Wie können wir intuitive und praktische Wasserstoff-Brennstoffzellen in die Bildung integrieren?

Wasserstoff-BrennstoffzellenAufgrund ihrer hohen Effizienz und Sauberkeit haben Wasserstofftechnologien in Bereichen wie Drohnen und Nutzfahrzeugen große Beachtung gefunden. Die Ausbildung im Bereich Wasserstoffenergie an Berufsschulen geht über Fachgrenzen hinaus und erfordert sowohl theoretische Grundlagen als auch praktische Unterstützung. Wie lässt sich daher ein wirklich interdisziplinäres und praxisorientiertes Lehrmittel entwickeln, das Schülerinnen und Schülern hilft, die Wasserstoffenergietechnologie von den Grundlagen bis hin zu ihren Anwendungen zu beherrschen?

1. Kernsystemdesign und Funktionsimplementierung

1.1 Wasserstoffversorgungseinheit: Wiederherstellung von Sicherheitsstandards durch Feststoffspeicherung von Wasserstoff

Als Kernkomponente der Wasserstoffversorgung sind die Schlüsselparameter der Festkörpertechnologie entscheidend. Wasserstoffspeicherung Zylinder sind wie folgt:

Sicherheitsaspekt: ​​Unser Unternehmen hat das Feststoff-Wasserstoffspeichersystem mit einem Ladedruck von 1,6 MPa entwickelt, der deutlich niedriger ist als der von Hochdruckgasflaschen (üblicherweise 35 MPa). Dadurch wird das Risiko von Leckagen und Detonationen erheblich reduziert, wodurch sich das System grundsätzlich für den Einsatz in Lehrumgebungen eignet.

Präzise Steuerung: Durch die Kombination eines Druckminderungsventils und eines Magnetventils mit einem Drucksensor wird ein intelligentes Gaskreislaufmanagementsystem aufgebaut, das eine präzise Regelung des Wasserstoffflusses und eine automatische Überdruckabschaltung ermöglicht und industrielle Sicherheitssteuerungskonzepte in den Lehrprozess integriert.

Feinfiltration zum Schutz: In der Gaszuleitung ist ein T-förmiger Partikelfilter installiert, um partikelförmige Verunreinigungen im Wasserstoff abzufangen, die Membranelektrode der Brennstoffzelle zu schützen, ihre Lebensdauer zu verlängern und die Schulungs- und Wartungskosten zu senken.

1.2 Energiemanagement und Auslegung der Lasteinheit

Die wichtigsten Parameter der in diesem Lehrgerät verwendeten Brennstoffzelle sind wie folgt:

Brennstoffzellen-Steuereinheit (FCU): Automatisches Starten und Abschalten des Brennstoffzellenstapels, Überwachung des Wasserstoffdrucks, Überstromschutz, Spannungsüberwachung, Temperaturerkennung, Leistungsüberwachung usw.

Lithium-Ionen-Batterien Das System versorgt die Brennstoffzellen-Steuereinheit (FCU) mit Anlaufstrom und steuert das Wasserstoffeinlassventil, um den Brennstoffzellenstapel mit Wasserstoff vorzufüllen, bis die elektrochemische Initialisierung abgeschlossen ist und die Brennstoffzelle eine stabile Ausgangsleistung erreicht hat. Liegt die nachgeschaltete Lastleistung unterhalb der Nennausgangsleistung der Brennstoffzelle, lädt das System die Lithium-Ionen-Batterien mit konstantem Strom. Steigt die Lastleistung plötzlich an, reagieren die Lithium-Ionen-Batterien mit einer Hochstromentladung, um die dynamische Leistungskompensation sicherzustellen.

Spannungsreglermodul: Die von der Brennstoffzelle erzeugte Leistungseingangssteuereinheit (FCU) gibt über ein DC/DC-Modul eine konstante Spannung aus, um sich an die externe Last anzupassen.

Last und Messung: In dieser Übung wird ein Ventilator als Last verwendet, um reale Stromverbrauchsszenarien zu simulieren und die Dynamik der Leistungsabgabe anschaulich zu demonstrieren. Durch die Echtzeitüberwachung von Strom und Spannung des Ventilators mithilfe von Amperemetern und Voltmetern können die Schüler die Systemeffizienz direkt berechnen und so einen wissenschaftlichen Lernprozess von der Beobachtung bis zur Quantifizierung durchlaufen.

1.3 Intelligente Steuerungs- und Überwachungseinheit

Systemsteuerung: Zur Implementierung einer zuverlässigen Logiksteuerung auf der darunterliegenden Ebene (Start/Stopp, Verriegelungsschutz) wird eine Siemens-SPS verwendet, und der MCGS-Touchscreen dient zur Bereitstellung einer benutzerfreundlichen Mensch-Maschine-Schnittstelle.

Datenvisualisierung und -erfassung: Der Touchscreen zeigt alle Parameter wie Spannung, Stromstärke, Leistung, Wasserstoffdruck und Temperatur in Echtzeit an und unterstützt den Datenexport. Dadurch stehen Daten für Effizienzanalysen und die Erstellung von Kennlinien zur Verfügung.

Panelintegrationsdesign: Alle Komponenten sind in das korrosionsbeständige Panel integriert. Prozesspfeile und Textbeschreibungen veranschaulichen die gesamte Brennstoffzellen-Stromerzeugungskette.

Das oben beschriebene Gerät ist ein vollständig integriertes Lehrdemonstrationsgerät für den gesamten Prozess der Wasserstoff-Brennstoffzellen-Stromerzeugung. Es vereint Module für die Festkörper-Wasserstoffspeicherung, die Brennstoffzellen-Stromerzeugung, das Energiemanagement und die Lastanwendung und demonstriert so umfassend die Kerntechnologien zur Umwandlung von Wasserstoffenergie in elektrische Energie. Basierend auf der Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellentechnologie (PEMFC), kombiniert mit einem Niederdruck-Festkörper-Wasserstoffspeicher und einem intelligenten Überwachungssystem, vereint das System Sicherheit, Zuverlässigkeit und didaktische Anwendbarkeit. Es kann in Disziplinen wie Neue Energien, Chemieingenieurwesen und Elektrotechnik/Automatisierung breit in der experimentellen Lehre und Forschung eingesetzt werden und trägt so zur Ausbildung interdisziplinärer Fachkräfte bei.

2. Pädagogischer Wert

2.1 Unterrichtsfreundlich

Visualisierung des gesamten Prozesses: Das Bedienfeld des Geräts stellt die gesamte Kette der Wasserstoffversorgung, Stromerzeugung und des Stromverbrauchs übersichtlich dar. In Kombination mit der transparenten Konstruktion veranschaulicht es intuitiv den gesamten elektrochemischen Reaktionsprozess, überwindet die abstrakten Barrieren der Theorie und hilft Studierenden, die Kernkonzepte schnell zu verstehen.

Quantitative Datenanalyse: Parameter wie die Stromerzeugungseffizienz und die Wasserstoffnutzungsrate werden über den MCGS-Bildschirm erfasst, um dem Forschungsprojekt gerecht zu werden.

2.2 Unterstützung von mehrstufigem, forschendem, experimentellem Unterricht:

Grundlegendes kognitives Experiment: Die Schüler werden angeleitet, den gesamten Prozess der Wasserstofferzeugung zu beobachten und die Ausgangsspannung, den Strom und die Leistung im stationären Zustand zu messen.

Charakteristische Untersuchungsexperimente: Durch Änderung der Last oder des Wasserstoffdurchflusses werden die VI-Kennlinie und die Wirkungsgradänderungskurve der Brennstoffzelle untersucht; außerdem wird der Einfluss der Wasserstoffreinheit auf den Wirkungsgrad der Stromerzeugung untersucht.

Systemintegrationsexperiment: Untersuchung des Kompensationsverhaltens von Lithiumbatterien beim Systemstart und bei plötzlichen Laständerungen sowie Verständnis der Managementstrategie des hybriden Energiesystems.

Sicherheits- und Steuerungsexperiment: Simulieren Sie Fehler wie Überdruck und beobachten Sie die Reaktion der automatischen Schutzlogik des Systems.

3. Zusammenfassung des Designs

Diese Demonstrationsanlage zur Stromerzeugung mit einer Wasserstoff-Brennstoffzelle ist nicht nur ein Versuchsinstrument, sondern auch ein fester Bestandteil der Ausbildung im Bereich neuer Energien. Sie ermöglicht es Studierenden, über theoretische Ableitungen hinauszugehen und praktische Erfahrungen durch Bedienung, Beobachtung, Aufzeichnung und Analyse zu sammeln. Mithilfe dieser Anlage erlangen sie ein tiefes Verständnis dafür, wie Wasserstoffenergie gespeichert und in elektrische Energie umgewandelt wird sowie welche Verluste und Effizienzprobleme während des Umwandlungsprozesses auftreten. Diese vollständige Demonstration des geschlossenen Kreislaufs – von der Wasserstoffspeicherung über die Stromerzeugung bis hin zum Stromverbrauch – wird zweifellos viele junge Menschen dazu inspirieren, sich der wissenschaftlichen Forschung im Bereich neuer Energien zu widmen und hochqualifizierte Fachkräfte für die zukünftige Energiewende auszubilden.

Angebotsanfrage:

1. Wer sind wir?

Wir sind in Anhui, China, ansässig, seit 2011 tätig und verkaufen nach Südostasien, Nordamerika, Osteuropa und Südasien.

2. Bietet Ihr Unternehmen die oben genannten Lehrmittel an?

Ja. Bei Interesse können Sie sich jederzeit gerne an uns wenden.

3. Warum sollten Sie bei uns und nicht bei anderen Anbietern kaufen?

Wir verfügen über ein erfahrenes, professionelles Team für technische Forschung und Entwicklung. Wir bieten Kompetenz in der Steuerungssystementwicklung sowie in der Qualitätskontrolle. Durch die Integration unserer Lieferkette erzielen wir Preisvorteile.