電智能安全調(diào)控裝置）

1、特點(diǎn)

當(dāng)智能控制系統(tǒng)檢測(cè)到有漏電或觸電情景出現(xiàn)時(shí)，智能控制系統(tǒng)在0.1秒斷開連接，保證人身和財(cái)產(chǎn)安全；智能控制系統(tǒng)本身有故障指示燈，用戶可根據(jù)智能控制系統(tǒng)故障指示燈顯示判斷出當(dāng)前故障狀態(tài)，便于處理；智能控制系統(tǒng)有掛鎖功能，需要檢修時(shí)，在掛鎖位置上鎖，★防止他人上電，檢修更安全?？梢圆杉F(xiàn)場(chǎng)輸出型裝置數(shù)據(jù)，通過(guò)多種物聯(lián)網(wǎng)通信方式上傳至云端，實(shí)現(xiàn)本地設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2、功能

基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)，可進(jìn)行用電數(shù)據(jù)采集、統(tǒng)計(jì)、存儲(chǔ)、分析、查詢等。運(yùn)用前端數(shù)據(jù)可視化技術(shù)將實(shí)時(shí)的用電數(shù)據(jù)展示在平臺(tái)上，并以圖表的形式提供可視化的用電信息查詢功能；運(yùn)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)用電設(shè)備和線路運(yùn)行狀況，對(duì)異常狀況及時(shí)告警，從而預(yù)防電氣火災(zāi)；運(yùn)用用電系統(tǒng)故障定位技術(shù)及時(shí)發(fā)現(xiàn)并精準(zhǔn)定位用電故障點(diǎn)，自動(dòng)生成故障報(bào)告，協(xié)助用戶第一時(shí)間修復(fù)用電系統(tǒng)故障；運(yùn)用電能質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)分析和評(píng)估電能質(zhì)量問(wèn)題，并提供定制化的治理方案，協(xié)助用戶獲得優(yōu)質(zhì)電能；運(yùn)用大數(shù)據(jù)技術(shù)和行業(yè)數(shù)學(xué)模型統(tǒng)計(jì)、分析并挖掘基礎(chǔ)的用電數(shù)據(jù)，基于數(shù)據(jù)發(fā)掘節(jié)能潛力，從而提供能效優(yōu)化方案。滿足用電管理系統(tǒng)可視、安全、可靠、優(yōu)質(zhì)和經(jīng)濟(jì)的智慧用電模塊需求。

3、基于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)驗(yàn)室安全用電智能控制系統(tǒng)由執(zhí)行裝置與網(wǎng)機(jī)組成，技術(shù)參數(shù)分別為：

（1）執(zhí)行裝置技術(shù)參數(shù)

（1）極數(shù)：3P+N

（2）脫扣特性：C（5-10）In D（10-14）In

（3）額定電流：In 6A、10A、16A、20A、25A、32A、40A、50A、63A

（4）額定電壓：Ue AC 230V/400V

（5）額定頻率f：50Hz

（6）額定短路分?jǐn)嗄芰Γ篒cu10kA

（7）殼架等級(jí)額定電流：Inm63A

（8）缺相保護(hù)：設(shè)備防燒毀保護(hù)模式

（9）漏電保護(hù)：元器件損壞保護(hù)模式

（10）過(guò)載保護(hù)：電流過(guò)大防燒毀模式

（11）短路保護(hù)：碰線防燒毀模式

（12）掛鎖保護(hù)：便于維修安全

（13）過(guò)溫保護(hù)：可監(jiān)測(cè)線路溫度

（14）過(guò)欠壓保護(hù)：防止造成人身事故和機(jī)械設(shè)備損壞

（15）漏電或觸電時(shí)0.1秒斷開

（16）故障指示燈，便于查看工作狀態(tài)

★（17）掛鎖功能，檢修更方便

（2）網(wǎng)機(jī)技術(shù)參數(shù)

（1）內(nèi)置STM32F103C8T6主控芯片

（2）外置8M無(wú)源晶振

（3）采用SP3485作為485通信芯片

（4）485防浪涌保護(hù)

（5）標(biāo)準(zhǔn)RS485接口，可直接串口設(shè)備

（6）智能型數(shù)據(jù)終端，便捷實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸功能

★（7）提供強(qiáng)大的中心管理軟件，方便設(shè)備管理

★（8）提供便捷的軟件升級(jí)和固件更新服務(wù)

★（9）提供數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)備份，方便查看歷史數(shù)據(jù)

（10）尺寸：89mm*67.5mm*20.5mm

（11）重量：70g

（12）電源：AC220V

（13）功耗：1.5W

（14）工作溫度：-25℃ - +70℃

（15）工作濕度：95%

（16）WiFi版最大下行傳輸速率：64kbps

（17）WiFi版最大上行傳輸速率：32kbps

提供有效、權(quán)威的證明文件，佐證該產(chǎn)品的可靠、安全、先進(jìn)性。

2.10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；

2.11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）。

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(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

?光伏發(fā)電氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理組成

?燃料電池控制系統(tǒng)的組成和控制

?電堆的IV極化特性曲線

?電堆的功率特性曲線

?環(huán)境改變對(duì)電堆性能的影響

?電解制氫效率測(cè)量實(shí)驗(yàn)

?電解制氫流量計(jì)量控制實(shí)驗(yàn)

?氫儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量和控制

?電堆輸出和尾氣分析實(shí)驗(yàn)

?人機(jī)界面設(shè)計(jì)和通訊控制