氢氧燃料电池系统能量模型与仿真

针对氢氧燃料电池系统,从氢能储存、氢能转化、电能消耗和热能利用四个方面出发,建立系统能量参数模型,仿真系统能量参数随运行工况变化曲线,对参数加以预测和评定,从而指导燃料电池系统设计。     

氢能设备在港口应用的思考

一、背景 氢能源以氢气作为能源载体,由于其不管是直接燃烧还是采用电化学转化,产物只有水且能量转化效率高,加之具有来源丰富等优点,被誉为21世纪最具发展潜力的二次能源.燃料电池现已特指将氢气的化学能直接转化为电能的装置,具有转换效率高、零排放等特点,是最佳的氢能利用技术.     

基于燃料电池船舶混合电力推进系统的功率追踪控制策略

为提升混合电力推进船舶的续航能力，针对小型船舶巡航负荷的特点，组建以锂电池为动力源、燃料电池为增程单元的混合电力推进系统。选取典型船舶确定试验平台运行工况，设计与其相匹配的增程式燃料电池混合动力系统，并搭建质子交换膜燃料电池与锂电池混合电力推进系统的试验台架。以适配巡航工况为目的，基于锂电池荷电状态（SOC）调节功率追踪，获取燃料电池与锂电池间的能量分配策略。研究结果表明，该功率追踪控制策略能实现母线功率输出与模拟船舶工况间的适配。当将锂电池作为主要动力源时，系统发电单元的转换效率可维持在85%左右；当将燃料电池作为主要动力源时，系统发电单元的转换效率仅维持在75%左右。由此说明，以锂电池为动力源、燃料电池为增程单元的混合电力推进系统的设计是合理的。     

大功率燃料电池堆氢气膜增湿系统实验研究

对70 kW常压质子交换膜燃料电池堆氢气膜增湿系统的传热传质特性进行了实验研究.管壳式膜增湿器应用于大功率燃料电池堆氢气增湿系统具有增湿速率快、被增湿氢气润湿程度好的优点.利用液态水对氢气进气进行增湿,实验中被增湿后氢气总能够达到过饱和状态,氢气流量一定时,膜增湿器增湿水进出口温差随水流量增大而降低,氢气出口温度随着液态水流量升高而接近增湿水进口温度;增大增湿水流量能够降低增湿水通过膜增湿器前后温差.增湿水温度和流量一定时,燃料电池堆负荷增大,被增湿氢气出口相对湿度变化不明显.     

水电解制氢技术发展前景

氢气作为环境友好的能量载体,清洁、无污染、可再生。目前工业化制氢方法有许多种,包括天然气蒸汽重整制氢、甲醇重整制氢、水煤气制氢和技术最为成熟的水电解制氢,前三种制氢方法无一例外都需要面临资源枯竭的化石燃料,并且产物中都有造成日益严重地球温室效应的二氧化碳;水电解制氢的原料水则取之不尽、用之不竭,作为能源使用后反应产物又是可重复利用的水,是最有发展前景的制氢方法。如果直接利用火力发电资源作为水电解制氢的电能供给,在目前的制氢方法中水电解制氢能耗是最高的,但如果采用风能、太阳能、水力能所产生的电能来电解水,那水电解制氢无疑是社会性、经济性最好的。     

水电解制氢(氧)装置纯水补给系统设计计算及故障分析

氢气广泛用于石油、化工、冶金、电子等行业，水电解制氢是重要的制氢方法之一．本文介绍了水电解制氢(氧)装置的工作原理和基本流程。对纯水补给系统关键点的压力进行了计算，分析了在装置运行过程中，造成补水故障的原因，提出了在设计和调试过程中的解决措施。     

潜用燃料电池氢泄漏分析及检测技术

根据潜用燃料电池需要在舱内使用和存储氢气的实际情况,利用喷管理论建立氢气在密闭空间内的泄漏和扩散计算方法,并给出计算实例;并提出一种基于无线信号衰减特性(RSSI)的氢泄漏点经验定位算法。研究成果可用于燃料电池上艇使用时的安全性分析以及快速确定氢气泄漏点的位置。     

英国海军未来舰船采用单台发电机运行方式

在造船领域已普遍使用既能为推进系统提供电能又能为舰船设备提供电能的通用电力系统，称为全电力推进系统。所有的推进动力由电力驱动，系统仅采用满足负载需求的必要的几台原动机，并全部以接近最优效率高效运行，其效率根据大量的已经使用的原动机的最优效率确定。为了从高效的全电力推进系统中受益，并减少设备采办成本达到可承受的程度，英国海军电力舰方案中的原动机数量将减至最少。建议在巡航工况下，采用单台发电机运行，从而使发电机的运行时间减至最少，这就会在燃料消耗和维护成本上带来巨大的收益。介绍单台发电机运行时的状态，讨论巡航应急供电能力和作战指挥不问断供电能力。当单台发电机运行时，一旦原动机发生故障，巡航应急供电能力必需能为主要设备提供电能。为了维持一定的操纵能力，还需要提供推进电力。现役舰船中，武器系统的不间断电源装置中已经有一定的电能储备。同时还提出了指控显示设备不间断供电能力，即在作战状态下，必须为指挥、控制和显示设备，导航和应急照明提供不问断电源。作战状况下需要一种瞬间不问断电源转换设备，该电源通常由安装在主系统中的不问断电源提供，或者是经24V变压整流的电源提供。现在介绍的电力舰方案中，电力系统的推进汇流排和船用设备汇流排有不同的选择。介绍能量储存的多种选择方案，它可以为分布在一条或两条汇流排上的单台设备或多台设备供电。最后还指出“单台发电机运行”的说法不够确切，因为在巡航状态下，单台发电机将会配置一台或多台电能储存设备，这样的运行方式与常规的运行方式相比，损失能量的风险较少。     

水电解制氢装置宽功率波动适应性研究

随着风电行业的迅猛发展,对风能源的转化有了迫切需求,对能源转化系统的风电波动性适应提出了更高要求.氢气作为清洁的"新能源"成为消化弃风的最佳选择.利用调整各工艺参数的方法,研究传统水电解制氢装置在风电宽功率波动条件下的适应性,并探索相关解决方法.为水电解制氢装置的进一步改进提供支持,为微电网风电耦合制氢及氢能综合利用提供理论依据.     

水电解制氢装置宽功率波动适应性研究

随着风电行业的迅猛发展,对风能源的转化有了迫切需求,对能源转化系统的风电波动性适应提出了更高要求。氢气作为清洁的"新能源"成为消化弃风的最佳选择。利用调整各工艺参数的方法,研究传统水电解制氢装置在风电宽功率波动条件下的适应性,并探索相关解决方法。为水电解制氢装置的进一步改进提供支持,为微电网风电耦合制氢及氢能综合利用提供理论依据。     

小型（便携式）金属氢化物贮氢器的开发应用及前景

作为重要的二次能源之一的氢气，它的贮运方法是目前制约其发展的瓶颈，在全面考虑安全性、经济性和小型化以及贮氢技术的成熟程度等问题时，金属氢化物贮氢被认为是最合适的选择，可应用于小功率质子交换膜燃料电池在诸如电动自行车、助动车、手提电脑、通讯以及电动工具等方面，小型(便携式)金属氢化物贮氢器作为一种可携带的安全的氢气源，具有广阔的市场前景。     

储氢合金的开发与利用

金属氢合物即储氢合金能有效地储存氢气并在需要的时候释放出来，既安全又可靠，为氢能的有效利用如用氢作燃料、燃料电池、化学蓄热和化学热泵及氢气的纯化、低质热能回收等方面提供了必要的保证。本文介绍了储氢合金储存和释放氢气的原理和方法以及存在的技术难点和解决方法，指出了这种方法广阔的应用前景。     

潜艇AIP系统和燃料电池

德国在常规潜艇中成功地加装了燃料电池AIP系统,这是燃料电池最为成功的应用实例.这种成功首先来源于燃料电池具有本质上的优越性.同时也发挥了燃料电池的主要长处(能量转换效率高、比能量高、副产物是水),避免了燃料电池的短处(价格高,使用寿命目前还不够长),为燃料电池的开发提供了范例.     

燃料电池技术及其船舶应用现状

燃料电池由于具有高效率、低排放和低噪声、可使用多种燃料等特性,已在很多领域得以应用,比如可用作船舶应急发电机、发电机及推进器电力供应装置。简要介绍燃料电池技术,从效率、能量利用及排放等方面分析燃料电池的特点,并以Wart sila公司开发的应用于船舶的固体氧化物燃料电池WFC20为例,介绍目前最先进的船舶燃料电池的性能指标和工作参数,对燃料电池在船舶应用的现状及主要不足进行探讨。     

水电解制氢(氧)装置补水故障分析及设计计算

氢气广泛应用于石油、化工、能源、军工等行业。水电解制氢是重要的制氢方法之一,它广泛用于热电厂、核电站以及核潜艇、航天空间站等密闭空间人员供氧。本文介绍了水电解制氢(氧)装置的基本流程。对纯水补给系统关键点的压力进行了计算,分析了在装置运行过程中,造成补水故障的原因,提出了在设计和调试过程中的解决措施。     

燃料电池有望替代石油、煤炭

燃料电池技术是21世纪最有希望替代石油、煤炭的一种新能源技术,这是由科技部高技术研究发展中心和上海市科委联合主办的首届21世纪燃料电池技术国际研讨会得出的结论。 燃料电池是一种新的能源生产形式,工作时不产生任何废弃物,是21世纪电力生产发展的方向之一。燃料电池的特点是能量转换效率高、无污染、无噪声、无震动、制造维护简便,可适合于野外作业、航天、汽     

船舶并联式气电混合动力系统能量效率分析

为提高船舶系统能效,提出一种船舶并联式气电混合动力系统方案,在Simulink平台上建立系统的仿真模型。结合实例对蓄电池的储能效率进行分析,得到该系统在E3循环、不同功率比下天然气发动机的燃气消耗和电动机的效率,从部件效率、总能量效率和总能量效率提升率3个方面对系统能量效率进行研究。结果表明,该系统在转速100%、功率100%和转速91%、功率75%工况下机械推进模式能量效率高,在转速80%、功率50%工况下电力推进模式能量效率高,在转速63%、功率25%工况下大功率比并联推进模式和电力推进模式能量效率高。     

典型工况下的燃料电池船舶复合储能系统设计

针对燃料电池船的电能质量品质不高、蓄电池使用寿命短等问题,设计了由超级电容、磷酸铁锂电池组成的复合储能系统,并提出了基于功率分流式的能量管理策略。在MATLAB/Simulink环境下建立系统仿真模型,并采用自适应粒子群算法调用仿真模型,对复合储能系统的容量配置与能量管理策略的参数进行联合优化。仿真结果表明：优化后的复合储能系统可以满足船舶典型工况需求,并且能够缓冲负载波动对燃料电池与磷酸铁锂电池的冲击,使燃料电池工作在高效率区间,机动工况下船舶能量效率提高了3.17%;磷酸铁锂电池的充放电过程得到优化,能延长其使用寿命;母线电压波动减小,提高了电能质量。     

基于Aspen HYSYS的LNG-FSRU冷能利用系统设计和优化

为解决一种新型天然气运输和储存装置(Liquefied Natural Gas-Floating Storage Regasification Unit, LNG-FSRU)冷能利用问题,提出一种基于系统能量梯级理论新型LNG-FSRU冷能综合利用方案。采用Peng-Robinson方程计算法,并借助Aspen HYSYS软件设计出集成多种利用形式的冷能利用系统,建立系统冷■利用率数学模型并进行实际分析验证。结果表明:该系统冷能利用的总■效率达到29.15%,证明LNG-FSRU冷能梯级利用系统的合理性和经济性。     

混合动力船舶的建模与能量管理

考虑到能源和环境的问题日益突出,开发低能耗、低排放的绿色船舶成为当今船舶工业的首要任务。设计混合动力船舶电力推进系统的架构,采用光伏电池和燃料电池等清洁能源与柴油发电机混合动力驱动船舶,加上蓄电池作为储能元件对多余的功率的吸收或缺少功率的补充。并且使用能量管理中心对其进行调度管理。