本文關(guān)鍵詞：典型船舶燃料電池推進系統(tǒng)及儲氫技術(shù)研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：氫能是一種可再生的綠色能源,氫燃料電池因具有諸多優(yōu)點而受到重視,氫燃料電池在船舶中的應(yīng)用同樣面臨制氫、儲氫及燃料電池成本等方面的關(guān)鍵技術(shù)問題。本文基于該領(lǐng)域的研究現(xiàn)狀,通過質(zhì)子交換膜燃料電池功率曲線及所選船舶不同運行工況下的功率測試,展開典型船舶燃料電池推進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真實驗,并基于動力系統(tǒng)輸出功率與燃料電池氫燃料存儲系統(tǒng)供氫速率相匹配的原則,研究適配的儲氫方式。主要研究內(nèi)容如下:第一,原型船的選擇及燃料電池推進系統(tǒng)設(shè)計。原型船為廈門地區(qū)運行的太陽能雙體游覽船(船長×寬×高:15m×6m×1.9m),其空載吃水為0.8m。針對其電力推進系統(tǒng)及海試情況,確定了原船僅由太陽能發(fā)電推進的經(jīng)濟航速,即電機轉(zhuǎn)速在800r/min時,運行工況的功率需求約為3.6k W。故需選擇輸出功率為3.5k W的質(zhì)子交換膜燃料電池。依據(jù)原船的電力推進系統(tǒng)和能量管理策略,提出了由燃料電池發(fā)電系統(tǒng)、儲能系統(tǒng)、推進系統(tǒng)、檢測及能量管理控制系統(tǒng)組成的動力系統(tǒng)方案。第二,燃料電池輸出功率性能測試平臺搭建。根據(jù)原型船典型工況下的輸出功率,選配了3.5k W級質(zhì)子交換膜燃料電池,并完成了燃料電池發(fā)電功率測試平臺的搭建。在55℃條件下測試的燃料電池的輸出功率為:額定功率點為(155A,21V),額定功率為3.2k W。當(dāng)電堆電流值達(dá)到175A左右時,其輸出功率可達(dá)到3.6k W。第三,船用燃料電池推進系統(tǒng)的建模與仿真。基于MATLAB/Simulink,建立船舶DC/DC變換器、儲能系統(tǒng)、能量管理以及推進裝置數(shù)學(xué)模型,并對燃料電池船舶電力推進系統(tǒng)在典型工況下進行仿真實驗。結(jié)果表明,單燃料電池電堆推進時,燃料電池輸出功率能夠滿足3.6k W的功率需求;但當(dāng)電機轉(zhuǎn)速在1400r/min時,鋰電池組放電量的高達(dá)13k W,不符合能量管理的設(shè)計要求。因此,將系統(tǒng)完善為雙電堆推進,仿真結(jié)果表明電機轉(zhuǎn)速在1400r/min時,系統(tǒng)中鋰電池組放電量僅為8.5k W。而僅在雙電堆運行時,船舶電機轉(zhuǎn)速可維持在1000r/min的工況下航行,滿足設(shè)計要求。此時燃料電池的供氫速率約為31L/min,1min仿真實驗耗氫量達(dá)5g。第四,儲氫方式的研究。為研究“氫溢流”對于常溫下活性炭的吸附儲氫的影響,對負(fù)載金屬Ni前后的比表面積為1916m2/g的活性炭進行儲氫量測試。結(jié)果表明:負(fù)載Ni后活性炭的儲氫量在40℃、8MPa條件下提高了1.45倍,其對應(yīng)的儲氫質(zhì)量密度分別為0.18wt%、0.26wt%;在溫度60℃、8MPa條件下,負(fù)載Ni后活性炭的儲氫質(zhì)量密度可達(dá)到0.23wt%,與40℃時的相比雖然儲氫量較少,但相差不大。這說明溫度升高,負(fù)載的Ni催化作用增強,可以保證負(fù)載Ni后的活性炭在較高溫度下仍具有一定的儲氫能力。
【關(guān)鍵詞】：燃料電池 典型船舶 仿真 氫溢流 儲氫
【學(xué)位授予單位】：集美大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U664.14
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第1章 緒論10-16
• 1.1 研究背景及意義10-11
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意義10-11
• 1.2 燃料電池船舶11-13
• 1.2.1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11
• 1.2.2 典型船舶的選取11-12
• 1.2.3 燃料電池的選取12-13
• 1.3 儲氫方式13-15
• 1.3.1 化學(xué)吸附儲氫13-14
• 1.3.2 物理吸附儲氫14-15
• 1.4 本文的研究內(nèi)容15-16
• 第2章 原型船舶及燃料電池推進改造方案16-24
• 2.1 引言16
• 2.2 原型船16-21
• 2.2.1 原船電力推進系統(tǒng)及控制策略17-18
• 2.2.2 推進系統(tǒng)18-19
• 2.2.3 能量管理策略19-20
• 2.2.4 海試情況20-21
• 2.3 燃料電池船舶的改造方案21-23
• 2.3.1 燃料電池推進系統(tǒng)21-22
• 2.3.2 燃料電池推進系統(tǒng)能量管理策略22-23
• 2.4 小結(jié)23-24
• 第3章 燃料電池性能測試24-32
• 3.1 引言24
• 3.2 質(zhì)子交換膜燃料電池性能參數(shù)24-25
• 3.3 1~5kW級質(zhì)子交換膜燃料電池測試系統(tǒng)25-30
• 3.3.1 氫氣供應(yīng)系統(tǒng)26-27
• 3.3.2 空氣供應(yīng)系統(tǒng)27-28
• 3.3.3 冷卻水系統(tǒng)28-29
• 3.3.4 燃料電池負(fù)載系統(tǒng)29-30
• 3.4 燃料電池性能測試30-31
• 3.5 小結(jié)31-32
• 第4章 船用燃料電池推進系統(tǒng)的建模仿真32-49
• 4.1 引言32
• 4.2 MATLAB/Simulink/Sim PowerSysterms簡介32
• 4.3 燃料電池推進系統(tǒng)仿真模型32-43
• 4.3.1 燃料電池發(fā)電系統(tǒng)33-36
• 4.3.2 推進系統(tǒng)36-39
• 4.3.3 儲能系統(tǒng)及雙向DC/DC變換器39-41
• 4.3.4 能量管理的控制模型41-42
• 4.3.5 整船的電力推進系統(tǒng)仿真42-43
• 4.4 系統(tǒng)的仿真與分析43-48
• 4.4.1 系統(tǒng)控制性能實驗及推進方案的改進分析43-45
• 4.4.2 改進燃料電池推進系統(tǒng)的仿真實驗45-48
• 4.5 小結(jié)48-49
• 第5章 儲氫方式49-56
• 5.1 引言49
• 5.2 氫溢流49-55
• 5.2.1 溶液浸漬法制備活性炭負(fù)載Ni49-51
• 5.2.2 負(fù)載后活性炭儲氫性能測試51-55
• 5.3 小結(jié)55-56
• 第6章 總結(jié)與展望56-58
• 6.1 總結(jié)56-57
• 6.2 下一步工作展望57-58
• 致謝58-59
• 參考文獻(xiàn)59-62
• 在學(xué)校期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文62

【參考文獻(xiàn)】

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  本文關(guān)鍵詞：典型船舶燃料電池推進系統(tǒng)及儲氫技術(shù)研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：318939