Theoretical Concept of Hydrogen Redox Electric Power Generation

This paper demonstrates the electric power generator with both zero energy input and zero matter input and emission without violating the laws of thermodynamics. The hydrogen redox power generation system is a combined energy cycle consisting of the H₂O reduction by the electrostatic induction hydrogen electrolytic cell for the synthesis of pure stoichiometric H₂‐O₂ fuel and the H₂ oxidation to H₂O by the fuel cell. The electrostatic induction potential superposed hydrogen electrolytic cell works on the mechanism in which, on the theoretical base, power used is 17% of the total electrical energy required, while the remaining 83% can be provided by the electrostatic energy free of power. Part of the power delivered by the fuel cell is returned to the electrolytic cell, and the remainder represents the net power output. For high‐power applications, the cycle power efficiency defined as the ratio of net power output outside the generator to power delivered by the H₂‐O₂ fuel cell is of primary interest. According to calculations using the operational data of alkaline water electrolysis in industries, the cycle power efficiencies exceed 70%.     

计及燃料电池热电联供的区域综合能源系统经济运行

氢储能系统可通过电、氢之间的双向转换灵活调节区域综合能源系统RIES(regional integrated energy sys-tem)多能供应.为使系统内多种能源实现高效转换和利用,详细分析了氢储能系统各环节运行特性,结合系统能流结构及冷热负荷需求特性,设计了燃料电池电、热出力与系统能量流动耦合方式及冷热电联供系...     

含储能和氢燃料电池的孤岛微电网混合运行模式与功率协调策略研究

孤岛微电网可就地消纳清洁能源,实现一定范围内的零碳电力供应。但由于孤岛微电网没有大电网的支撑,高比例分布式能源由电力电子变流器接入又导致其缺乏惯性,运行时难以同时实现频率稳定、供电可靠和新能源高效消纳。针对含储能和氢燃料电池的孤岛微电网,结合主从运行模式与对等运行模式的优点,提出一种基于组网型电源协调控制的混合运行模式。储能和氢燃料电池控制为组网型电源,分别采用恒压恒频控制和虚拟同步机控制,其他清洁能源作为随网型电源采用恒功率控制。功率协调算法中将储能荷电状态作为氢燃料电池的功率调节参考,并引入功率微分项改善动态调节性能,实现储能与氢燃料电池的弱通信协调运行。MATLAB/Simulink仿真结果表明,所提方法可以兼顾孤岛微电网的频率稳定性,运行可靠性和新能源利用率,证明了混合运行模式与功率协调策略的正确性和有效性。     

燃料电池发电技术在电力工业中的应用及展望

介绍燃料电池发电技术的原理及特点,综述国内外各种燃料电池发电技术的发展与现状,并对我国燃料电池发电技术在电力工业中的应用进行展望。     

5kW燃料电池分布式并网发电系统设计

介绍了5kW质子交换膜燃料电池分布式并网发电系统的结构设计,重点介绍了系统中基于加权平均电流反馈的并网电流控制和能量管理设计,通过实验对设计进行了验证.实验结果表明,该系统可以很好地工作于独立运行和并网运行两种状态,在负载突变时,能量管理单元可以给燃料电池提供动态功率缓冲,保障电池工作安全.     

电电混合燃料电池电动汽车能量管理策略

针对燃料电池和超级电容电电混合电动汽车,以荣成E50原型车参数为依据,考虑燃料电池和超级电容自身特性以及汽车启动、加速、爬坡、制动等不同工况的功率需求,设计了一种功率跟随能量管理策略.Matlab仿真结果验证了所提出策略的可行性.     

风光互补发电耦合氢储能系统研究综述

基于风光互补发电、电解水制氢、储氢、氢燃料电池等技术的风光互补发电耦合氢储能系统,以氢能为能源载体,是实现可再生能源-氢能-电能规模化应用的重要途径.介绍了风光互补发电、电解水制氢、储氢和氢燃料电池等关键技术的发展现状,对风光互补发电耦合氢储能系统中的离网型、并网型系统和容量配置优化等研究热点进行了分析,为风光互补发电...     

混合型燃料电池汽车电力系统的设计与仿真

介绍了一种混合型燃料电池汽车电力系统的开发与设计,分析了燃料电池的电压-电流特性,给出了燃料电池的模型参数,通过仿真计算,对燃料电池汽车电力系统的运行模式进行了分析。实验验证了所设计的电力系统能满足基本的运行要求。     

风光氢联合式独立发电系统的建模及仿真

提出了一种独立使用的风光氢联合式独立发电系统，该系统由风力发电、太阳能发电、氢能系统(包括电解水制氢、燃料电池系统、超级电容等)及其他系统单元组成。各单元通过2条直流总线联接，并采用功率流控制。由于风力发电与太阳能发电所输出的功率随风速和日照的变化而变化，因此采用燃料电池系统与超级电容堆与风光发电系统配合使用，以保证系统在任何条件下都具有可靠的供电性能。当风能与太阳能充足时，风机与光伏阵列可满足负荷的需要，同时还可向电解池供电；如果不能满足负荷的需要则由燃料电池提供额外的电能，同时由超级电容在短时期内向负荷提供燃料电池最大功率以外的那部分电能。最后在Matlab环境下建立了系统仿真模型，并以西藏边远村落为例对该系统的动态响应进行了仿真分析，仿真结果表明本文提出的供电系统可以用于以西藏为典型代表的风速和光能变化较大的边远地区。     

氢燃料电池船舶直流综合电力系统研究及应用

研发氢燃料电池船舶是实现航运业零碳排放的可行途径,也是推动造船业转型升级的重要发展方向,但传统的电力系统集成模式逐渐成为制约氢燃料电池船舶产业化应用的关键因素,构建以新能源为主体的船舶新型直流综合电力系统成为解决该问题的突破点。首先,系统梳理了氢燃料电池船舶和船舶综合电力系统的发展概况;其次,以中国第一艘氢燃料电池游艇"蠡湖"号为例,详细介绍了氢燃料电池船舶直流综合电力系统的关键技术及其在实船上的应用;然后,针对不同的航行工况重点分析了氢燃料电池船舶的5种电力驱动模式;最后,结合相关技术和配套设备的研发进程,分析并探讨船用氢燃料电池的局限性、推广可行性及未来的发展方向,期望能为燃料电池船舶的技术创新和工程应用提供参考。     

基于改进化学反应优化算法的风/氢/燃并网系统功率平滑经济性评估

研究风/氢/燃并网系统功率输出平滑过程中的电解槽、燃料电池容量优化及系统经济性评估问题。利用粒子群与化学反应优化算法优势互补特点,提出基于改进化学反应算法(ICROA)的风/氢/燃并网系统功率平滑经济性评估方案。以系统利润最大为目标,电解槽与燃料电池容量受风电波动约束,同时考虑环境效益、政府补贴和资金时间价值,建立目标函数及其约束条件,并利用改进化学反应算法进行求解。根据吉林省某风电场实测风速数据进行算例分析,通过与原化学反应和粒子群算法计算结果对比,证明所提方法有效评估了系统的经济性,同时得到了电解槽和燃料电池的最优容量。     

A method for operation of a residential fuel cell system with super capacitor storage and its application to an energy network

We propose electric double‐layer capacitor storage, which has quick response in the output or input of electricity but has a smaller capacity than normal secondary batteries, by application to a residential fuel cell cogeneration system to reduce spike‐shaped electric power consumption. The method is expected to enhance the system utilization rate and to moderate the burdens on a power grid connected to fuel cells or other distributed generators. A low‐pass filter method was introduced for balancing the power supply and demand, and leveling the power input from the grid. According to simulations performed using practically measured load patterns, the appropriate storage capacity is about 500 Wh for a household, and the fuel cell utilization rate or the grid burden improvement is increased by around 40% in comparison with the case of a system without storage capacity. It has been shown that, in an energy network method of five or more households, the storage capacity can be reduced to approximately 40% with extreme burden improvement of less than 90% of the stand‐alone condition. We have also verified the practical operation and the performance of the method by using an experimental system. © 2010 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 171(3): 16–27, 2010; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.20913     

基于析因试验的固体氧化物燃料电池热电联供系统设计参数研究

对固体氧化物燃料电池热电联供(solid oxide fuel cell combined heat and power,SOFC–CHP)系统的设计参数进行了研究,该系统由重整器、燃料电池电堆、燃烧室、2个热交换器及其它辅助设备组成。建立了系统的数学模型,以发电规模为70 kWe的系统为研究对象,运用析因试验的设计方法进行了计算机模拟试验,对系统的部分设计参数进行了析因分析。分析结果表明：影响系统发电功率的主要设计参数是燃料利用率和过量空气比率;影响系统热回收和电热比的主要设计变量是燃料利用率和水蒸汽与碳的比率,且这2个参数的交互作用较过量空气比率对系统影响显著;阴极排气再循环比率对系统热、电功率的影响甚微,不是系统的主要设计参数。整个研究工作为SOFC–CHP系统的合理设计提供了指导。     

面向智能电网能量调控应用的超导磁储能技术：理论模型、装置特性、研究现状和应用展望

超导磁储能技术在未来智能电网的快速、高效、智能化能量调控中具有重要的应用前景。为推进此技术的实用化研究,构建了基于电路-磁场-超导体耦合分析原理的能量交互仿真模型,开发了能量交互实验测试平台,在超导磁储能系统中友好地桥接了应用超导领域和电气工程领域。在总结超导磁储能技术研究现状的基础上,提出了面向低温液氢燃料电池汽车应用、低压直流微型电网应用及未来智能电网应用的新的实用系统方案设计及可行性分析,展望了超导磁储能系统在未来智能电网的发、输、配、用电环节中的核心应用模式和重要应用前景。