風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合制氫系統(tǒng)仿真與分析案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u38風(fēng)光互補(bǔ)聯(lián)合制氫系統(tǒng)仿真與分析案例概述 1162511.1光伏電池的仿真與分析 1266241.2風(fēng)力發(fā)電的仿真與分析 4185161.2.1風(fēng)速的仿真與分析 4126421.2.2風(fēng)力機(jī)的仿真與分析 5207461.3電解槽的仿真與分析 7140241.4系統(tǒng)整體的仿真與分析 81.1光伏電池的仿真與分析首先我們來(lái)研究光照強(qiáng)度對(duì)光伏電池的影響。我們選定光伏電池處于25℃的溫度之中，然后研究光伏電池在光照強(qiáng)度為1000W/m2、700W/m2、400W/m2時(shí)的內(nèi)部特性。現(xiàn)在我們來(lái)研究光伏電池的I-U特性和P-U特性[15]。光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的I-U特性如圖1.1所示：光照強(qiáng)度為1000W/m2光照強(qiáng)度為700W/m2光照強(qiáng)度400W/m2圖1.1不同光照強(qiáng)度下光伏電池的I-U特性從上述波形圖中我們可以看出，在溫度一定的情況下光伏電池的電流和電壓與光照強(qiáng)度是成正比例關(guān)系的。但是光照強(qiáng)度對(duì)光伏電池的電壓和電流影響并不是太大。光伏電池在不同光照強(qiáng)度下的P-U特性如圖1.2所示：光照強(qiáng)度為1000W/m2光照強(qiáng)度為700W/m2光照強(qiáng)度400W/m2圖1.2不同光照強(qiáng)度下的P-U特性從上述波形中我們可以分析出在一定溫度下，光伏電池的功率與光照強(qiáng)度是成正比例關(guān)系的，但是其受光照強(qiáng)度影響的程度并不大?，F(xiàn)在我們來(lái)研究溫度對(duì)光伏電池的影響。我們選定光伏電池處于光照強(qiáng)度為1000W/m2的環(huán)境之中，然后研究光伏電池在溫度為-10℃、15℃、40℃時(shí)的內(nèi)部特性?，F(xiàn)在我們來(lái)研究光伏電池的I-U特性和P-U特性。光伏電池在不同溫度下的I-U特性如圖1.3所示[16]：溫度為-10℃溫度為15℃溫度為40℃圖1.3不同溫度下光伏電池的I-U特性從上述的波形中我們可以分析出光伏電池的電流與溫度成正比例關(guān)系，隨著溫度的升高光伏電池的電流不斷的增大，但增大的幅度不太大。而光伏電池的電壓與溫度成反比例關(guān)系，隨著溫度的升高光伏電池的電壓不斷的減小，但減小的程度也不太大。光伏電池在不同溫度下的P-U特性如圖1.4所示：溫度為-10℃溫度為15℃溫度為40℃圖1.4不同溫度下光伏電池的P-U特性從上述的波形我們可以分析出，光伏電池的功率與溫度是成反比例的，隨著溫度的升高光伏電池的功率不斷的減小，但減小的程度不大。綜上所述，我們可以得知光伏電池電流、電壓、功率不僅僅與其內(nèi)部的參數(shù)有關(guān)，還與外部的環(huán)境有關(guān)。但是其隨著外邊環(huán)境變化而變化的幅度并不大。1.2風(fēng)力發(fā)電的仿真與分析1.2.1風(fēng)速的仿真與分析在3.2.1中我們已經(jīng)將風(fēng)速的模型搭建了出來(lái)，現(xiàn)在我們來(lái)研究風(fēng)速的波形，我們分別模擬風(fēng)速為3m/s和8m/s時(shí)的風(fēng)速。仿真結(jié)果如圖1.5所示：風(fēng)速為3m/s風(fēng)速為8m/s圖1.5風(fēng)速的仿真從上述的波形中我們可以分析出當(dāng)風(fēng)速為3m/s時(shí)風(fēng)速在2m/s以下的部分大約為三分之一，而我們知道風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)需要一個(gè)最小的風(fēng)速，這個(gè)風(fēng)速大約就是2~3m/s，所以我們可以知道風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)在風(fēng)速為3m/s的環(huán)境中運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性并不會(huì)太好。再來(lái)看風(fēng)速為8m/s時(shí)的波形我們可以發(fā)現(xiàn)其可以滿足風(fēng)輪運(yùn)轉(zhuǎn)的條件。所以當(dāng)我們架設(shè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)時(shí)應(yīng)該調(diào)研清楚當(dāng)?shù)氐娘L(fēng)力情況，避免不必要的浪費(fèi)。1.2.2風(fēng)力機(jī)的仿真與分析在3.2.2中我們已經(jīng)將風(fēng)機(jī)的模型搭建了出來(lái)，現(xiàn)在我們來(lái)研究風(fēng)機(jī)的特性。首先我們先來(lái)研究風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。我們將風(fēng)機(jī)的葉尖速比[17]設(shè)置為斜坡信號(hào)，研究在不同的節(jié)距角的情況下風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)。依次選定節(jié)距角為0°、5°、10°，波形如圖1.6所示：節(jié)距角為0°節(jié)距角為5°節(jié)距角為10°圖1.6不同節(jié)距角下風(fēng)機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù)從上述的波形中我們可以分析出隨著節(jié)距角的增加風(fēng)能的最大利用系數(shù)是不斷減小的，但是無(wú)論節(jié)距角是多少，在其對(duì)應(yīng)的風(fēng)能利用系數(shù)曲線上總會(huì)有一點(diǎn)是最大值，這一點(diǎn)我們稱之為最佳風(fēng)能利用系數(shù)點(diǎn)。當(dāng)節(jié)距角為0時(shí)，風(fēng)能利用系數(shù)可以取到最大值0.502，此時(shí)的葉尖速比為11.4?，F(xiàn)在我們來(lái)研究風(fēng)機(jī)的輸出功率與風(fēng)速之間的關(guān)系。先將節(jié)距角設(shè)置為0然后在不同的風(fēng)速下研究風(fēng)機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系，我們選取風(fēng)速為6m/s、8m/s、10m/s。波形如圖1.7所示：風(fēng)速為6m/s風(fēng)速為8m/s風(fēng)速為10m/s圖1.7不同風(fēng)速下風(fēng)機(jī)的輸出功率與轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系從上述的波形中可以分析出隨著風(fēng)速的不斷增大風(fēng)機(jī)的最大輸出功率是不斷增大的。若是風(fēng)速恒定，那么隨著轉(zhuǎn)速的變化風(fēng)機(jī)的輸出功率也是不斷變化著的，并且會(huì)出現(xiàn)一個(gè)最大功率輸出點(diǎn)[18]。不同風(fēng)速下的最大功率輸出點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速是不同的。1.3電解槽的仿真與分析在3.3中我們已經(jīng)將電解槽模型搭建了出來(lái)。本部分將研究溫度對(duì)電解槽U-I特性的影響。選定電解槽的溫度為20℃、30℃、40℃，波形如圖1.8所示：溫度為20°溫度為30°溫度為40°圖1.8不同溫度下電解槽的U-I特性從上述的波形中我們可以看出隨著電解槽溫度的升高電解槽的輸出電壓是不斷下降的，電流和電壓之間呈現(xiàn)非線性的關(guān)系。現(xiàn)在研究輸入電流與制氫速率之間的關(guān)系，在計(jì)算制氫速率的模型之中我們給輸入電流一個(gè)斜坡信號(hào)，觀察氫氣的制造速率。波形如圖1.9所示：圖1.9氫氣的制造速率從上述的波形中我們可以看出電解槽的輸出速率與輸出電流之間是成正比例的關(guān)系。1.4系統(tǒng)整體的仿真與分析在上述3.5中我們已經(jīng)將風(fēng)光互補(bǔ)制氫儲(chǔ)能系統(tǒng)整體的模型搭建了出來(lái)，現(xiàn)在我們來(lái)研究對(duì)系統(tǒng)制氫速率的因素影響程度的關(guān)系問題。通過(guò)上述仿真分析我們了解到影響系統(tǒng)制氫速率的因素除了與內(nèi)部參數(shù)有關(guān)，最主要的還與三個(gè)因素有關(guān)，分別是光照強(qiáng)度、溫度、風(fēng)速。我們分別來(lái)研究這三個(gè)因素對(duì)制氫速率影響程度的大小。首先我們來(lái)研究光照強(qiáng)度對(duì)制氫速率的影響。將溫度設(shè)置為25℃，風(fēng)速設(shè)置為6m/s，分別研究光照強(qiáng)度在1000W/m2、700W/m2、400W/m2時(shí)的制氫速率，波形如圖1.10所示：光照強(qiáng)度在1000W/m2光照強(qiáng)度在700W/m2光照強(qiáng)度在400W/m2圖1.10不同光照強(qiáng)度下的制氫速率然后我們來(lái)研究溫度對(duì)制氫速率的影響。將風(fēng)速設(shè)置為6m/s，光照強(qiáng)度設(shè)置為1000W/m2，分別研究溫度在-10℃、15℃、40℃時(shí)的制氫速率，波形如圖1.11所示：溫度在-10℃溫度在15℃溫度在40℃圖1.11不同溫度下的制氫速率最后我們來(lái)研究風(fēng)速對(duì)制氫速率的影響。將溫度設(shè)置為25℃，光照強(qiáng)度設(shè)置為1000W/m2，分別研究風(fēng)速在5m/s、5.5m/s、6m/s時(shí)的制氫速率，波形如圖1.12所示：風(fēng)速為5m/s風(fēng)速為5.5m/s