风能-氢燃料电池一体化联用系统设计 物理学毕业论文

分类号：TM911.4 U D C：D10621-408-(2012)1985-0 密级：公开编号：

成都信息工程学院

学位论文

风能-氢燃料电池一体化联用系统设计

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申请学位专业：材料物理

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风能-氢燃料电池一体化联用系统设计

摘要

风能为可再生的清洁能源，但储能和上网等环节存在不少问题。氢燃料电池具有绿色环保，效率高，低噪音等特点，还是一种非常好的储能手段。将风能与氢燃料电池联用，是近年来新能源研究和推广的热点。本文研究了氢燃料电池和风力发电机的原理，设计出了一套风电-氢燃料电池一体化联用系统，并配置了电解槽和贮氢装置，使风能和氢燃料电池发挥各自的优势，以达到系统最大的利用。在研究系统运行参数的基础上，本文还对系统进行了进一步优化。本文所设计的风电-氢燃料电池一体化联用系统具有寿命长，易于维护，运行简单等特点。本文的研究将促进风能的利用，进一步推动我国的新能源建设。

关键词:风能；氢燃料电池；一体化；设计

Integration Design of Wind Energy - Hydrogen

Fuel Cell

Abstract

Wind energy is a new renewable energy. But there are some problems for energy storage and energy grid. Hydrogen fuel cell has the characteristics of environment friendly, high efficiency, low noise. And also is a very good energy storage method. In recent years, integrating the hydrogen fuel cell and wind turbines is popular in new energy researching and extension field.The principle of hydrogen fuel cell and wind turbines have discussed in this article. The hydrogen fuel cell and wind turbines have been integrated. An electrolyzer and a hydrogen storage system have been added. The integrating of wind and hydrogen fuel cell can achieve maximum utilization value. The system parameters have been designed for operation. The system optimization measures were discussed. The designed system has a long life, ease maintenance, simple operation. This study is of significance for the further application of wind energy and the construction of new energy

Key words: hydrogen fuel cell; wind energy;design; integration

目录

论文总页数：16页1 引言 (1)

1.1 课题背景 (1)

1.2 本课题研究的意义 (1)

2 风能-氢燃料电池一体化联用系统设计原理 (2)

2.1 风力发电机的原理及结构 (2)

2.1.1 风力发电机的原理 (2)

2.1.2 风力发电机的结构 (2)

2.2 电解槽的工作原理 (4)

2.3 贮氢系统的原理 (4)

2.4 氢燃料电池的原理 (4)

2.4.1 燃料电池的种类 (4)

2.4.2 氢燃料电池原理 (5)

2.4.3 氢燃料电池特性 (6)

3 风能-氢燃料电池一体化设计 (6)

3.1 风力发电机设计 (6)

3.1.1 风力机的设计 (6)

3.1.2 风力机参数的设计 (7)

3.2 电解槽的设计 (9)

3.3 贮氢系统参数设计 (9)

3.4 氢燃料电池参数设计 (10)

4 风能-氢燃料电池系统的优化 (12)

4.1 温度 (12)

4.2 压力 (12)

4.3 利用率 (13)

4.4 水管理 (13)

5 应用前景 (14)

结论 (14)

参考文献 (14)

致谢 (15)

声明 (16)

1 引言

1.1 课题背景

能源是人类生存和社会发展的物质基础。当今世界随着煤、石油、天然气等化石燃料日益枯竭，并且伴随着污染，面对人类的可持续发展，从现有常规能源向清洁，可再生的新能源过渡已提到议事上来，因为新能源是依托高新技术的发展，开辟持久可再生能源的道路，以满足人类不断的能源需求，并保护地球的洁净。风能是取之不尽用之不竭的能源，并且无污染，用它发电很有利，与火力发电、燃油发电、核电相比，风能不需要购买燃料，无需运输费，更不用处理燃料废渣。[1]

氢燃料电池与其他电池不同的是，它本质是个发电装置，因此它效率很高。除此外，氢燃料电池因为使用原料是氢，反应产物是水，无污染，并且低噪音。如能好的利用氢燃料电池，那将给人类带来巨大的利润。质子交换膜燃料电池作为氢燃料电池的一种，由于其使用寿命长，室温工作，启动快等特点而广泛应用于家庭电源，小汽车，公共汽车等。本文所设计的系统便选用质子交换膜燃料电池，和风能发电相搭配。

1.2 本课题研究的意义

燃料电池是一种等温的将贮存在燃料与氧化剂中的化学能直接转变为电能的化学单元。虽然也称之为电池，但燃料电池无论是原理、结构还是管理方式都与我们熟知的干电池、充电电池等常规电池有着本质的不同：燃料电池具有非常复杂的系统，其活性物质是独立于燃料电池本身而存在的，只要供给燃料和氧化剂就可以像传统的柴油机、汽油机一样连续不断的工作，与普通热发电机存在一定类似性；而常规电池的容量是有限的，一旦将电池内的活性物质消耗完就不能使用了，充电电池必须充电后才能使用。显然，燃料电池并不是传统意义上的“电池”，而是一种直接将化学能转变成电能的“化学发电机”。[2]

本文从风能入手，风的产生来自太阳，据计算，地球上的风能约相当于10800亿吨煤所具有的能量。这一数值约为目前全世界一年消耗能量的100倍。风电场产生的电是最便宜的可再生资源，甚至比新型煤及核电厂的电还便宜。在过去的几年里风力发电量每年都以约25%的速度增长，全球装机容量估计到2015年会达到35GW。可以说风能是大自然无私的奉献。

现在人们越来越越认识到风能的重要价值。特别是在化石能源日益枯竭，各国面临的能源危机越来越严重的情况下，并且随着保护环境的呼声越来越大，清洁能源将会受到更多亲睐。风能作为清洁的可再生能源，将会向人类源源不断的提供能量，改变人类能源的结构。[3]