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SGXNY-036 風(fēng)光互補(bǔ)制儲(chǔ)氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實(shí)訓(xùn)系統(tǒng)
一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介
SGXNY-036風(fēng)光互補(bǔ)制儲(chǔ)氫及燃料電池發(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風(fēng)力發(fā)電和光伏發(fā)電，這不僅解決了部分風(fēng)力、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，風(fēng)力、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光伏發(fā)電單元
Ø 光伏功率：10W*4塊；
Ø 開(kāi)路電壓：21.5V；
Ø 工作電壓：17.5V；
Ø 短路電流：0.56A；
Ø 工作電流：0.51A；
Ø 跟蹤方式：雙軸全自動(dòng)跟蹤；
Ø 跟蹤精度：±0.5°
Ø 水平回轉(zhuǎn)角度：270°；
Ø 俯仰角度：180°
Ø 控制器供電電源：DC 12-32V
2.2風(fēng)力發(fā)電機(jī)
Ø 額定功率：300(W)
Ø 額定電壓：12/24(V)
Ø 額定電流：33.3/16.7（A）
Ø 風(fēng)輪直徑：1.24(m)
Ø 啟動(dòng)風(fēng)速：1.5(m/s)
Ø 額定風(fēng)速：9.6(m/s)
Ø 安全風(fēng)速：35(m/s)
Ø 工作形式：永磁同步發(fā)電機(jī)
Ø 風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)方向：順時(shí)針
Ø 風(fēng)葉數(shù)量：3（片）
Ø 風(fēng)葉材料：玻璃增強(qiáng)聚丙烯材料
Ø 電機(jī)材料：鋁合金
2.3 模擬風(fēng)洞模塊
Ø 風(fēng)量：32073 mз/h
Ø 風(fēng)壓：388Pa
Ø 轉(zhuǎn)速：1440 r/min
Ø 功率：2.2kW
Ø 可調(diào)風(fēng)速：0～13級(jí)連續(xù)可調(diào)
2.4 風(fēng)光互補(bǔ)控制器
Ø 工作電壓：24VDC
Ø 充電功率Pmax ：650W
Ø 光伏功率Pmax ：150W
Ø 風(fēng)機(jī)功率Pmax ：450W
Ø 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
Ø 充電最大電流 35A
Ø 過(guò)放保護(hù)電壓 11V
Ø 過(guò)放恢復(fù)電壓 12.6V
Ø 輸出保護(hù)電壓 16V
Ø 卸載開(kāi)始電壓（出廠值）15.5V
Ø 卸載開(kāi)始電流（出廠值） 15A
Ø 控制器設(shè)有蓄電池過(guò)充、過(guò)放電保護(hù)、蓄電池開(kāi)路保護(hù)、負(fù)載過(guò)電壓保護(hù)、夜間防反充電保護(hù)、輸出短路保護(hù)、電池接反保護(hù)、欠壓和過(guò)壓防震蕩保護(hù)、均衡充電、溫度補(bǔ)償、光控開(kāi)關(guān)功能；
負(fù)載為100W以下的12V/24V直流負(fù)載，控制單元一通道為常開(kāi)輸出，另一通道為多類(lèi)定時(shí)輸出（光控開(kāi)、光控關(guān)，定時(shí)開(kāi)、定時(shí)關(guān)，）。
2.5儲(chǔ)能電池
Ø 電池類(lèi)型：鉛酸免維護(hù)；
Ø 電池容量：12V55AH；
Ø 電池連接方式：串聯(lián)；
Ø 電池保護(hù)：末端接保險(xiǎn)絲；
2.6離網(wǎng)逆變器
Ø 額定輸出容量：1500VA；
Ø 額定輸入電壓：DC24V；
Ø 輸入電壓保護(hù)：DC34V；
Ø 輸入電壓恢復(fù)：DC33V；
Ø 輸入欠壓保護(hù)：DC21.6V；
Ø 輸入欠壓恢復(fù)：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(dòng)態(tài)響應(yīng)：5%；
Ø 功率因素：≧0.8；
Ø 過(guò)載能力：120%/1分鐘,150%/10秒鐘；
Ø 逆變效率：90%；
Ø 絕緣強(qiáng)度：1500VAC,1分鐘；
Ø 逆變器結(jié)構(gòu)：工頻隔離；
Ø 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；
Ø 工作溫度：-25℃～60℃；
2.7 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(dá)160W；
2.8 氫緩沖穩(wěn)定系統(tǒng)（儲(chǔ)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(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。
2.9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(kāi)合時(shí)間50ms；
Ø 氣體泄露仿真模型：可隨機(jī)設(shè)定組合不低于9種；
Ø 包括點(diǎn)泄露，長(zhǎng)泄露，過(guò)壓泄露等
Ø 燃料電池堆
Ø 額定輸出：100W，14V/7.2A；
Ø 單電池?cái)?shù)：24片；
Ø 反應(yīng)物質(zhì)：氫氣、空氣；
Ø 供氫品質(zhì)：干燥，純度99.99%；
Ø 供氫壓力：5.8-6.5psi；
Ø 供氫流量：滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)1.4L/min；
Ø 起動(dòng)時(shí)間：<30S；
Ø 輸出電壓：DC13-23V；
Ø 增濕類(lèi)型：自增濕；
Ø 冷卻類(lèi)型：空冷；
Ø 環(huán)境溫度：5-35℃；
Ø 電堆工作溫度：<65℃；
2.10自動(dòng)控制及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)
Ø 環(huán)境檢測(cè)傳感器：
Ø 溫度檢測(cè)范圍：-40℃～85℃；
Ø 溫度檢測(cè)精度：±0.5℃；
Ø 壓力監(jiān)測(cè)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；
2.11人機(jī)界面
1）內(nèi)置氫能管理軟件現(xiàn)場(chǎng)端
Ø 觸摸屏尺寸：7″；MCGS
Ø 屏幕類(lèi)型：TFT液晶顯示屏；
Ø 分辨率：800×480；
Ø 內(nèi)存：128M；
Ø 串行接口：RS232/RS485；
Ø 供電電壓：24±20%VDC；
Ø 自動(dòng)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(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(kāi)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)�、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)。
Ø 用戶(hù)管理功能：
注冊(cè)：支持學(xué)生或教師按照學(xué)校名稱(chēng)和手機(jī)號(hào)碼注冊(cè)用戶(hù)
登錄：支持學(xué)生或教師根據(jù)手機(jī)號(hào)碼或用戶(hù)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(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(hào)、上級(jí)用戶(hù)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。
Ø 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。
Ø 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(shù)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(xiě)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(kāi)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�、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：教師可以自行命名模型的名字
刪除：教師可以對(duì)模型進(jìn)行刪除操作
2.12尾氣分析系統(tǒng)
Ø 溫度檢測(cè)范圍：-40℃～85℃；
Ø 溫度檢測(cè)精度：±0.5℃；
Ø 濕度檢測(cè)范圍：0-99.9%RH；
Ø 濕度檢測(cè)精度：±3%RH；
Ø 氫氣濃度檢測(cè)范圍：0-40000PPM
Ø 傳感器通訊接口：隔離RS485或模擬量輸出；
2.13上位機(jī)單元（內(nèi)置氫能管理軟件上位機(jī)端）
Ø CPU：IntelCore i5；
Ø 內(nèi)存：DDR3 8G；
Ø 硬盤(pán)：7200轉(zhuǎn)/1TB；
Ø 顯卡：Intel HD Graphic；
Ø 屏幕：22英寸高清顯示器（1920*1080）。
2.14柜體材質(zhì)與尺寸
Ø 板材：熱鍍鋅處理；
Ø 板材表面烤漆工藝；
Ø 鋼板厚度：2mm；
Ø 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
Ø 光伏發(fā)電氫儲(chǔ)能系統(tǒng)的原理組成
Ø 燃料電池控制系統(tǒng)的組成和控制
Ø 電堆的IV極化特性曲線
Ø 電堆的功率特性曲線
Ø 環(huán)境改變對(duì)電堆性能的影響
Ø 電解制氫效率測(cè)量實(shí)驗(yàn)
Ø 電解制氫流量計(jì)量控制實(shí)驗(yàn)
Ø 氫儲(chǔ)能系統(tǒng)參數(shù)測(cè)量和控制
Ø 電堆輸出和尾氣分析實(shí)驗(yàn)
Ø 人機(jī)界面設(shè)計(jì)和通訊控制
四、系統(tǒng)基本配置單
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序號(hào) |
名 稱(chēng) |
型 號(hào) |
數(shù) 量 |
單 位 |
備注 |
|
1 |
制儲(chǔ)氫及氫燃料電池發(fā)電創(chuàng)新系統(tǒng)控制柜 |
SGXNY-036 |
1 |
臺(tái) |
|
|
2 |
氫氣發(fā)生器 |
AK-H500 |
1 |
臺(tái) |
|
|
3 |
儲(chǔ)氣罐（氫氣緩沖罐） |
AS-5L |
1 |
臺(tái) |
|
|
4 |
燃料電池模塊 |
H-100 |
1 |
臺(tái) |
|
|
5 |
DC-DC模塊 |
D1200W |
1 |
臺(tái) |
|
|
6 |
液晶儀表（直流*2，交流*1） |
|
3 |
只 |
|
|
7 |
太陽(yáng)能電池 |
PV10W |
4 |
塊 |
|
|
8 |
雙軸追日機(jī)構(gòu)和支架 |
MINI-2 |
1 |
臺(tái) |
|
|
9 |
鹵素?zé)?/span> |
QVF-135 |
3 |
只 |
|
|
10 |
風(fēng)光互補(bǔ)控制器 |
LSH-20 |
1 |
臺(tái) |
|
|
11 |
光伏逆變器（DC-AC轉(zhuǎn)換器） |
SG-DA1500 |
1 |
臺(tái) |
|
|
12 |
矢量變頻器 |
D72 |
1 |
臺(tái) |
|
|
13 |
風(fēng)力發(fā)電機(jī) |
XT-400 |
1 |
臺(tái) |
|
|
14 |
模擬風(fēng)洞 |
T35-8 |
1 |
套 |
|
|
15 |
大氣、溫/濕度傳感器 |
PC301 |
1 |
只 |
|
|
16 |
氫氣壓力、泄漏傳感器 |
PPM-4W |
1 |
只 |
|
|
17 |
光照度測(cè)試儀 |
|
1 |
臺(tái) |
|
|
18 |
導(dǎo)軌電源模塊5V/12V/24V |
AC-DC |
3 |
只 |
|
|
19 |
MCGS觸摸屏 |
7寸 |
1 |
臺(tái) |
|
|
20 |
矢量變頻器 |
D72 |
1 |
臺(tái) |
|
|
21 |
風(fēng)速儀模塊 |
PH-2000 |
1 |
套 |
|
|
22 |
儲(chǔ)能蓄電池 |
55AH |
2 |
只 |
|
|
23 |
直流空氣開(kāi)關(guān) |
DZ20 |
2 |
只 |
|
|
24 |
交流漏電保護(hù)開(kāi)關(guān) |
DZ16 |
1 |
只 |
|
|
25 |
使用手冊(cè) |
SGXNY-036 |
1 |
本 |
|
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