Водно охлажданият PEM горивна клетка Системата за генериране на електроенергия се състои от пет независими модула: горивни клетки, модул за подаване на водород, модул за подаване на въздух, модул за управление на температурата и електронен контролен модул. Всеки модул е изолиран от останалите, за да се предотврати кръстосано взаимодействие между газ, вода и електричество, като по този начин се смекчат рисковете за безопасността на ниво системна архитектура.

Основни компоненти | Състав и функции |
PEMFC (протоннообменна мембрана) водороден горивен елемент | Основният компонент на системата, този пакет горивни клетки с протонообменна мембрана, преобразува химическата енергия на водорода и кислорода в електрическа енергия и служи като основна единица за производство на енергия. |
Модул за подаване на водород | Детектор за течове на водород, сепаратор за пари и течности, помпа за рециркулация на водород (за конфигурации от 10 kW и повече), устройство за обработка на отработени газове и др. гарантират, че водородът постъпва стабилно и безопасно в комина, докато отработените газове се изпускат от системата през изпускателния отвор за водород. |
Модул за подаване на въздух | Състоящ се от въздушен филтър, интеркулер, овлажнител, въздушен компресор, дроселова клапа и различни въздуховоди, този модул доставя чист, сух въздух със стабилен дебит (източник на кислород) към комина, отговаряйки на оперативните изисквания на комина. |
Модул за управление на температурата | Този модул включва водна помпа, радиатор, температурни сензори, разширителен резервоар, охлаждащ вентилатор, монитор за проводимост и дейонизатор. Той контролира температурата на горивната клетка и всички компоненти на системата. Чрез принудително циркулиращо водно охлаждане, той своевременно разсейва топлината, генерирана от горивната клетка, като гарантира, че системата работи в оптималния температурен диапазон и предотвратява повреди, причинени от прегряване. |
Електрически контролен модул | Използва PLC контролер, оборудван с монитор с сензорен екран, който позволява цялостен системен контрол, наблюдение на параметрите, диагностика на повреди и други функции. |
В допълнение към присъщия дизайн за безопасност на системните модули, стационарното оборудване за производство на енергия с горивни клетки се отличава с щателно проектирана структурна схема, която осигурява експлоатационна безопасност и безопасни газови емисии, постигайки разделяне между персонала и оборудването и позволявайки ръчна намеса.
|
① Бутон за аварийно спиране ② Контролен панел на инвертора ③ Главен контролен панел на системата ④ Бутон за стартиране (продължава да свети по време на нормална работа) ⑤ Бутон „Стоп“ (продължава да свети по време на повреда) ⑥ Индикатор за ранно предупреждение (продължава да свети по време на предупреждения) | |||
|
⑦ Отдушник за водород ⑧ Вход за водород ⑨ Отвор за разсейване на топлината ⑩ Изход за отработени газове и отпадъчни води
|
Устройството е оборудвано с индустриален сензорен дисплей, което елиминира нуждата от външен хост компютър. Шест основни функции – включително наблюдение на оборудването, настройка на параметри, ръчно отстраняване на грешки и проследяване на повреди – могат да се изпълняват локално:
Основен интерфейс: Показва работното състояние на оборудването (Работа/Спряно/Нулиране при повреда) и основни параметри като изходна мощност, напрежение, ток, налягане на водорода и температура на охлаждане.
Страница за въздушния кръг: Показва работното състояние на въздушния компресор, горивните клетки, DC-DC преобразувателя и вентила за управление на въздуха, включително ключови параметри като скорост, мощност и температура.
Страница за водородния кръг: Предоставя информация за състоянието на входящия вентил за водород, пропорционалния вентил, вентила за продухване (отворен/затворен) и циркулационната помпа.
Страница за охлаждащ кръг: Следи работното състояние на помпата за охлаждаща вода (скорост, налягане и дебит), както и на радиатора.
Страница с предупреждения и повреди: Показва историческите записи за повреди на оборудването (кодове за повреди, описания на повреди и време на възникване), за да улесни отстраняването на неизправности и поддръжката.
Страница за регистриране на данни: Записва различни оперативни състояния на системата.

Оборудването поддържа ръчно управление на операции като стартиране, спиране, продухване и подаване на водород, което го прави подходящо за използване по време на въвеждане в експлоатация и поддръжка.
Когато възникне повреда по време на работа, интерфейсът с тъчскрийн автоматично показва кода на повредата и описанието ѝ, което позволява бързо отстраняване на неизправности и разрешаване на проблема; оборудването е оборудвано с комуникационен интерфейс и оперативните данни могат да бъдат извлечени и чрез този комуникационен канал.
Описание на повредата | Възможни причини | Бързо решение |
Повреда при високо анодно налягане | 1. Неизправност на външния редуцир-вентил за водород или отказ на стабилизиране на налягането; 2. Електромагнитният клапан за вход на водород не се затваря правилно; 4. Захранването с водород не се е регулирало своевременно поради внезапни промени в натоварването | 1. Ако външният източник на водород е оборудван с регулиращ клапан за налягане или редуцир-клапан, прекалибрирайте или сменете регулиращия клапан за налягане на водорода или редуцир-клапана; 2. Проверете уплътнителните характеристики на електромагнитния клапан за водород; сменете го, ако е дефектен; 3. Фино настройте отвора на обратния клапан, за да стабилизирате налягането в тръбопровода; 4. Плавно увеличавайте или намалявайте натоварването, за да съответства на реакцията на подаването на водород |
Повреда при ниско налягане на източника на водород | 1. Недостатъчно налягане от източника на водород нагоре по веригата; 2. Течове във водородните тръбопроводи или хлабави фитинги; 3. Редуцирвентилът е заседнал в отворено положение, което води до ограничен поток на газ; 4. Ненормално регулиране на клапана за обратно налягане, което пречи на плавното подаване на водород в комина. | 1. Проверете изходното налягане на водородната бутилка или оборудването за подаване на водород; 2. Проверете за течове и затегнете тръбните връзки; 3. Демонтирайте и почистете макарата на редуциращия клапан или сменете тялото на клапана; 4. Проверете дали обратният клапан функционира правилно. |
Неизправност при висока концентрация на водород | 1. Непълно продухване и обезвъздушаване на водорода; 2. Сензорът за концентрация на водород се е отклонил и не е калибриран; 3. Изтичане на газ в горивната клетка или повреда на уплътнението; 4. Запушване на изпускателната тръба, причиняващо обратен поток на отработените газове | 1. Увеличете честотата и продължителността на прочистването; 2. Калибрирайте отново сензора за концентрация на водород; 3. Изключете системата, за да проверите уплътненията на комина и уплътненията на крайната плоча; 4. Почистете тръбопровода за отработени газове от водород, за да осигурите безпрепятствен поток на отработените газове |
Неизправност на въздушния компресор | 1. Ненормално захранване на въздушния компресор, комуникационна повреда или защитно изключване 2. Прегряване на въздушния компресор, недостатъчна охлаждаща течност, неизправност на водната помпа или лошо разсейване на топлината. 3. Недостатъчен въздушен поток поради запушен въздушен филтър, течове на въздух в тръбопроводите или необичайна скорост на въртене. | 1. Проверете дали захранването на въздушния компресор е нормално и дали CAN комуникацията функционира правилно. 2. Проверете работното състояние на охладителната система и радиатора. 3. Почистете филтърния елемент и проверете въздухопроводите и обратната връзка за скоростта. |
Дебитът на водната помпа е твърде нисък | 1. Повреда или недостатъчна скорост на циркулационната помпа за водно охлаждане; 2. Тръбопроводите за охлаждащата течност са запушени или прегънати, което води до ограничаване на потока; 3. Значителни въздушни мехурчета или въздушни блокировки във водния кръг; 4. Сензорът за поток е повреден / дроселната клапа в тръбопровода е частично затворена | 1. Проверете захранването и задвижването на водната помпа; сменете водната помпа, ако е необходимо; 2. Огледайте тръбопровода, отстранете запушванията и възстановете пълното напречно сечение на тръбата; 3. Отворете обезвъздушителния клапан, за да изкарате въздуха, след което долейте охлаждащата течност; 4. Отворете контролния вентил на водния кръг и калибрирайте или сменете сензора за дебит |
Повреда при ниско общо напрежение | 1. Недостатъчно подаване на водород или ниско налягане 2. Пад на напрежението поради прекомерно натоварване на батерията 3. Анормална клетъчна консистенция или стареене. 4. Стартирането на цялото устройство с висока мощност води до спадане на напрежението на шината. | 1. Проверете дали налягането на подаване на водород, редуцир-вентилът и водородните тръби функционират нормално и са инсталирани правилно. 2. Намалете натоварването на системата и възобновете работата, след като напрежението се възстанови. 3. Проверете батерията и проверете за евентуални аномалии в нейното състояние. |
Ниско напрежение в най-ниския канал | 1. Недостатъчно подаване на водород в системата 2. Недостатъчно подаване на въздух 3. Разхлабена или повредена линия за вземане на проби от CVM 4. Неуспех в комуникацията или вземането на проби в CVM модула 5. Прекъсване на комуникационната линия на CAN шината на CVM или ненормален терминиращ резистор; 6. Повреден мембранен електрод | 1. Проверете дали налягането във водородните и въздушните тръбопроводи е нормално. 2. Отстранете неизправностите в веригата за откриване на CVM. 3. Проверете дали CVM модулът получава нормално захранване. 4. Изключете и рестартирайте CVM модула; ако проблемът продължава, сменете го; |
Проектирането за безопасност на цялата стационарна система за производство на електроенергия с водородно гориво PEMFC с водно охлаждане следва четиристепенна логика, включваща активна защита, пасивно смекчаване на риска, интелигентен мониторинг и бърза експлоатация и поддръжка, като по този начин се осигурява безопасно, ефективно и устойчиво производство на електроенергия с помощта на водородни горивни клетки.