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| 标准编号 | GB/T 27748.4-2017 (GB/T27748.4-2017) | | 中文名称 | 固定式燃料电池发电系统 第4部分：小型燃料电池发电系统性能试验方法 | | 英文名称 | Stationary fuel cell power systems -- Part 4: Performance test methods for small fuel cell power systems | | 行业 | 国家标准 (推荐) | | 中标分类 | K82 | | 国际标准分类 | 27.070 | | 字数估计 | 51,519 | | 发布日期 | 2017-07-12 | | 实施日期 | 2018-02-01 | | 引用标准 | IEC 61672-1; IEC 62282-3-200; ISO 5815-1; ISO 5815-2; ISO 6060; ISO 6798; ISO 9000; ISO 10523; ASTM F2602 | | 采用标准 | IEC 62282-3-201-2013, IDT | | 起草单位 | 上海神力科技有限公司、武汉众宇动力系统科技有限公司、机械工业北京电工技术经济研究所、中国科学院大连化学物理研究所、南京大学昆山创新研究院、深圳市标准技术研究院、北京群菱能源科技有限公司、苏州UL美华认证有限公司、苏州弗尔赛能源科技股份有限公司、新源动力股份有限公司、航天新长征电动汽车技术有限公司、宁波拜特测控技术有限公司 | | 归口单位 | 全国燃料电池及液流电池标准化技术委员会(SAC/TC 342) | | 提出机构 | 中国电器工业协会 | | 发布机构 | 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局、中国国家标准化管理委员会 | | 范围 | GB/T 27748的本部分本标准提供了符合以下条件的小型固定式燃料电池发电系统的电/热及环境影响的试验方法:1.输出功率:额定电输出功率小于10 kW;2.输出模式 | GB/T 27748.4-2017: 固定式燃料电池发电系统 第4部分：小型燃料电池发电系统性能试验方法
GB/T 27748.4-2017 英文名称: Stationary fuel cell power systems -- Part 4: Performance test methods for small fuel cell power systems
ICS 27.070
K82
中华人民共和国国家标准
固定式燃料电池发电系统 第4部分:
小型燃料电池发电系统性能试验方法
中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会发布
1 范围
GB/T 27748的本部分本标准提供了符合以下条件的小型固定式燃料电池发电系统的电/热及环
境影响的试验方法:
● 输出功率:额定电输出功率小于10kW;
● 输出模式:并网连接/独立运行,或单机运行且不超过1000V的单相交流输出或三相交流输
出,或不超过1500V的直流输出;
注:1000V的限定条件源于IEV601-01-26中对于“低电压”的定义。
● 运行压力:燃料及氧化剂管道的最大容许工作压力小于0.1MPa(表压);
● 燃料:气态燃料(天然气,液化石油气,丙烷,丁烷,氢气等)或液体燃料(煤油,甲醇等);
● 氧化剂:空气。
本部分包括的燃料电池发电系统,首要目的为产生电能、次要目的可能为副产品热能的利用。相应
地,首要目的为热利用、次要目的为副产品电能的燃料电池发电系统不属于本标准范围。
本部分包括所有集成蓄电池系统,包括蓄电池从内部再充电或从外部电源再充电。
本部分不包括用以产生热能的外加辅助热发生器。
2 规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件,仅注日期的版本适用于本文
件。凡是不注日期的引用文件,其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。
8.1 通则
本通则描述了试验实施之前应考虑的典型事项。对每个试验,应尽可能地选择高精度的仪器,并仔
细做好试验规划,关注细节,以便将不确定度降到最小。详细的试验计划应由试验相关方以本标准
(IEC 62282-300-200)为基础做准备。应准备书面的试验计划。
8.2 不确定度分析
应对以下3个试验项目进行不确定度分析,以说明试验结果的可靠性以及满足客户的要求。对下
述试验结果进行分析以判断绝对和相对不确定度。应制定试验计划以便于评估下述试验结果的可
靠性。
8.3 数据采集计划
为满足目标不确定度,需确定适当的数据采集时长和采集频率,且应在性能试验之前准备好相应的
数据记录设备。
最好用个人电脑或类似设备自动采集数据。
9 试验装置
作为例子,图3展示了测试使用本标准所描述的气态燃料的小型固定式燃料电池发电系统的试验
装置。一个电负载和一个热负载与燃料电池发电系统相连。图3测量了系统的电特性,图4测量了系
统的热回收特性。一个把从燃料电池发电系统回收的热储存在热储存介质中的热储存单元,可作为热
负载使用。
11.4 试验燃料
试验燃料应由燃料电池发电系统的制造商规定。天然气和丙烷气的典型组分分别列于附录B的
表B.1和表B.2中。燃料的组分应填写在报告中。
12 运行过程
图5与图6分别展示了不含蓄电池和含有蓄电池的固定式燃料电池发电系统的典型运行状态。这些
图展示了从启动、发电、到关机的运行状态的时序变化,并提供了与不同的运行状态相对应的术语的定义。
14.2.1.2 试验方法
a) 试验开始前,系统以额定电功率输出运行30min以上。
b) 对于含有蓄电池的系统,试验开始前,系统以额定电功率输出运行30min以上,直至达到标称
充电状态。
c) 保持系统以额定电功率输出运行,开始试验。如果制造商有规定,在额定输出的50%,75%的
部分负载下及/或最小输出下重复此试验。
d) 测量燃料温度,燃料压力及累计燃料输入流量(体积或质量)。每次测量持续时间应不少于
3h,采样时间间隔60s或更短。如果燃料是间歇性供应的,数据采集的时长应为燃料供应间
歇的20倍,或3h,以较长时间为准。
14.2.2.1 概述
此试验测量额定电功率输出下的液体燃料输入。如果制造商有在额定功率输出的50%、75%的部
分负载及/或最小功率电输出下运行的规定,在这些运行点下也应测量。
此试验应与电功率输出试验(14.3)和热回收试验(14.4)同时进行。
14.3.1 概述
此试验测量额定电功率输出下的平均净电输出。如果制造商有在50%、75%的部分负载及/或最
小功率电输出下运行的规定,在这些运行点下也应测量。
此试验应与燃料消耗试验(14.2)和热回收试验(14.4)同时进行。
14.3.2 试验方法
a) 试验开始前,系统以额定电输出功率运行30min以上。
b) 对于含有蓄电池的系统,试验开始前,系统以额定电输出功率运行30min以上,直至达到已知
的标称充电状态。
c) 保持系统在额定电输出功率运行下开始试验。如果制造商有规定,在额定输出的50%、75%
的部分负载下及/或最小输出下重复此试验。
d) 在试验期间,测量电能输出与电能输入。试验应持续至少3h。如果燃料是间歇性供应的,总
的试验时长应为燃料供应间歇的20倍,或3h,以较长时间为准。
14.4.1 概述
此试验测量额定电功率输出下平均回收的热功率输出。如果制造商有在50%、75%的部分负载
及/或最小功率电输出下运行的规定,在这些运行点下也应测量。
此试验应与燃料消耗试验(14.2)和电功率输出试验(14.3)同时进行。
对于不收集副产热的系统,可省略热回收试验。
14.4.2 试验方法
a) 试验开始前,系统以额定电输出功率运行30min以上。
b) 对于含有蓄电池的系统,试验开始前,系统以额定电功率输出运行30min以上,直至达到已知
的标称充电状态。
c) 设置回流流体的温度于适合废热利用的水平。在整个试验中,控制进入热负载的冷却流体的
量以维持该条件。
d) 保持系统在额定电输出功率运行下开始试验。如果制造商有规定,在额定输出的50%、75%
的部分负载下及/或最小输出下重复此试验。
e) 测量在出口处流出的热回收流体的温度、在进口处流回的热回收流体的温度和进口或出口处
的累计流体体积或质量。每次测量持续时间应不少于3h,采样时间间隔60s或更短。如果
燃料是间歇性供应,数据采集时长应为燃料供应间歇时间的20倍,或3h,以较长时间为准。
流出热回收流体的温度,流回的热回收流体的温度,以及二者间的温度差应填写在报告中。
14.5.1 概述
此试验测量燃料电池发电系统启动时的启动时间、需要的燃料及/或电能。
对于含有蓄电池的系统,如果系统没有装配确认蓄电池已达到已知标称充电状态的相关方式方法,
不强制进行测量启动燃料能耗的试验[参见11.3b)]。
14.5.2 蓄电池充电状态的测定
可用如下两种方法中任何一种测定蓄电池已达到已知标称充电状态的时间点:
a) 对于有能确认蓄电池达到已知标称充电状态方式方法(例如:显示方法或输出信号)的系统,充
电完毕时间点由此方式方法确定[参见11.3b)]。
b) 对于没有能确认蓄电池已达到已知标称充电状态方式方法的系统,达到标称充电状态(SOC)
的充电完毕时间点是在因给蓄电池充电而燃料流速增加以后,输入燃料流速开始稳定在额定
燃料流速±2%范围内的时间点(参见图8)。此测量不是强制性的。
14.5.3 试验方法
a) 试验开始之前,系统在冷态或储存状态下保持至少48h。
b) 对于含有蓄电池的系统,试验开始之前,把蓄电池充电至已知标称充电状态,然后系统在冷态
或储存状态下保持至少48h。
c) 开始试验。以15s或更短的时间间隔,测量电能输出、电能输入、累计燃料流量(液体燃料也
可是质量)、燃料温度、燃料压力与大气压。
d) 开始额定电功率输出的启动操作。记录启动操作开始的时间点。
e) 对于不含蓄电池的系统,记录启动操作完成的时间点。
f) 对于含有蓄电池的系统,记录启动操作完成的时间点和蓄电池再充电至已知标称充电状态的
时间点。
14.5.4.2.1 启动所需燃料能量的计算
a) 对于不含蓄电池的系统
对于使用气态燃料且不含蓄电池的燃料电池系统,启动所需燃料能量应用启动期间测量到的累计
燃料输入体积或质量、燃料温度与燃料压力来计算。计算过程与14.2.1.3里描述的体积流量、质量流量
的计算相同,只是燃料消耗的体积或质量应用累计流量而非14.2.1.3里式(1)到式(8)中的平均流量。
如果在启动期间,非惰性吹扫气或含有化学能的稀释气体被输入系统内,吹扫气体应被视为额外燃
料,所含能量应计入能量输入之中,运用14.2.1.3中的计算方法。
对于使用液体燃料且不含蓄电池的燃料电池系统,启动所需的燃料能量的计算应用启动初始时间
测量的燃料储罐或整个系统的质量,与启动完成时测量的燃料储罐的质量或整个系统的质量。计算过
14.8.1 概述
此试验测量关机时间及燃料电池发电系统关机所需的燃料及/或电能。
不论系统是否含有蓄电池,关机时间的定义一样。关机时间的定义为:从额定电功率输出转换至储
存状态所需的持续时长。
不论系统是否含有蓄电池,关机能耗的定义一样。关机能耗是指在关机时间内,从系统外部为关机
所提供的能量。集成在系统中的蓄电池提供的关机电能被忽略不计,因为通常无法在系统外部对其进
行测量(参见图2)。
14.8.2 试验方法
a) 试验开始前,系统在额定电功率输出下运行30min以上。
b) 对于含有蓄电池的系统,系统以额定电功率输出运行30min以上,直至达到已知标称充电状态。
c) 开始试验。以15s或更短的时间间隔测量电功率输出、电功率输入、电能输出、电能输入、累
计燃料输入(体积或质量)、燃料温度、燃料压力与大气压,直至试验完成。对于使用液体燃料
的系统,燃料压力与大气压力无需测量。
d) 开始正常的关机操作,记录下关机操作开始的时间点。
e) 当正常的关机操作完成时,记录下完成的时间点。
注1:关机操作开始的时间点是指关机按钮按下去、或正常的关机信号发出的时间点。
注2:关机操作完成的时间点是指系统的净电功率返回至储存状态下系统的净电功率的时间点(上限至150%储存
状态下系统的净电功率)。
储存状态下系统的净电功率是指即将启动操作前的净电功率。如果需要的话,试验开始前,关掉加
热器(如果系统使用加热器),检查储存状态下系统的净电功率值。
14.8.3.2.1 关机时所需的燃料能量
对于使用气态燃料的系统,关机时燃料能量输入的计算,应使用所测得的累计燃料输入(体积或质
量),燃料温度与燃料压力。计算过程与14.2.1.3里描述的体积流量、质量流量的计算相同,只是燃料消
耗的体积或质量应用累计流量而非14.2.1.3里式(1)到式(8)中的平均流量。
对于使用液体燃料的系统,关机时燃料能量输入应使用试验开始时的质量与试验结束时的质量按
式(9)与式(10)进行计算。
对于系统中含有燃料储蓄池的情况,如图9中所示的例子,通过绕过燃料储存罐或把燃料储存罐安
置于系统外,来精确测量消耗掉的燃料质量。
14.8.3.2.2 关机时的电能输入
14.9.1 概述
电效率、热回收效率及总效率基于14.2、14.3与第14章中的计算所得值来计算。
在IEC 62282-3-200中,效率的计算考虑到了提供给系统的燃料与反应气体的比焓与压力能。在
本标准的效率计算中,不考虑这些值,因为对于小型固定式燃料电池发电系统而言,燃料与反应气体在
低温与低压的条件下供给,这些值可以忽略不计。如果除燃料热值外还有其他能量输入,参考
IEC 62282-3-200中的计算方法。
对于不收集副产热的系统,可省略热回收效率的计算,总效率等于电效率。
15.2.2.1 基准面
基准面应设置在距离燃料电池发电系统四个侧面(前、后、左、右)1m远的地方。如果不可行,应调
整为50cm,试验报告中应明确说明这一点。
应忽略燃料电池发电系统表面上的任何突出物,只要它们被视为对表面噪声无显著影响,且应按照
ISO 6798对燃料电池发电系统表面进行概念上的简化。
15.2.2.4 回声的影响
当麦克风或声源附近有大反射体时,从反射体反射的声音加入声源的噪声会导致测量误差出现。
测量之前,尽可能地移开任何可能反射声音的物体;如果在测量条件做不到这一点,应在试验报告中对
此进行说明。
15.3.3 试验方法
a) 小心地把取样探头(一个或多个)完全放进尾气气流中。确保取样探头(一个或多个)不会阻塞
排气管道。取样探头应放置在靠近燃料电池系统的尾气出口的位置:对于封闭式排气通风系
统,置于尾气排放管道内部;对于开放式排气通风系统,直接置于尾气出口处。如果排气管道
的外形尺寸太大,则在排气管道的中心及排气管横截面以网格选代表性的点上取读数,算出平
均数。
b) 对于开放式排气通风系统,小心地放置取样探头以防取样的气体与周围空气混合。
c) 测量期间,确保避免在温......
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