太阳能光伏—燃料电池联合发电系统的研究

【摘要】：近年来,常规能源紧缺,环境污染严重,偏远地区电力供应不足等现象,使得新能源的利用势在必行,其中太阳能在近些年中的应用比较广泛。此外,太阳能光伏发电内在间歇问题以及较大的波动会给其利用带来障碍,有效的将蓄电池,燃料电池和光伏电池结合,消除光伏所产生的波动影响,提高系统效率,成为研究该联合系统的关键所在。 当前,我国太阳能光伏发电方面的应用已经相当成熟,并且在燃料电池方面的研究也处于基本成熟阶段,但对光伏-燃料电池联合发电统的研究主要还是处在仿真模拟阶段,而国外实践的光伏-燃料电池联合发电统已取得了较好的结果,本文借鉴了国外的研究成果,通过模拟联合系统中燃料电池、蓄电池的匹配关系,并通过实验来对模拟结果加以验证。 本文从我国能源现状出发,讨论了氢能的优点,以及其储存、运输方面的问题,研究了燃料电池的原理、分类、与蓄电池的区别,和存在的问题;分别建立了联合系统的太阳能光伏阵列、燃料电池、电解槽、蓄电池等装置的的数学模型,并通过matlab/simulink对每个模块仿真模拟,确定出系统各部分的影响因素;接着,通过matlab/simulink分析了燃料电池和电解池的影响因素,指出各因素对该设备的影响趋势及其原因,重点模拟了在1kw光伏条件下,蓄电池、燃料电池以不同功率分配,即0w/1000w,200w/800w, 500w/500w,800w/200w,1000w/0w时,输出功率特性,以及各个情况下的费用问题;最后进行了实验研究,通过实验验证以上情况,结果表明:实验的输出功率值与模拟的输出结果基本一致,从而,证实模拟结果的正确性,并得出如下结论:蓄电池、燃料电池按照200w/800w分配时,其效率,费用优于其它方案。 【关键词】：氢能 燃料电池 联合系统 matlab/simulink模拟
【学位授予单位】：河北工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TM911.4
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-24
• 1.1 课题研究的背景和意义12-19
• 1.1.1 课题的研究背景12-16
• 1.1.2 可再生能源与低品位能源的利用16-19
• 1.2 国内外研究现状19-22
• 1.2.1 围外研究现状19-20
• 1.2.2 国内研究现状20-22
• 1.3 联合系统研究意义22
• 1.4 本沦文的研究内容22-24
• 第2章 氢能、燃料电池简介24-37
• 2.1 氢能24-30
• 2.1.1 氢能的定义24-25
• 2.1.2 氢气的制取25-26
• 2.1.3 氢的储存26-29
• 2.1.4 氢的运输29-30
• 2.2 燃料电池30-35
• 2.2.1 燃料电池结构、工作原理31-32
• 2.2.2 燃料电池分类32-33
• 2.2.3 燃料电池特点33-34
• 2.2.4 燃料电池与蓄电池的区别34-35
• 2.3 存在问题35-36
• 2,3.1 安全问题35-36
• 2.3.2 技术问题36
• 2.3.3 资金问题36
• 2.4 木章小结36-37
• 第3章 联合系统各部分的数学模型37-50
• 3.1 燃料电池模型37-43
• 3.1.1 开路电压38-39
• 3.1.2 活化过电压39-40
• 3.1.3 欧姆过电压40-41
• 3.1.4 浓差过电压41
• 3.1.5 电池的动态响应41-43
• 3.2 光伏电池模型43-46
• 3.3 蓄电池模型46-47
• 3.4 电解池模型47-49
• 3.5 本章小结49-50
• 第4章 联合系统的模拟研究50-63
• 4.1 MATLAB／SIMUlink 简介50-51
• 4.2 燃料电池、电解池影响因素51-54
• 4.2.1 各因素对蓄电池的影响51-53
• 4.2.2 各因素对电解池的影响53-54
• 4.3 联合系统54-62
• 4.3.1 联合系统的原理图54-55
• 4.3.2 联合系统模拟方案55-56
• 4.3.3 联合系统模拟结果56-58
• 4.3.4 联合系统经济性分析58-62
• 4.4 本章小结62-63
• 第5章 联合系统的实验研究63-70
• 5.1 实验地点与时间63
• 5.2 实验目的63
• 5.3 实验所需的主要仪器、设备63-65
• 5.4 实验的方案65-69
• 5.4.1 效率计算65-66
• 5.4.2 燃料电池、蓄电池输出功率的验证66-69
• 5.5 本章小结69-70
• 第6章 结论与建议70-72
• 6.1 主要研究内容70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 作者简介及攻读硕士学位期间发表的论文77-78

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