一、系統(tǒng)簡介
  風光互補制儲氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實訓(xùn)系統(tǒng)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關(guān)鍵環(huán)節(jié)的有機組合和展現(xiàn)。制氫的能源采用清潔的風力發(fā)電和光伏發(fā)電，這不僅解決了部分風力、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(chǎn)氫流量測量等幾個部分組成，可監(jiān)測產(chǎn)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(shè)定和控制儲氫壓力上下限。
上述過程，風力、光伏發(fā)電經(jīng)過DC/DC變流，經(jīng)直流母線儲存于蓄電池組中（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，氫氣儲存在儲氫系統(tǒng)中，需要時供給氫氧燃料電池裝置，產(chǎn)生電能，電池堆反應(yīng)后的尾氣進入尾氣分析裝置，可進行氣體成分分析。
風光互補制儲氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實訓(xùn)系統(tǒng)表面繪制了制儲氫原理結(jié)構(gòu)，各測試節(jié)點原理清晰直觀，采用安全接插座，操作安全。
風光互補制儲氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實訓(xùn)系統(tǒng)內(nèi)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。
風光互補制儲氫及燃料電池發(fā)電創(chuàng)新實訓(xùn)系統(tǒng)還內(nèi)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(chǎn)業(yè)中的應(yīng)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(yīng)用現(xiàn)場。大大提高氫氣利用領(lǐng)域的安全性和數(shù)據(jù)可驗證性。

二、主要單元參數(shù)
2.1光伏發(fā)電單元
? 光伏功率：10W*4塊；
? 開路電壓：21.5V；
? 工作電壓：17.5V；
? 短路電流：0.56A；
? 工作電流：0.51A；
? 跟蹤方式：雙軸全自動跟蹤；
? 跟蹤精度：±0.5°
? 水平回轉(zhuǎn)角度：270°；
? 俯仰角度：180°
? 控制器供電電源：DC 12-32V
2.2風力發(fā)電機
? 額定功率：300(W)
? 額定電壓：12/24(V)
? 額定電流：33.3/16.7（A）
? 風輪直徑：1.24(m)
? 啟動風速：1.5(m/s)
? 額定風速：9.6(m/s)
? 安全風速：35(m/s)
? 工作形式：永磁同步發(fā)電機 
? 風葉旋轉(zhuǎn)方向：順時針
? 風葉數(shù)量：3（片）   
? 風葉材料：玻璃增強聚丙烯材料
? 電機材料：鋁合金
2.3 模擬風洞模塊
? 風量：32073 mз/h
? 風壓：388Pa
? 轉(zhuǎn)速：1440 r/min
? 功率：2.2kW    
? 可調(diào)風速：0～13級連續(xù)可調(diào)
2.4 風光互補控制器    
? 工作電壓：24VDC
? 充電功率Pmax ：650W
? 光伏功率Pmax ：150W
? 風機功率Pmax ：450W
? 充電方式：PWM脈寬調(diào)制
? 充電最大電流 35A
? 過放保護電壓 11V 
? 過放恢復(fù)電壓 12.6V
? 輸出保護電壓 16V    
? 卸載開始電壓（出廠值）15.5V
? 卸載開始電流（出廠值） 15A
? 控制器設(shè)有蓄電池過充、過放電保護、蓄電池開路保護、負載過電壓保護、夜間防反充電保護、輸出短路保護、電池接反保護、欠壓和過壓防震蕩保護、均衡充電、溫度補償、光控開關(guān)功能；
負載為100W以下的12V/24V直流負載，控制單元一通道為常開輸出，另一通道為多類定時輸出（光控開、光控關(guān)，定時開、定時關(guān)，）。
2.5儲能電池
? 電池類型：鉛酸免維護；
? 電池容量：12V55AH；
? 電池連接方式：串聯(lián)；
? 電池保護：末端接保險絲；
2.6離網(wǎng)逆變器
? 額定輸出容量：1500VA；
? 額定輸入電壓：DC24V；
? 輸入電壓保護：DC34V；
? 輸入電壓恢復(fù)：DC33V；
? 輸入欠壓保護：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%；
? 絕緣強度：1500VAC,1分鐘；
? 逆變器結(jié)構(gòu)：工頻隔離；
? 設(shè)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；
? 工作溫度：-25℃～60℃；
2.7 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160W；
2.8 氫緩沖穩(wěn)定系統(tǒng)（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(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(guān)斷等，增強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)
? 系統(tǒng)耐壓：不低于1MPa；
? 氣體控制閥：最小開合時間50ms；
? 氣體泄露仿真模型：可隨機設(shè)定組合不低于9種；
? 包括點泄露，長泄露，過壓泄露等
? 燃料電池堆
? 額定輸出：100W，14V/7.2A；
? 單電池數(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：滿負荷運轉(zhuǎn)時1.4L/min；
? 起動時間：<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℃；
2.10自動控制及監(jiān)測系統(tǒng)
? 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(jiān)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；
2.11人機界面
1）內(nèi)置氫能管理軟件現(xiàn)場端
? 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標準通信方式，可實現(xiàn)高速運算和復(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(zhì)4種能源設(shè)計多能互補方案，完成區(qū)域能源的供能結(jié)構(gòu)改造方案設(shè)計，并結(jié)合區(qū)域的氣候數(shù)據(jù)，模擬區(qū)域內(nèi)實時能耗與供能數(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：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(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(nèi)只能在同一臺電腦上登錄，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。
? 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)學習任務(wù)，同時可以修改多種參數(shù)以最大化的適應(yīng)不同實際情況，最后可以根據(jù)學生完成情況進行相應(yīng)的評分。
根據(jù)項目及學習任務(wù)需要規(guī)劃設(shè)計的區(qū)域面積大小，選擇對應(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地圖上的是真實的地形地貌，包含設(shè)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(guān)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(guān)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(nèi)隨機波動的特點；）
支持修改地熱能的相關(guān)評分參數(shù)：換熱能力、熱協(xié)調(diào)參數(shù)、成本單價
支持修改生物質(zhì)能的相關(guān)評分參數(shù)：生物質(zhì)年供應(yīng)、整機效率、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(shè)的電站功率作為評分準則。
（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(nèi)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?jīng)緯度、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(zhì)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(shè)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
2.12尾氣分析系統(tǒng)
? 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；
2.13上位機單元（內(nèi)置氫能管理軟件上位機端）
? 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）。
2.14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，結(jié)構(gòu)美觀新穎，方便操作和數(shù)據(jù)讀取。
三、可完成課題項目
? 光伏發(fā)電氫儲能系統(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)境改變對電堆性能的影響
? 電解制氫效率測量實驗
? 電解制氫流量計量控制實驗
? 氫儲能系統(tǒng)參數(shù)測量和控制
? 電堆輸出和尾氣分析實驗
? 人機界面設(shè)計和通訊控制
四、基本配置清單