CN113373477B - 动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明属于可再生能源及氢能领域，公开一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法及系统，所述方法包括以下步骤：S1、获取电解槽的外部电源输入功率；S2、比较外部电源输入功率与电解槽的设定功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量。本发明通过电解液压力和流量的自主调节，实现电解槽在动态制氢过程中的安全、稳定、高效运行，有利于利用电解水制氢实现可再生能源的消纳。
Description
技术领域
本发明属于可再生能源及氢能领域，特别涉及一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法及系统。
背景技术
当前，可再生能源发电在世界范围内占据了越来越多的比重，其本征波动性要求可再生能源发电必须配备一定容量的储能系统，以满足能源稳定、安全输出的需求。电解水制氢是目前唯一能够实现大规模、长周期可再生能源电力存储的技术。然而，传统的电解水制氢技术及设备是面向稳定电源输入而设计的，其对波动性电源输入的匹配性，即动态制氢过程缺乏考虑。
在波动电源输入下，电解槽的工作电流随着输入功率的波动而波动，导致气体产生的速率有较大波动。加上目前电解槽的电极与隔膜设计间距较小，容易导致气体在电解槽空间内的积聚，造成较大的电阻，导致运行成本增加，并且加速了设备和材料的损耗。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法及系统，以适应动态制氢过程不同负荷下产气量的波动，避免气泡在电解槽内的集聚，提高动态制氢的运行安全性和能量转换效率。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，包括以下步骤：
获取电解槽的外部电源输入功率；
当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；
当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量。
本发明进一步的改进在于：所述当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量的步骤中，所述设定功率为电解槽的额定功率；所述电解电流为电解槽额定电流的X％，所述电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，所述电解液流量为电解槽额定流量的Z％；X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80。
本发明进一步的改进在于：还包括以下步骤：
监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于2％时，降低电解槽压力，减小电解液流量，直至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于2％。
本发明进一步的改进在于：所述电解槽是碱性电解槽或PEM电解槽。
本发明进一步的改进在于：所述电解液是用于碱性电解槽或PEM电解槽的电解液。
本发明进一步的改进在于：所述电解液是KOH水溶液、NaOH水溶液或纯水。
一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制系统，包括：
外部电源输入功率获取单元，用于获取电解槽的外部电源输入功率；
比较控制单元，用于比较外部电源输入功率与电解槽的设定功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量。
本发明进一步的改进在于：所述设定功率为电解槽的额定功率；所述电解电流为电解槽额定电流的X％，所述电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，所述电解液流量为电解槽额定流量的Z％；X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80。
本发明进一步的改进在于：还包括：
氧气监测单元，用于监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于1.5％时，降低电解槽压力，减小电解液流量，直至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于1.5％。
本发明进一步的改进在于：所述电解槽是碱性电解槽或PEM电解槽。
相对于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明提供一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，实时监控电解槽的外部电源输入功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量；控制电解液流量和压力随着电解电流的变化而变化，适应动态制氢过程，防止电解槽间的气泡集聚，避免槽电压过度升高，提高运行稳定性和能效。
进一步的，本发明电解液流量和压力还随着氧气纯度的变化而变化，减少电解槽阴极和阳极气体的掺混，提高电解过程的安全性。
本发明通过压力和电解液流量的自主调节，实现电解槽在动态制氢过程中的安全、稳定、高效运行，有利于利用电解水制氢实现可再生能源的消纳。
附图说明
图1为实施例1所示一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法的流程图；
图2为实施例3所示一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法的流程图；
图3为实施例4所示一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做详细叙述。
实施例1
请参阅图1所示，本发明一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，包括以下步骤：
S1、获取电解槽的外部电源输入功率；
S2、比较外部电源输入功率与电解槽的设定功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量；
设定功率为电解槽的额定功率；电解电流为电解槽额定电流的X％，电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，电解液流量为电解槽额定流量的Z％；控制X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80。
电流增加时，压力增加，增大气泡产生的能垒；流量增大，带走气泡。
电解槽可以是碱性电解槽或PEM电解槽。
电解液可以是用于碱性电解槽或PEM电解槽的电解液，优选KOH水溶液、NaOH水溶液或纯水。
本发明中，压力控制和电解液流量控制采用通行的控制方法。压力和电解液流量根据电解电流和氧气纯度的变化可采用手动控制，也可联动控制。
实施例2
本实施例在实施例1的基础上，还包括以下步骤：
监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于1.5％时，降低电解槽压力，减小电解液流量，直至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于1.5％。
压力和电解液流量控制还受电解槽产生的氧气纯度影响：当氧气纯度降低时，压力减小，电解液流量减小，以降低气体过膜渗透和通过电解液的共混。
实施例3
请参阅图2所示，本发明一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，包括以下步骤：
S1、周期性采样，获取电解槽的外部电源输入功率；
S2、比较外部电源输入功率与电解槽的设定功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量；
设定功率为电解槽的额定功率；电解电流为电解槽额定电流的X％，电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，电解液流量为电解槽额定流量的Z％；控制X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80；
S3、根据外部电源输入功率控制电解槽压力、电解液流量变化完成后，监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于1.5％时，进一步降低电解槽压力，减小电解液流量，至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于1.5％；并返回步骤S1进行下一采样周期的监测和控制。
实施例4
请参阅图3所示，本实施例提供一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制系统，包括：
外部电源输入功率获取单元，用于获取电解槽的外部电源输入功率；
比较控制单元，用于比较外部电源输入功率与电解槽的设定功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量；
设定功率为电解槽的额定功率；电解电流为电解槽额定电流的X％，电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，电解液流量为电解槽额定流量的Z％；X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80。
氧气监测单元，用于监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于1.5％时，降低电解槽压力，减小电解液流量，直至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于1.5％。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (8)
1.一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取电解槽的外部电源输入功率；
当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；
当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量；
所述当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量的步骤中，所述设定功率为电解槽的额定功率；所述电解电流为电解槽额定电流的X％，所述电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，所述电解液流量为电解槽额定流量的Z％；X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80。
2.根据权利要求1所述的一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，其特征在于，还包括以下步骤：
监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于2％时，降低电解槽压力，减小电解液流量，直至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于2％。
3.根据权利要求1所述的一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，其特征在于，所述电解槽是碱性电解槽或PEM电解槽。
4.根据权利要求1所述的一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，其特征在于，所述电解液是用于碱性电解槽或PEM电解槽的电解液。
5.根据权利要求1所述的一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制方法，其特征在于，所述电解液是KOH水溶液、NaOH水溶液或纯水。
6.一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制系统，其特征在于，包括：
外部电源输入功率获取单元，用于获取电解槽的外部电源输入功率；
比较控制单元，用于比较外部电源输入功率与电解槽的设定功率；当外部电源输入功率大于电解槽的设定功率时，电解电流升高，升高电解槽压力，增大电解液流量；当外部电源输入功率小于电解槽的设定功率时，电解电流降低，降低电解槽压力，减小电解液流量；
所述设定功率为电解槽的额定功率；所述电解电流为电解槽额定电流的X％，所述电解槽压力为电解槽额定工作压力的Y％，所述电解液流量为电解槽额定流量的Z％；X、Y、Z之间满足如下关系式：
Y＝92log10X-84；Z＝0.2X+80。
7.根据权利要求6所述的一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制系统，其特征在于，还包括：
氧气监测单元，用于监测电解槽所制备氧气中氢气的含量；当氧气中氢气的体积大于或者等于2％时，降低电解槽压力，减小电解液流量，直至电解槽所制备氧气中氢气的含量小于2％。
8.根据权利要求6所述的一种动态制氢电解槽的电解液流量、压力控制系统，其特征在于，所述电解槽是碱性电解槽或PEM电解槽。
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| "间歇性可再生能源发电—氢生产及储能联合系统的研究";汪为;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;第B015-11页 * |
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