CN113549954B - 一种电解制氢系统装置及其控制方法 - Google Patents

一种电解制氢系统装置及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN113549954B
CN113549954B CN202110914962.8A CN202110914962A CN113549954B CN 113549954 B CN113549954 B CN 113549954B CN 202110914962 A CN202110914962 A CN 202110914962A CN 113549954 B CN113549954 B CN 113549954B
Authority
CN
China
Prior art keywords
temperature
liquid level
medium
state
hydrogen production
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202110914962.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN113549954A (zh
Inventor
高强
张鹏
李运生
周辉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sungrow Renewables Development Co Ltd
Original Assignee
Sungrow Renewables Development Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sungrow Renewables Development Co Ltd filed Critical Sungrow Renewables Development Co Ltd
Priority to CN202110914962.8A priority Critical patent/CN113549954B/zh
Publication of CN113549954A publication Critical patent/CN113549954A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN113549954B publication Critical patent/CN113549954B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
    • C25B15/027—Temperature
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation
    • C25B15/023—Measuring, analysing or testing during electrolytic production
    • C25B15/025—Measuring, analysing or testing during electrolytic production of electrolyte parameters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Abstract

本发明涉及一种电解制氢系统装置及其控制方法，所述控制方法包括：采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、所述预设下限温度TL和所述预设下限液位Wlo进行对比，控制介质单元的运行以调整系统装置至最佳运行状态。本发明提供的控制方法，通过对特定反应参数的判定，实现了电解过程温度的高精准调控，避免电解了电解制氢过程中电解效率降低的问题。

Description

一种电解制氢系统装置及其控制方法
技术领域
本发明涉及电解氢领域，具体涉及一种电解制氢系统装置及其控制方法。
背景技术
氢气是一种绿色、清洁能源，随着国家能源战略规划落地，未来氢能会作为一种核心能源形式存在。当前阶段限制氢能进一步发展的因素是氢气的成本，随着光伏、风电等新能源成本的持续降低，新能源制氢正在逐步走向商业化，当新能源度电成本达到0.1元左右，新能源水电解制氢成本远远低于工业副产氢等其他形式的制氢成本。
CN112593249A公开了一种新能源制氢平台，包括风力发电机、导管架、顶部承台、中控模块、蓄电池、电解制氢模块、海水淡化模块和储气设备。其中风力发电机将风能转化为电能后传输至中控模块和蓄电池中，中控模块对电能进行按需分配调控后供应到电解制氢模块、海水淡化模块中使用，同时蓄电池对风力发电机产生的电能进行存储。海水淡化模块抽取海水进行淡化处理，再将处理得到的淡水输送至电解制氢模块进行电解制氢，最后将制备好的氢气和氧气分别输送至储气设备中分别储存，实现对风能的充分利用，提高风能转化率。
目前新能源制氢的技术方案可以分为两大类，一是纯离网制氢，另一种方式是连接电网制氢，如CN112290580A公开了新能源制氢系统，通过所述功率变换器将所述新能源电源提供的电能转化为直流电能，并以最大功率输出至所述直流母线；并通过所述能量控制器根据所述电解设备的供电参数检测值，控制所述变流器工作，使所述电解设备接收到的功率等于自身的功率需求给定值。利用电网为新能源电源提供补充或者消纳，使电解设备的供电功率稳定，避免了因输入功率不平稳导致设备反复启停所带来的设备利用率低和影响设备寿命的问题，同时也避免了电能过剩时电解槽无法消耗而带来的电能浪费。
然而目前，在电解氢过程中存在制氢系统开始时，温度太低，光伏给电解液预热的时间太长，预热可能有几个小时，导致无法电解制氢；又因为在电解制氢过程中会产生热量，很可能将电解液温度加到100℃，高温时制氢的效率会发生降低，同时带来压强增大的风险。
发明内容
鉴于现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种电解制氢系统装置及其控制方法，解决电解过程中温度过高所带来的电解槽内部气压过高安全问题，可以合理控制电解过程中的温度，解决长时间制氢所带来的制氢效率降低的问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
第一方面，本发明提供了一种电解制氢系统装置的控制方法，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，控制加注单元的运行以调整系统装置至最佳运行状态。
本发明提供的控制方法，通过对特定反应参数的判定，实现了电解过程温度的高精准调控，避免电解了电解制氢过程中电解效率降低的问题。调控过程中为实时调控，即为采集的参数不合格则进入待机状态进行调整，达到运行标准后，调整后进入最佳工况进行制氢，同时监控电解液的参数进行判断进而实现实时调整，进而确保制氢系统可以快速的达到制氢状态降低现有制氢系统的启动时间，较现有技术中达到制氢工作的启动时间降低20-35％。
作为本发明优选的技术方案，所述工况状态包括待机状态和运行状态。
优选地，所述判断中若Tt＜TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为待机状态。
优选地，所述判断中若Tt≥TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为运行状态。
优选地，所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并再次采集电解液的温度和液位进行新的判断。
本发明中，热介质和冷介质同时注入时需要控制一定的比例为K＝(Tf-T冷)/(T热-Tf)，其中T冷为冷介质温度，T热为热介质温度。
作为本发明优选的技术方案，当启动状态为待机状态时，判断液位Wt与预设上限液位Whi的关系。
优选地，若Wt＜Whi，则继续对比温度Tt与预设下限温度TL。
若Wt＝Whi可以则抽出体积占比为10-20％的电解液并采集电解液的温度和液位进行新的判断，或者采用自身的控温系统进行调整，此过程在启动后非紧急时采用。
优选地，若Tt＜TL，则加注热介质至电解装置至Tt＝TL并开始新的判断过程，反之则判定液位Wt与Wlo的关系。
优选地，若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并采集电解液的温度和液位开始新的判断过程，反之则进入运行状态。
作为本发明优选的技术方案，当启动状态为运行状态时或由待机状态进入运行状态时，判断液位Wt与Whi的关系。
优选地，若Wt＜Whi，则判断温度Tt与预设最适温度Tf的关系。
若Wt＝Whi，则可以抽出体积占比为10-20％的电解液并采集电解液的温度和液位开始新的判断预设最适温度。
作为本发明优选的技术方案，若Tt＜Tf，则加注热介质至Tt＝Tf并进入最佳运行状态。
优选地，若Tt＝Tf时，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝aWhi并进入最佳运行状态。
本发明中，a值可以是选择为0.8-0.92，例如可以是0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9、0.91或0.92等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
优选地，若Tt＞Tf，则将冷介质加入电解装置中至Tt＝Tf并进入最佳运行状态。
作为本发明优选的技术方案，若电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系。
优选地，若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt＝bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
本发明中，b值可以是选择为0.8-0.92，例如可以是0.8、0.81、0.82、0.83、0.84、0.85、0.86、0.87、0.88、0.89、0.9、0.91或0.92等，但不限于所列举的数值，该范围内其他未列举的组合同样适用。
作为本发明优选的技术方案，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；
所述工况状态包括待机状态和运行状态；
所述判断中若Tt＜TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为待机状态；
所述判断中若Tt≥TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为运行状态；
所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并开始采集电解液的温度和液位进行新的判断；
之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，控制加注/抽出单元的运行调整系统至运行状态；
当所述工况状态为待机状态时，判断液位Wt与预设上限液位Whi的关系；若Wt＜Whi，则继续对比温度Tt与预设下限温度TL；若Tt＜TL，则加注热介质至电解装置至Tt＝TL并开始新的判断过程，反之则判定液位Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并采集电解液的温度和液位开始新的判断过程，反之则进入运行状态；
当所述工况状态为运行状态时或由所述待机状态进入所述运行状态时，判断液位Wt与Whi的关系；若Wt＜Whi，则判断温度Tt与预设最适温度Tf的关系；若Tt＜Tf，则加注热介质至Tt＝Tf并进入最佳运行状态；若Tt＝Tf时，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝aWhi并进入最佳运行状态；若Tt＞Tf，则将冷介质加入电解装置中至Tt＝Tf并进入最佳运行状态；
若电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt＝bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
本发明中，进入运行状态即为制氢开始。
本发明中，所述预设最适温度Tf为电解制氢中能达到最佳制氢速率的温度。
第二方面，本发明提供了一种电解制氢系统装置，采用如第一方面所述的控制方法进行控制，所述电解制氢系统装置中的电解装置配置连接有介质单元；
所述介质单元包括热介质加注/抽出子单元、冷介质加注/抽出子单元和加注/抽出控制子单元；
所述热介质加注/抽出子单元和冷介质加注/抽出子单元均与所述加注/抽出控制子单元相连接；
所述电解装置还依次与制氢控制器和所述加注/抽出控制子单元相连接。
本发明提供的电解制氢系统装置，通过引入特定结构的介质单元单元，控制电解过程中的电解液的温度，通过介质通入电解槽中时采用特定形状的波纹多孔管(沿中心线呈波纹状，管材表面具有1-2mm的渐缩孔，由外壁表面向内渐缩)实现介质的快速分散以快速调整电解槽的温度，确保电解过程中温度的恒定，避免电解过程中温度过高所带来的电解槽内部气压过高安全问题。
本发明中，停机状态，运行状态，待机状态是制氢控制单元通信传输到加注系统的状态信号。
本发明中，电解制氢系统装置整体包括依次连接的电源、电解装置、纯化单元、压缩单元和储氢单元。
本发明中渐缩孔的最大直径和最小直径的极差值为1-2mm，具体的最小直径可以依据工况进行设置，本发明中不做具体限制。
作为本发明优选的技术方案，所述电解装置分别与所述热介质加注/抽出子单元和所述冷介质加注/抽出子单元相连接。
作为本发明优选的技术方案，所述电解装置内还设置有电解气收集装置。
作为本发明优选的技术方案，所述加注/抽出控制子单元与外部电源和/或电网相连接。
本发明中，所述加注/抽出系统还配置有温度检测设备和液位检测设备，已检测电解槽、冷介质和热介质的参数，所述热介质和冷介质可以是水或电解液；
与现有技术方案相比，本发明至少具有以下有益效果：
(1)本发明提供的控制方法，通过对特定反应参数的判定配合本发明中的装置，实现了电解过程温度的高精准调控，避免了电解制氢过程中电解效率降低的问题。降低现有制氢系统的启动时间，较现有技术中达到制氢工作的启动时间降低20-35％。
(2)本发明提供的电解制氢系统装置，通过引入特定结构的介质单元单元，控制电解过程中的电解液的温度，介质通入电解槽中采用特定形状的波纹多孔管(沿中心线呈波纹状，管材表面具有孔径为1-2mm的渐缩孔，由外壁表面向内渐缩)实现介质的快速分散以快速调整电解槽的温度控温速率有现有的5-6℃/min提升至10-15℃/min。确保电解过程中温度的恒定，避免电解过程中温度过高所带来的电解槽内部气压过高安全问题。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的电解制氢系统装置的控制方法的示意图；
图2是本发明实施例2提供的电解制氢系统装置的控制方法的示意图；
图3是本发明实施例3提供的电解制氢系统装置的控制方法的示意图；
图4是本发明实施例4提供的电解制氢系统装置的控制方法的示意图；
图5是本发明实施例5提供的电解制氢系统装置的示意图；
图中：1-电源，2-电解装置，3-纯化单元，4-压缩单元，5-储氢单元，6.1-加注/抽出控制子单元，6.2-热介质加注/抽出子单元，6.3-冷介质加注/抽出子单元，7-制氢控制器。
下面对本发明进一步详细说明。但下述的实例仅仅是本发明的简易例子，并不代表或限制本发明的权利保护范围，本发明的保护范围以权利要求书为准。
具体实施方式
为更好地说明本发明，便于理解本发明的技术方案，本发明的典型但非限制性的实施例如下：
实施例1
本实施例提供一种电解制氢系统装置的控制方法，如图1所示，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、所述预设下限温度TL和所述预设下限液位Wlo进行对比，控制介质单元的运行以调整系统装置至最佳运行状态。
通过该系统可以实现对电解过程温度的高精准调控，避免了电解制氢过程中电解效率降低的问题。降低现有制氢系统的启动时间，较现有技术中达到制氢工作的启动时间降低20-35％。
实施例2
本实施例提供一种制氢系统装置的控制方法，如图2所示，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；
所述工况状态包括待机状态和运行状态；
所述判断中若Tt＜TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为待机状态；
所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并开始采集电解液的温度和液位进行新的判断；
之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，控制加注/抽出单元的运行调整系统至运行状态；
当所述工况状态为待机状态时，判断液位Wt与预设上限液位Whi的关系；若Wt＜Whi，则继续对比温度Tt与预设下限温度TL；若Tt＜TL，则加注热介质至电解装置至Tt＝TL并开始新的判断过程，反之则判定液位Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并采集电解液的温度和液位开始新的判断过程，反之则进入运行状态。
进一步地，电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt＝bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
本实施例为待机状态的控制过程，通过该过程可以实现由待机状态向工作状态的高效转化。
实施例3
本实施例提供一种制氢系统装置的控制方法，如图3所示，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；
所述工况状态包括待机状态和运行状态；
所述判断中若Tt≥TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为运行状态；
所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并开始采集电解液的温度和液位进行新的判断；
之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，控制加注/抽出单元的运行调整系统至运行状态；
当所述工况状态为运行状态时或由所述待机状态进入所述运行状态时，判断液位Wt与Whi的关系；若Wt＜Whi，则判断温度Tt与预设最适温度Tf的关系；若Tt＜Tf，则加注热介质至Tt＝Tf并进入最佳运行状态；若Tt＝Tf时，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝aWhi并进入最佳运行状态，如a可以是0.85-9；若Tt＞Tf，则将冷介质加入电解装置中至Tt＝Tf并进入最佳运行状态。
进一步地，电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt＝bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
本实施例为调整至工作状态的控制过程，通过该过程可以实现由符合制氢状态向最佳工作状态的高效转化。
实施例4
本实施例提供一种制氢系统装置的控制方法，如图4所示，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；
所述工况状态包括待机状态和运行状态；
所述判断中若Tt＜TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为待机状态；
所述判断中若Tt≥TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为运行状态；
所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并开始采集电解液的温度和液位进行新的判断；
之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，控制加注/抽出单元的运行调整系统至运行状态；
当所述工况状态为待机状态时，判断液位Wt与预设上限液位Whi的关系；若Wt＜Whi，则继续对比温度Tt与预设下限温度TL；若Tt＜TL，则加注热介质至电解装置至Tt＝TL并开始新的判断过程，反之则判定液位Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝Wlo并采集电解液的温度和液位开始新的判断过程，反之则进入运行状态；
当所述工况状态为运行状态时或由所述待机状态进入所述运行状态时，判断液位Wt与Whi的关系；若Wt＜Whi，则判断温度Tt与预设最适温度Tf的关系；若Tt＜Tf，则加注热介质至Tt＝Tf并进入最佳运行状态；若Tt＝Tf时，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt＝aWhi并进入最佳运行状态；若Tt＞Tf，则将冷介质加入电解装置中至Tt＝Tf并进入最佳运行状态；
进一步地，电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt＝bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
实施例5
本实施例提供一种所述电解制氢系统装置，如图5所示，包括依次连接的电源1、电解装置2、纯化单元3、压缩单元4和储氢单元5；
所述电解装置2配置连接有介质单元；
所述介质单元包括热介质加注/抽出子单元6.2、冷介质加注/抽出子单元6.3和加注/抽出控制子单元6.1；
所述热介质加注/抽出子单元6.2和冷介质加注/抽出子单元6.3均与所述加注/抽出控制子单元6.1相连接；
所述电解装置2还依次与制氢控制器7和所述加注/抽出控制子单元6.1相连接。
所述电解装置2分别与所述热介质加注/抽出子单元6.2和所述冷介质加注/抽出子单元6.3相连接。
所述电解装置2内还设置有电解气收集装置。
所述加注/抽出控制子单元6.1与外部电源和/或电网相连接。
实施例6
本实施例中，所述电解装置2配置连接有介质单元；介质通入电解槽中还采用了特定形状的波纹多孔管(沿中心线呈波纹状，管材表面具有孔径为1-2mm的渐缩孔，由外壁表面向内渐缩)；
该设置保证了调温过程中介质的快速分散以快速调整电解槽的温度控温速率有现有的5-6℃/min提升至10-15℃/min。
所述介质单元包括热介质加注/抽出子单元6.2、冷介质加注/抽出子单元6.3和加注/抽出控制子单元6.1；
所述热介质加注/抽出子单元6.2和冷介质加注/抽出子单元6.3均与所述加注/抽出控制子单元6.1相连接；
所述电解装置2还依次与制氢控制器7和所述加注/抽出控制子单元6.1相连接。
所述电解装置2分别与所述热介质加注/抽出子单元6.2和所述冷介质加注/抽出子单元6.3相连接。
所述电解装置2内还设置有电解气收集装置。
所述加注/抽出控制子单元6.1与外部电源和/或电网相连接。
应用例
采用实施例5的装置和实施例4的控制方法进行电解制氢，实际过程如下：
假设场景如下：以5MW碱性电解槽为例子，参数设置Tf＝95℃，Wlo＝0.6，Whi＝0.8,TL＝65℃。本实例以光伏制氢为例阐述制氢过程如下，假设为Tt＝25℃，Wt＝0.2，因为电解液温度较低,制氢电源不会启动，此时在待机状态，加注系统检测到此时Wt<Wlo且Tt<TL,此时加注系统将热介质加入到电解槽，当Tt＝TL,达到制氢电源启动条件，当Wt<Wlo时，将热介质和冷介质以
Figure BDA0003205288690000131
比例加入到电解槽中，直至Wt＝Wlo，此时进入运行状态，在运行状态时，此时制氢系统控制器会启动制氢电源开始制氢(电源启动开始制氢时，会产生热量慢慢的会把电解液温度慢慢抬升)，一般情况下Wt<Whi，Tt<Tf,此时加注系统将热介质加入到电解槽中，如果T热<Tt,加注系统停止加入热介质，因为电解槽中温度已经大于热介质温度，加注会导致温度降低不利于制氢，反之将热介质加入电解槽中，当Tt＝Tf时，此时制氢系统应该是最大功率制氢，效率最高，此时加注系统以固定比例/>
Figure BDA0003205288690000132
加注到电解槽中，直至Wt＝Whi结束。在制氢系统运行过程中电解槽的温度还会不断升高，当Tt>Tf时，此时加注系统将冷介质加入到电解槽中(Wt<Whi)，直至Tt＝Tf，如果Wt＝Whi也没有达到Tt＝Tf那么也停止加注；当制氢系统因为储存不能具备进一步存储氢气的能力，此时制氢控制器需要将制氢电源控制停机，此时进入停机状态，启动加注系统，将热水和冷水已固定流量比例K加入到电解热水加注到电解槽中，直至水位Wt＝Wlo结束，若停机时Wt＝Wlo可不进行加注，直接进入停机状态即可。
通过上述实施例和应用例的结果可知，本发明提供的电解制氢系统装置，通过引入特定结构的介质单元单元，控制电解过程中的电解液的温度，通过介质通入电解槽中时采用特定形状的波纹多孔管(沿中心线呈波纹状，管材表面具有孔径为1-2mm的渐缩孔，由外壁表面向内渐缩)实现介质的快速分散以快速调整电解槽的温度控温速率有现有的5-6℃/min提升至10-15℃/min。确保电解过程中温度的恒定，避免电解过程中温度过高所带来的电解槽内部气压过高安全问题。同时配合特定的控制方法，对特定反应参数的判定，实现了电解过程温度的高精准调控，避免了电解制氢过程中电解效率降低的问题。
申请人声明，本发明通过上述实施例来说明本发明的详细结构特征，但本发明并不局限于上述详细结构特征，即不意味着本发明必须依赖上述详细结构特征才能实施。所属技术领域的技术人员应该明了，对本发明的任何改进，对本发明所选用部件的等效替换以及辅助部件的增加、具体方式的选择等，均落在本发明的保护范围和公开范围之内。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明的保护范围。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (7)

1.一种电解制氢系统装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、所述预设下限温度TL和所述预设下限液位Wlo进行对比，控制介质单元的运行以调整系统装置至最佳运行状态；
所述工况状态包括待机状态和运行状态；所述判断中若Tt＜TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为待机状态；所述判断中若Tt≥TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为运行状态；所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt=Wlo并再次采集电解液的温度和液位进行新的判断；
当所述工况状态为待机状态时，判断液位Wt与预设上限液位Whi的关系；若Wt＜Whi，则继续对比温度Tt与预设下限温度TL；若Tt＜TL，则加注热介质至电解装置至Tt=TL并开始新的判断过程，反之则判定液位Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt=Wlo并采集电解液的温度和液位开始新的判断过程，反之则进入运行状态；
当所述工况状态为运行状态时或由待机状态进入运行状态时，判断液位Wt与Whi的关系；若Wt＜Whi，则判断温度Tt与预设最适温度Tf的关系；若Tt＜Tf，则加注热介质至Tt=Tf并进入最佳运行状态；若Tt=Tf时，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt=aWhi并进入最佳运行状态；若Tt＞Tf，则将冷介质加入电解装置中至Tt=Tf并进入最佳运行状态；
所述热介质和冷介质加入电解装置中时采用波纹多孔管，且所述波纹多孔管沿中心线呈波纹状，管材表面具有渐缩孔，由外壁表面向内渐缩，以提升电解装置的控温速率。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，若电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系。
3.如权利要求2所述的控制方法，其特征在于，若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt=bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
4.如权利要求1-3任一项所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：
采集电解装置中电解液的温度Tt和液位Wt分别与预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，判断系统装置的工况状态；
所述工况状态包括待机状态和运行状态；
所述判断中若Tt＜TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为待机状态；
所述判断中若Tt≥TL且Wt≥Wlo，则所述工况状态为运行状态；
所述判断中若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt=Wlo并开始采集电解液的温度和液位进行新的判断；
之后将所述温度Tt和所述液位Wt与预设最适温度Tf、预设上限液位Whi、预设下限温度TL和预设下限液位Wlo进行对比，控制加注/抽出单元的运行调整系统至运行状态；
当所述工况状态为待机状态时，判断液位Wt与预设上限液位Whi的关系；若Wt＜Whi，则继续对比温度Tt与预设下限温度TL；若Tt＜TL，则加注热介质至电解装置至Tt=TL并开始新的判断过程，反之则判定液位Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt=Wlo并采集电解液的温度和液位开始新的判断过程，反之则进入运行状态；
当所述工况状态为运行状态时或由所述待机状态进入所述运行状态时，判断液位Wt与Whi的关系；若Wt＜Whi，则判断温度Tt与预设最适温度Tf的关系；若Tt＜Tf，则加注热介质至Tt=Tf并进入最佳运行状态；若Tt=Tf时，则将热介质和冷介质加入电解装置至Wt=aWhi并进入最佳运行状态；若Tt＞Tf，则将冷介质加入电解装置中至Tt=Tf并进入最佳运行状态；
若电解装置停机，则判断Wt与Wlo的关系；若Wt＜Wlo，则将冷介质和热介质加入电解池至Wt=bWhi之后并采集电解液的温度和液位开始新的判断，反之则采集电解液的温度和液位进行新的判断。
5.一种电解制氢系统装置，其特征在于，采用如权利要求1-4任一项所述的控制方法进行控制，所述电解制氢系统装置中的电解装置配置连接有介质单元；
所述介质单元包括热介质加注/抽出子单元、冷介质加注/抽出子单元和加注/抽出控制子单元；
所述热介质加注/抽出子单元和冷介质加注/抽出子单元均与所述加注/抽出控制子单元相连接；
所述电解装置还依次与制氢控制器和所述加注/抽出控制子单元相连接。
6.如权利要求5所述的电解制氢系统装置，其特征在于，所述电解装置分别与所述热介质加注/抽出子单元和所述冷介质加注/抽出子单元相连接。
7.如权利要求5所述的电解制氢系统装置，其特征在于，所述电解装置内还设置有电解气收集装置。
CN202110914962.8A 2021-08-10 2021-08-10 一种电解制氢系统装置及其控制方法 Active CN113549954B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110914962.8A CN113549954B (zh) 2021-08-10 2021-08-10 一种电解制氢系统装置及其控制方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110914962.8A CN113549954B (zh) 2021-08-10 2021-08-10 一种电解制氢系统装置及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN113549954A CN113549954A (zh) 2021-10-26
CN113549954B true CN113549954B (zh) 2023-06-30

Family

ID=78105460

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110914962.8A Active CN113549954B (zh) 2021-08-10 2021-08-10 一种电解制氢系统装置及其控制方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN113549954B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114990572B (zh) * 2022-05-31 2023-12-19 深圳市美深威科技有限公司 氢氧制备控制方法以及氢氧制气器

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3959019A (en) * 1973-03-30 1976-05-25 Fuji Electric Co., Ltd. Fuel cell
CN2487744Y (zh) * 2001-06-12 2002-04-24 林文章 氢氧燃料产生机
CN2486257Y (zh) * 2001-07-25 2002-04-17 张惠明 新型氢氧气焊割装置
WO2013054433A1 (ja) * 2011-10-14 2013-04-18 株式会社エスマック 水素-酸素ガス発生装置
CN203674308U (zh) * 2013-12-13 2014-06-25 江苏苏中电池科技发展有限公司 一种自动控温化成槽
CN206282931U (zh) * 2016-07-18 2017-06-27 全球能源互联网研究院 一种氢储能系统中的热控制系统
CN110620247B (zh) * 2019-09-25 2021-06-18 潍柴动力股份有限公司 一种氢燃料电池的温度控制方法及装置
CN211471573U (zh) * 2019-11-04 2020-09-11 合肥阳光新能源科技有限公司 新能源制氢系统及其保温装置
CN110670087B (zh) * 2019-11-07 2020-11-13 北京中电丰业技术开发有限公司 一种可控快速升温电解水制氢系统
CN212199435U (zh) * 2020-06-01 2020-12-22 深圳新航向科技有限公司 一种氢氧发生器电解槽
CN112899706B (zh) * 2021-01-18 2023-11-07 阳光氢能科技有限公司 一种水电解制氢系统及其控制方法
CN112921338A (zh) * 2021-01-22 2021-06-08 阳光电源股份有限公司 一种电解制氢装置及电解液补充方法
CN112713288B (zh) * 2021-02-03 2022-01-25 电子科技大学 一种燃料电池鼓泡加湿器控制系统及控制方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN113549954A (zh) 2021-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN113249738B (zh) 一种新型电解水制氢系统及其运行方法
CN109004665B (zh) 风电、光电储能及离/并网制氢系统
CN112481637A (zh) 一种用于波动性电源的电解水制氢系统及其控制策略
CN105862066B (zh) 一种高压质子膜水电解装置及方法
CN211872097U (zh) 一种宽功率电解水制氢系统
CN114024327B (zh) 一种基于可再生能源发电多能互补的控制系统及方法
CN103199561A (zh) 一种基于燃料电池、风能、太阳能的风光氢互补并网型电站
CN104935037A (zh) 一种具有多组甲醇水重整制氢发电模组的充电站及方法
CN112736270A (zh) 一种质子传导soec和氧离子传导sofc联合装置
CN113549954B (zh) 一种电解制氢系统装置及其控制方法
CN205489554U (zh) 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统
CN215925090U (zh) 一种风电制氢储能系统
CN113278987B (zh) 一种soec和ael电解耦合固体循环储放氢系统
CN105811443A (zh) 基于甲醇水重整制氢发电系统的削峰填谷供电系统及方法
CN107346830B (zh) 液流电池控制方法及其装置、液流电池
CN113949054A (zh) 电网自治系统及方法
CN109713337B (zh) 直接甲醇燃料电池与锂离子电池混合输出装置和输出方法
CN208835760U (zh) 一种氨燃料电池发电调峰调频系统
WO2023231274A1 (zh) 一种耦合超级电容器的混合制氢系统及其控制方法
CN217922341U (zh) 一种含热管理的集装箱式一体化电氢联产装置
CN203180547U (zh) 一种基于燃料电池、风能、太阳能的风光氢互补并网型电站
CN214012988U (zh) 一种质子传导soec和氧离子传导sofc联合装置
CN215440698U (zh) 可再生能源电力电解水制氢系统
CN114351166A (zh) 一种中水处理能源控制系统
CN114629163A (zh) 一种基于氢能冷热电联供系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
CB02 Change of applicant information

Address after: High tech Zone of Hefei city of Anhui Province in 230088 Lake Road No. 2

Applicant after: Sunshine New Energy Development Co.,Ltd.

Address before: High tech Zone of Hefei city of Anhui Province in 230088 Lake Road No. 2

Applicant before: Sunshine New Energy Development Co.,Ltd.

CB02 Change of applicant information
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant