质子交换膜燃料电池应用现状及分析

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是目前应用最广泛的燃料电池,但是受限于其性能、寿命及成本,尚未实现商业化。本文综述了PEMFC的发展现状及其性能、寿命以及成本方面的优劣,分析了PEMFC在便携式电源、移动式电源及固定式发电等领域的应用现状及存在的问题。针对我国目前的氢能设施和经济发展现状,PEMFC在固定式发电领域的应用或成为商业化的突破点,特别是作为备用电源应用于移动通信、数据中心等场合。     

PEM燃料电池的应用前景

概括了质子交换膜燃料电池(PEMFC)发电系统的优缺点以及目前国内外在备用电源、应急照明电源以及通讯指挥系统电源方面的应用研究状况;分析了PEMFC发电系统的组成和总体设计方案;探讨了PEMFC发电系统在军事方面的应用前景;认为质子交换膜燃料电池在军事应用中有很高的价值。     

质子交换膜燃料电池氢气循环过程的稳态模拟与分析

为保证质子交换膜燃料电池在发电和交通领域的稳定高效应用,通常采用阳极氢气循环的方法提高氢气利用率,同时提升燃料电池的性能和寿命。本文以一个氢气循环模式的燃料电池系统为研究对象,对循环泵、阴极外加湿、阳极排气阀等进行了设计,并对氢气循环过程进行了稳态系统建模、计算与分析,研究了氢气循环比、运行温度、运行压力、电流密度对系统水气平衡和电效率的影响。     

浅谈我国燃料电池标准化现状

本文介绍了我国燃料电池标准化工作的整体情况,给出了目前我国燃料电池标准体系框架,分析了我国在燃料电池基础、固定式燃料电池发电系统、备用电源系统、便携式燃料电池发电系统、微型燃料电池发电系统、驱动和辅助用燃料电池发电系统等领域的标准化情况,对相应的标准内容做了简单介绍,并进一步提出了我国燃料电池未来的标准化方向。     

燃料电池备用电源系统设计与控制研究

为了弥补燃料电池作为独立备用电源存在的不足,提出一种以燃料电池为主电源、蓄电池为辅助电源的备用电源系统。根据燃料电池备用电源系统特性,提出了系统电压阈值补偿控制策略及蓄电池充放电控制策略,实现备用电源的不间断切换及动态补偿。基于提出的系统结构和控制策略,研发了一台3 kW燃料电池备用电源样机系统。实际测试表明,所提的系统结构及控制策略实用、有效,所设计的燃料电池备用电源系统可用作不间断备用电源。     

基于PLC的燃料电池备用电源监控系统的研究

根据燃料电池备用电源的特性,提出一种基于可编程逻辑控制器(PLC)的燃料电池备用电源监控系统,实现了备用电源的不间断切换,从而保证了系统稳定电能输出。经过实际测试,该系统可以实现预设目的,具有一定的推广价值。     

质子交换膜燃料电池系统运行特性

质子交换膜燃料电池(PEMFC)是一种高效、零污染的发电技术,能够将氢气的化学能通过电化学反应直接转化为电能,在家用热电联产、备用电源、新能源汽车等领域具有广阔的应用前景。电池堆是PEMFC系统的核心部件,系统结构及集成工艺对燃料电池堆性能影响显著。本文针对PEMFC系统结构、气路子系统、增湿子系统、热管理子系统、控制子系统分别进行了阐述,并实验测试了自消耗情况以及系统启动温度、系统稳定运行温度等因素变化时电池堆的电流-电压曲线,获得了PEMFC性能变化规律。实验结果表明:PEMFC系统的启动温度和稳定运行温度对电池性能有较为显著的影响,当系统启动温度约为25℃、稳定运行温度为50~60℃时,电池堆性能达到最优值。该结论可为优化质子交换膜燃料电池堆性能、提高电池系统运行稳定性提供依据。     

基于DSP28035的通信基站2kW光伏电源设计

光伏电源为通信基站的直流负载提供电能,同时对蓄电池进行充电,因此,光伏电源的性能直接影响着通信基站的长期运行。在Buck电路的基础上,基于DSP28035和单片机STC12C5A56S2设计了通信基站2kW光伏电源。分别从硬件电路、软件程序以及最大功率跟踪对2kW光伏电源进行介绍,通过实验证明：光伏电源提高了太阳能的转换效率和蓄电池充放电的稳定性,对于太阳能发电在通信基站的推广和应用具有一定的推动作用。     

基于STM32F103的燃料电池控制系统设计

质子交换膜燃料电池系统设计复杂、价格贵且损耗大,为了提高电池系统的发电效率、减少设计成本,设计了一种基于STM32F103高速嵌入式单片机作为系统下位机的控制核心,基于C#软件平台开发的人机交互监控界面作为上位机的1.5 kW燃料电池控制系统,有效地整合了燃料电池发电系统。采用工业传感器采集燃料电池的各项参数,实现了对氢气供给、空气供给、散热风扇、模拟量监测和显示等子系统的控制。经过长时间实验,证明该系统设计可靠,运行稳定。     

发电侧备用电池储能系统的技术经济分析

储能电池具有ms级的响应速度,能够快速平衡随时变化的负荷波动,可以作为火电厂的容量备用电源。但是,电池储能系统高昂的成本是阻碍其商业应用的重要原因之一。以锂离子电池、钠硫电池、全钒液流电池为例,采用成本收益分析方法,研究了其作为火电厂容量备用电源的技术经济性能。研究结果表明：尽管这3种储能电池的功率成本和能量成本较高,若将其作为火电厂容量备用电源,在其寿命周期内仍然可以获得较好的经济效益,收回成本年限远小于其寿命周期。通过电池储能系统的容量备用,可以提高火电厂的发电负荷率,降低发电煤耗,不但降低发电成本,而且减少燃煤电厂的CO2和污染物排放,从而起到节能减排的作用。     

氢燃料电池在电力系统后备电源的应用研究

笔者针对变电站直流系统,应用新型氢燃料后备电源替代蓄电池组作为后备电源产品。旨在将氢燃料电源作为直流系统整体后备电源,氢燃料应急移动直流电源,直流技改中氢燃料后备电源的可行性和解决方案进行测试研究,提出新型后备电源设计、采取措施以及提出一整套系统的解决方案。结果显示,将氢燃料电池供电系统代替铅酸蓄电池组作为停电期间的后备电源,只保留少量的铅酸蓄电池作为系统启动过程中的支撑,停电时自动启动、市电恢复时自动进入待机状态,铅酸电池随即进入浮充状态。大量减少铅酸蓄电池的使用,能减少对环境的污染。氢燃料电池供电系统若包含DC/AC逆变设备,即可为通信站的交流负载供电,替代汽柴油机,降低噪音和振动,减少二氧化碳等气体排放。     

Comparative evaluation of different power management strategies of a stand-alone PV/Wind/PEMFC hybrid power system

This study presents different power management strategies of a stand-alone hybrid power system. The system consists of three power generation systems, photovoltaic (PV) panels, a wind turbine and a proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). PV and wind turbine is the main supply for the system, and the fuel cell performs as a backup power source. Therefore, continuous energy supply needs energy storing devices. In this proposed hybrid system, gel batteries are used. The state of charge (SOC), charge-discharge currents are affecting the battery energy efficiency. In this study, the battery energy efficiency is evaluated with three different power management strategies. The control algorithm is using Matlab-Simulink®.     

Hybrid fuel-cell strategies for clean power generation

A hybrid power system consists of a combination of two or more power generation technologies to make best use of their operating characteristics and to obtain efficiencies higher than that could be obtained from a single power source. Since fuel cells directly convert fuel and an oxidant into electricity through an electrochemical process, they produce very low emissions and have higher operating efficiencies. Hence, combining fuel cells with other sources, the efficiency of the combined system can be further increased or extend the duration of the available power to the load as a backup power. In this paper, different types of fuel-cell hybrid systems and their applications are presented. An analysis of the combined cycle operation of a solid oxide fuel cell (SOFC)-microturbine is presented. A strategy for combining the thermophotovoltaic power generation unit and SOFC to obtain the hybrid power system that would have higher efficiency is proposed. The hybrid operation of wind power and solar power system with proton exchange membrane fuel cell is also presented.     

固体氧化物燃料电池与质子交换膜燃料电池联合系统的建模与仿真

建立一种新型的发电系统结构——固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)与质子交换膜燃料电池(Proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)联合发电系统,在该联合系统中SOFC不但可产生电能,同时为PEMFC提供富氢的重整气产生额外电能,提高了燃料能量转换率,也节省了外置重整器的设备消耗。该文基于质量、能量平衡并耦合电化学知识建立了SOFC-PEMFC联合发电系统模型。详细讨论了系统参数(燃料利用率、空气与燃料流量比和燃料流量)对系统性能的影响。仿真结果表明,在本文设计工况下,SOFC-PEMFC联合发电系统的发电效率和系统能源综合利用效率分别为54％和723％,高于同一功率等级下的独立SOFC发电系统和重整器-PEMFC发电系统;另外,合理的空气与燃料流量比可以改善系统性能;SOFC燃料利用率为75％时,系统发电效率达到最大;燃料流量对系统发电效率基本没有影响。     

考虑先进绝热压缩空气储能的风力发电系统成本/供电可靠性评估

风电的随机性会使得电力系统受到影响,先进绝热压缩空气储能(AA-CAES)技术具有大容量、低成本、高效率的特性,可作为平衡风力发电随机性的储能系统。为此,首先,考虑风力发电的随机性与AA-CAES电站的运行特性,构建AA-CAES电站运行与风力发电系统发电功率模型,采用蒙特卡洛仿真法对风力发电机的运行情况进行仿真;然后,将用户作为市场元素,计算可中断供电负荷的赔偿费用,并以系统综合成本与断电赔偿费用之和的总费用最小为目标,采用动态规划法优化AA-CAES电站的压缩/膨胀功率,建立含AACAES的风力发电系统的成本/可靠性评估模型;最后,通过仿真验证所提规划方法并分析AA-CAES电站容量对系统经济性及供电可靠性产生的影响。结果表明,当系统容量规模增加时,存在一个最优容量配置使得系统的总费用最低。     

风光储联合发电技术在500kV变电站站用电系统中的应用

分析了风光储联合发电技术在500kV变电站站用电系统中应用的可行性,设计了不同的应用方案。风光储联合发电系统作为变电站站用电系统的备用电源目前不具有可行性,但可以作为应急电源。风光储联合发电系统为变电站提供应急电源,既充分利用了环境资源,又提高了变电站站用电系统的可靠性,在突发故障全站停电时可以保证重要负荷的供电。     

计及分时电价的5 G基站光储系统容量优化配置方法

随着第5代移动通信技术（5G通信）的迅速发展,5G基站数量不断增加,5G通信耗电量大、用电成本高的问题日益突出。为此,提出了考虑光伏和储能接入的5G基站光储系统优化配置方法,以提高5G基站运行的经济性。首先,考虑5G基站负荷情况和配电网分时电价,建立了5G基站光储系统的经济调度模型;然后,通过量子粒子群优化算法计算典型日内5G基站光储系统的最小综合成本,以此确定光伏和储能的最优接入容量;最后,通过算例证明合理配置光伏和储能容量可以提高5G基站系统的经济性。光伏和储能容量的配置受储能成本和峰谷电价差的影响较大,且光储系统所能带来的经济效益随峰谷电价差的增大和储能成本的降低而增大。     

计及分时电价的5 G基站光储系统容量优化配置方法

随着第5代移动通信技术（5G通信）的迅速发展,5G基站数量不断增加,5G通信耗电量大、用电成本高的问题日益突出。为此,提出了考虑光伏和储能接入的5G基站光储系统优化配置方法,以提高5G基站运行的经济性。首先,考虑5G基站负荷情况和配电网分时电价,建立了5G基站光储系统的经济调度模型;然后,通过量子粒子群优化算法计算典型日内5G基站光储系统的最小综合成本,以此确定光伏和储能的最优接入容量;最后,通过算例证明合理配置光伏和储能容量可以提高5G基站系统的经济性。光伏和储能容量的配置受储能成本和峰谷电价差的影响较大,且光储系统所能带来的经济效益随峰谷电价差的增大和储能成本的降低而增大。     

基于并网太阳能光伏/电池系统的无线网络低功耗供电策略

为了实现能耗精确估计,充分考虑用户位置信息应用,提出了一种基于并网太阳能光伏/电池系统的无线网络供电低功耗策略。首先为了保证供电服务的连续性,建立了一种并网太阳能光伏/电池系统。然后考虑到太阳强度和交通量的间歇性行为,分析了基站发射功率、系统带宽对系统性能指标的影响,评估无线网络的吞吐量、能量效率和频谱效率性能。进一步提出了一种启发式的负载均衡算法和资源块分配技术,通过对太阳能能源的优化利用,最大限度地提高了系统的效率和能效。仿真结果表明,所提并网太阳能光伏/电池系统可以显著降低供电能耗,发电效率高达54.8%,并通过有效的可再生能源收集模型确保显著的能源可持续性。     

日本燃料电池的发展状况

简要地概述了日本燃料电池的发展状况。因燃料电池两电极中均含有贵重金属 (铂 钌 )作催化剂 ,大部分情况需要防止其对一氧化碳的中毒失效。如果含有碱性电解质 ,要考虑除去二氧化碳。碱性燃料电池开发较早 ;高分子电解质燃料电池在家庭及动力电源的应用上取得很大进展 ;磷酸型燃料电池已广泛应用于供电、供热 ;熔融碳酸型燃料电池则非常适合于大规模及高效率的电站应用 ;固体氧化物燃料电池的重点集中于平面基材的研究 ,以降低成本 ,适合大规模生产。在各种燃料电池的研究开发上 ,不单只是利用燃料来发电 ;更重要的是使能源得到合理的充分利用。通过对上述五种燃料电池的性能比较 ,分析了它们今后的发展方向