Como podemos integrar células de combustível de hidrogênio intuitivas e práticas na educação?

Células de combustível de hidrogênioAs células de hidrogênio, com sua alta eficiência e limpeza, têm atraído grande atenção em áreas como drones e veículos comerciais. O ensino de energia de hidrogênio em escolas profissionalizantes transcende as fronteiras disciplinares, exigindo tanto integração teórica quanto suporte prático. Portanto, como podemos desenvolver uma ferramenta de ensino verdadeiramente interdisciplinar e prática para ajudar os alunos a dominar a tecnologia da energia de hidrogênio, desde os princípios até as aplicações?

1. Projeto do Sistema Central e Implementação de Funções

1.1 Unidade de Fornecimento de Hidrogênio: Reconstruindo os Padrões de Segurança com Armazenamento de Hidrogênio em Estado Sólido

Como componente essencial do fornecimento de hidrogênio, os parâmetros-chave do estado sólido armazenamento de hidrogênio cilindros são as seguintes:

Núcleo de Segurança: Nossa empresa projetou o sistema de armazenamento de hidrogênio sólido com uma pressão de carregamento de 1,6 MPa, que é muito inferior à dos cilindros de gás de alta pressão (geralmente 35 MPa). Isso reduz significativamente o risco de vazamento e deflagração, tornando-o ideal para o ambiente de ensino.

Controle preciso: Utilizando uma combinação de válvula redutora de pressão e válvula solenoide em conjunto com um sensor de pressão, um sistema inteligente de gerenciamento de circuito de gás é construído para alcançar a regulação precisa do fluxo de hidrogênio e o corte automático por sobrepressão, integrando conceitos de controle de segurança de nível industrial ao processo de ensino.

Filtragem fina para proteção: Um filtro de partículas tipo T é instalado na linha de suprimento de gás para interceptar impurezas particuladas no hidrogênio, proteger o eletrodo de membrana da célula de combustível, prolongar sua vida útil e reduzir os custos de treinamento e manutenção.

1.2 Gerenciamento de energia e projeto da unidade de carga

Os principais parâmetros da célula de combustível utilizada neste dispositivo didático são os seguintes:

Unidade de controle da célula de combustível (FCU): Inicialização e desligamento automáticos da pilha de células de combustível, monitoramento da pressão do hidrogênio, proteção contra sobrecorrente, monitoramento de tensão, detecção de temperatura, monitoramento de energia, etc.

Baterias de íon-lítio O sistema fornece energia de inicialização para a unidade de controle da célula de combustível (FCU) e aciona a válvula de entrada de hidrogênio para pré-carregar a pilha de células de combustível com hidrogênio até que a célula complete a inicialização eletroquímica e atinja um limite de saída estável. Quando a potência da carga a jusante é inferior à potência nominal da célula de combustível, o sistema fornece carga de corrente constante para as baterias de íon-lítio. Se a potência da carga aumentar repentinamente, as baterias de íon-lítio respondem com descarga de alta taxa para fornecer compensação dinâmica de potência.

Módulo regulador de tensão: A unidade de controle de entrada de energia (FCU) gerada pela célula de combustível emite uma tensão constante através de um módulo CC-CC para se adaptar à carga externa.

Carga e Medição: Utilizando um ventilador como carga para simular cenários reais de consumo de energia, esta atividade demonstra visualmente a dinâmica da potência de saída. Ao monitorar a corrente e a tensão do ventilador em tempo real com amperímetros e voltímetros, os alunos podem calcular diretamente a eficiência do sistema, completando um processo de treinamento científico da observação à quantificação.

1.3 Unidade Inteligente de Controle e Monitoramento

Controle do sistema: O PLC da Siemens é utilizado para implementar um controle lógico confiável no nível subjacente (iniciar/parar, proteção de intertravamento), e a tela sensível ao toque MCGS é utilizada para fornecer uma interface homem-máquina amigável.

Visualização e aquisição de dados: A tela sensível ao toque exibe todos os parâmetros, como tensão, corrente, potência, pressão de hidrogênio e temperatura em tempo real, e suporta a exportação de dados, fornecendo suporte para análise de eficiência e plotagem de curvas características.

Design de integração do painel: Todos os componentes são integrados ao painel resistente à corrosão, com setas de processo e descrições textuais que mostram claramente toda a cadeia de geração de energia da célula de combustível.

O dispositivo acima é uma demonstração didática totalmente integrada para todo o processo de geração de energia por célula a combustível de hidrogênio. Este dispositivo integra módulos para armazenamento de hidrogênio em estado sólido, geração de energia por célula a combustível, gerenciamento de energia e aplicação em carga, demonstrando de forma abrangente as principais tecnologias para a conversão de energia de hidrogênio em energia elétrica. Baseado na tecnologia de célula a combustível de membrana de troca de prótons (PEMFC), combinada com armazenamento de hidrogênio em estado sólido de baixa pressão e um sistema de monitoramento inteligente, o sistema alia segurança, confiabilidade e aplicabilidade didática. Pode ser amplamente aplicado ao ensino experimental e à pesquisa em disciplinas como novas energias, engenharia química e automação elétrica, contribuindo para a formação de talentos interdisciplinares.

2. Valor Pedagógico

2.1 Fácil de ensinar

Visualização completa do processo: O painel do dispositivo mostra claramente toda a cadeia de fornecimento de hidrogênio, geração de energia e consumo de energia. Combinado com o design estrutural transparente, ele exibe intuitivamente todo o processo de reação eletroquímica, eliminando as barreiras abstratas do ensino teórico e ajudando os alunos a compreender rapidamente os conceitos fundamentais.

Análise quantitativa de dados: Parâmetros como a eficiência de geração de energia e a taxa de utilização de hidrogênio são registrados por meio da tela do MCGS para atender às necessidades do projeto de pesquisa.

2.2 Apoio ao ensino experimental multinível baseado em investigação:

Experimento cognitivo básico: oriente os alunos a observar todo o processo de geração de energia a hidrogênio e a medir a tensão, a corrente e a potência de saída em regime permanente.

Experimentos de Investigação de Características: Alterando a carga ou a taxa de fluxo de hidrogênio, são estudadas a curva característica VI e a curva de variação de eficiência da célula a combustível; o impacto da pureza do hidrogênio na eficiência de geração de energia também é investigado.

Experimento de integração de sistemas: Estudar o comportamento de compensação das baterias de lítio durante a inicialização do sistema e mudanças repentinas de carga, e compreender a estratégia de gerenciamento do sistema de energia híbrido.

Experimento de Segurança e Controle: Simule falhas como sobrepressão e observe a resposta da lógica de proteção automática do sistema.

3. Resumo do Projeto

Este dispositivo de demonstração de geração de energia por célula de combustível de hidrogênio não é apenas um instrumento experimental, mas também um componente padrão da educação em novas energias. Ele permite que os alunos ultrapassem as derivações teóricas e se envolvam na operação prática, observação, registro e análise. Por meio deste dispositivo, os alunos podem obter uma compreensão profunda de como a energia do hidrogênio é armazenada, como é convertida em energia elétrica e as perdas e questões de eficiência durante o processo de conversão. Esta demonstração completa em circuito fechado, desde o "armazenamento de hidrogênio" até a "geração de energia" e o "consumo de eletricidade", sem dúvida inspirará mais jovens a se dedicarem à pesquisa científica em novas energias e a cultivar talentos de alta qualidade adaptados à futura revolução energética.

Solicitação de cotação:

1. Quem somos nós?

Estamos sediados em Anhui, China, e, desde 2011, vendemos para o Sudeste Asiático, América do Norte, Europa Oriental e Sul da Ásia.

2. A sua empresa oferece os materiais didáticos mencionados anteriormente?

Sim. Se tiver interesse, fique à vontade para nos contatar a qualquer momento.

3. Por que você deveria comprar de nós e não de outros fornecedores?

Possuímos uma equipe experiente de pesquisa e desenvolvimento técnico. Temos capacidade de adaptação de sistemas de controle, pesquisa e desenvolvimento e controle de qualidade. A vantagem de preço é proporcionada pela integração da cadeia de suprimentos.