CN114004089A - 一种电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质 - Google Patents

一种电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质 Download PDF

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CN114004089A CN202111284641.0A CN202111284641A CN114004089A CN 114004089 A CN114004089 A CN 114004089A CN 202111284641 A CN202111284641 A CN 202111284641A CN 114004089 A CN114004089 A CN 114004089A
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Abstract

本发明公开了一种电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质，其方法包括：获取电解槽当前的功率负荷；当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。本发明提出的电解槽运行范围动态调节方法，通过获取电解槽当前功率负荷，动态调节电解槽正负极板间距，拓宽了电解槽的运行范围，提高了电解槽的运行效率。

Description

一种电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质
技术领域
本发明涉及氢气制备技术领域，具体涉及一种电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质。
背景技术
氢能作为二次能源，具有来源多样、终端零排、用途广泛等多重优势，在保障国家能源安全和推进能源产业升级等方面具有重要意义。随着技术日趋成熟、成本大幅下降，氢能正迎来快速发展的战略机遇期。在成熟的电解水制氢技术中，碱性电解水制氢技术相对比较成熟，工艺比较简单，成本比较低廉，但是在工作电流密度比较低(低于0.5A/cm2)时，电解槽效率(60-75％)还有待于提高，目前的负荷操作范围仅为30％-100％，因此，电解槽在低于输入功率30％以下就不能工作，这主要是因为电解槽氧侧中氧中氢的含量较高，可能会达到4％，会发生安全隐患。
因此，扩宽碱性电解水制氢电解槽的负荷范围是亟需解决的问题，这有利于使电解槽工作的范围更宽，回收的能量更多，特别适合波动的可再生能源功率输入这一情况。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中电解槽负荷范围低的缺陷，从而提供一种电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质。
根据第一方面，本发明公开了一种电解槽运行范围动态调节方法，包括：
获取电解槽当前的功率负荷；
当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
可选地，当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距，包括：
获取电解槽的当前压力、当前温度和上一次调节电解槽正负极板间距的时间；
计算电解槽当前温度变化率；
判断电解槽当前压力是否处于预设压力区间；
判断电解槽当前温度是否处于预设温度区间；
判断电解槽当前温度变化率是否低于预设温度变化率区间；
判断上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔；
当当前压力处于预设压力区间、当前温度处于预设温度区间、当前温度变化率处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距大于预设操作时间间隔且所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
可选地，获取电解槽当前的功率负荷，包括：
获取电源输入功率；
根据所述电源输入功率和所述电解槽的额定功率进行计算，得到所述电解槽当前的功率负荷。
可选地，所述电解槽运行范围动态调节方法，还包括：
当当前压力不处于预设压力区间、当前温度不处于预设温度区间、当前温度变化率不处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距小于预设操作时间间隔或所述电解槽当前的功率负荷不处于预设功率负荷区间时，维持当前电解槽正负极板间距。
根据第二方面，本发明公开了一种电解槽运行范围动态调节系统，包括：
电解槽和控制单元；
所述电解槽包括至少一个负极极板以及至少一个正极极板；
所述控制单元与所述电解槽连接，用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
可选地，所述控制单元调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距包括：所述控制单元控制任一负极极板与任一正极极板工作或调整任一负极极板与任一正极极板之间的距离。
可选地，所述电解槽运行范围动态调节系统，还包括：
压力传感器、温度传感器和功率传感器；
所述压力传感器一端与所述电解槽通信连接，另一端与所述控制单元通信连接，用于采集所述电解槽内的气体当前压力；
所述温度传感器一端与所述电解槽通信连接，另一端与所述控制单元通信连接，用于采集所述电解槽内的当前温度；
所述功率传感器一端与电源连接，另一端与所述控制单元通信连接，用于获取电源的输入功率。
可选地，所述控制单元包括：
通信模块，用于获取所述压力传感器、温度传感器和功率传感器的采集数值；
第一计算模块，用于根据所述温度传感器采集到的温度，计算电解槽当前温度变化率；
第二计算模块，用于根据所述电源输入功率和所述电解槽的额定功率，计算电解槽当前的功率负荷；
第三计算模块，用于计算上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距；
第一判断模块，用于判断电解槽当前压力是否处于预设压力区间；
第二判断模块，用于判断电解槽当前温度是否处于预设温度区间；
第三判断模块，用于判断电解槽当前温度变化率是否处于预设温度变化率区间；
第四判断模块，用于判断上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔；
存储单元，用于存储所述预设压力区间、所述预设温度区间、所述预设温度变化率区间、所述预设操作时间间隔和所述预设功率负荷区间与所述电解槽正负极板间距之间对应关系的表格；
调节模块，用于当当前压力处于预设压力区间、当前温度处于预设温度区间、当前温度变化率处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距大于预设操作时间间隔且所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至预设间距。
可选地，当所述电解槽包括一个正极极板和一个负极极板时，所述控制单元用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正极极板和负极极板的位置至对应的预设间距；
当所述电解槽包括多个正极极板和多个负极极板时，所述控制单元用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，选择对应的正极极板和负极极板工作，使得所述电解槽工作电极间距为对应的预设间距。
根据第三方面，本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面所述的电解槽运行范围动态调节方法的步骤。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质，通过获取电解槽当前功率负荷，动态调节电解槽正负极板间距，拓宽了电解槽的运行范围，提高了电解槽的运行效率。
2.本发明提供的电解槽运行范围动态调节方法、系统及存储介质，通过获取电解槽当前的压力和温度参数，判断当前压力是否处于预设压力区间、当前温度是否处于预设温度区间、当前温度变化率是否处于预设温度变化率区间以及上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔，在拓宽电解槽运行范围并提高电解槽运行效率的同时，保证了操作的安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中一种电解槽运行范围动态调节方法的一个具体示例的流程图；
图2为本发明实施例中一种电解槽运行范围动态调节方法的另一个具体示例的流程图；
图3为本发明实施例中一种电解槽运行范围动态调节系统的一个具体示例的原理图；
图4为本发明实施例中一种电解槽运行范围动态调节系统的另一个具体示例的原理图；
图5为本发明实施例中一种电解槽运行范围动态调节系统的另一个具体示例的结构图；
图6为本发明实施例中一种电解槽运行范围动态调节系统的另一个具体示例的结构图；
图7为本发明实施例中一种计算机可读存储介质的一个具体示例的原理图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例公开了一种电解槽运行范围动态调节方法，如图1所示，包括：
步骤S1，获取电解槽当前的功率负荷。
步骤S2，当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
示例性地，当所述电解槽当前的功率负荷处于20％-100％时，将电解槽正负极板间距调节至L1；当所述电解槽当前的功率负荷处于10％-20％时，将电解槽正负极板间距调节至L2；当所述电解槽当前的功率负荷处于5％-10％时，将电解槽正负极板间距调节至L3；当所述电解槽当前的功率负荷处于0％-5％时，将电解槽正负极板间距调节至L4。所述预设功率负荷区间和预设间距均为预先一一对应设定，本发明不作限定。
本发明提供的电解槽运行范围动态调节方法，通过获取电解槽当前功率负荷，动态调节电解槽正负极板间距，拓宽了电解槽的运行范围，提高了电解槽的运行效率。
在一实施方式中，步骤S1获取电解槽当前的功率负荷，包括：获取电源输入功率；根据所述电源输入功率和所述电解槽的额定功率进行计算，得到所述电解槽当前的功率负荷。
示例性地，当电源输入功率为P1，电解槽的额定功率为P2时，所述功率负荷P可以通过如下公式表示：
Figure BDA0003332536530000081
作为本发明的一种可选地实施方式，当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距，如图2所示，包括如下步骤：
步骤S21，获取电解槽的当前压力、当前温度和上一次调节电解槽正负极板间距的时间。
步骤S22，计算电解槽当前温度变化率。
步骤S23，判断电解槽当前压力是否处于预设压力区间。
步骤S24，判断电解槽当前温度是否处于预设温度区间。
步骤S25，判断电解槽当前温度变化率是否低于预设温度变化率区间。
步骤S26，判断上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔。
步骤S27，当当前压力处于预设压力区间、当前温度处于预设温度区间、当前温度变化率处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距大于预设操作时间间隔且所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
在一实施方式中，当当前压力不处于预设压力区间、当前温度不处于预设温度区间、当前温度变化率不处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距小于预设操作时间间隔或所述电解槽当前的功率负荷不处于预设功率负荷区间时，维持当前电解槽正负极板间距。
本发明提供的电解槽运行范围动态调节方法，通过获取电解槽当前的压力和温度参数，判断当前压力是否处于预设压力区间、当前温度是否处于预设温度区间、当前温度变化率是否处于预设温度变化率区间以及上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔，在拓宽电解槽运行范围并提高电解槽运行效率的同时，保证了操作的安全。
本发明实施例公开了一种电解槽运行范围动态调节系统，如图3所示，包括：
电解槽1和控制单元2；
所述电解槽1包括至少一个负极极板以及至少一个正极极板；
所述控制单元2与所述电解槽1连接，用于当所述电解槽1当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽1正负极板间距至对应的预设间距。
示例性地，所述控制单元2可以基于对象链接与嵌入的过程控制(OLE forProcess Control，OPC)通信协议与所述电解槽1通信连接。
在一实施方式中，所述控制单元调节电解槽1正负极板间距至对应的预设间距包括：控制单元控制任一负极极板与任一正极极板工作或调整任一负极极板与任一正极极板之间的距离。
具体地，当所述电解槽当前的功率负荷处于20％-100％时，将电解槽正负极板间距调节至L1；当所述电解槽当前的功率负荷处于10％-20％时，将电解槽正负极板间距调节至L2；当所述电解槽当前的功率负荷处于5％-10％时，将电解槽正负极板间距调节至L3；当所述电解槽当前的功率负荷处于0％-5％时，将电解槽正负极板间距调节至L4。所述预设功率负荷区间和预设间距均为预先一一对应设定，本发明不作限定。
在一实施方式中，所述电解槽运行范围动态调节系统，还包括：
压力传感器4、温度传感器5和功率传感器6；
所述压力传感器4一端与所述电解槽1通信连接，另一端与所述控制单元2通信连接，用于采集所述电解槽1内的气体当前压力；
所述温度传感器5一端与所述电解槽1通信连接，另一端与所述控制单元2通信连接，用于采集所述电解槽1内的当前温度；
所述功率传感器6一端与电源3连接，另一端与所述控制单元2通信连接，用于获取电源3的输入功率。
示例性地，所述压力传感器4、温度传感器5和功率传感器6可以基于OPC协议与所述控制单元通信连接。
作为本发明的一种可选地实施方式，所述控制单元，如图4所示，包括：
通信模块201，用于获取所述压力传感器、温度传感器和功率传感器的采集数值。
第一计算模块202，用于根据所述温度传感器采集到的温度，计算电解槽当前温度变化率。
第二计算模块203，用于根据所述电源输入功率和所述电解槽的额定功率，计算电解槽当前的功率负荷。
第三计算模块204，用于计算上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距。
第一判断模块205，用于判断电解槽当前压力是否处于预设压力区间。
第二判断模块206，用于判断电解槽当前温度是否处于预设温度区间。
第三判断模块207，用于判断电解槽当前温度变化率是否处于预设温度变化率区间。
第四判断模块208，用于判断上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔。
存储单元209，用于存储所述预设压力区间、所述预设温度区间、所述预设温度变化率区间、所述预设操作时间间隔和所述预设功率负荷区间与所述电解槽正负极板间距之间对应关系的表格。
调节模块210，用于当当前压力处于预设压力区间、当前温度处于预设温度区间、当前温度变化率处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距大于预设操作时间间隔且所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至预设间距。
示例性地，计算模块和判断模块可以为Matlab程序。
在一实施方式中，当所述电解槽包括一个正极极板和一个负极极板时，如图5所示，所述控制单元用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正极极板和负极极板的位置至对应的预设间距；
当所述电解槽包括多个正极极板和多个负极极板时，如图6所示，所述控制单元用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，选择对应的正极极板和负极极板工作，使得所述电解槽工作电极间距为对应的预设间距。
本发明实施例还提供一种存储介质，如图7所示，其上存储有计算机程序701，该指令被处理器执行时实现上述实施例中一种电解槽运行范围动态调节方法的步骤。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random AccessMemory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-State Drive，SSD)等；所述存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
虽然关于示例实施例及其优点已经详细说明，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和所附权利要求限定的保护范围的情况下对这些实施例进行各种变化、替换和修改，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。对于其他例子，本领域的普通技术人员应当容易理解在保持本发明保护范围内的同时，工艺步骤的次序可以变化。
此外，本发明的应用范围不局限于说明书中描述的特定实施例的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法及步骤。从本发明的公开内容，作为本领域的普通技术人员将容易地理解，对于目前已存在或者以后即将开发出的工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤，其中它们执行与本发明描述的对应实施例大体相同的功能或者获得大体相同的结果，依照本发明可以对它们进行应用。因此，本发明所附权利要求旨在将这些工艺、机构、制造、物质组成、手段、方法或步骤包含在其保护范围内。

Claims (10)

1.一种电解槽运行范围动态调节方法，其特征在于，包括：
获取电解槽当前的功率负荷；
当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距，包括：
获取电解槽的当前压力、当前温度和上一次调节电解槽正负极板间距的时间；
计算电解槽当前温度变化率；
判断电解槽当前压力是否处于预设压力区间；
判断电解槽当前温度是否处于预设温度区间；
判断电解槽当前温度变化率是否低于预设温度变化率区间；
判断上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔；
当当前压力处于预设压力区间、当前温度处于预设温度区间、当前温度变化率处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距大于预设操作时间间隔且所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取电解槽当前的功率负荷，包括：
获取电源输入功率；
根据所述电源输入功率和所述电解槽的额定功率进行计算，得到所述电解槽当前的功率负荷。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，还包括：
当当前压力不处于预设压力区间、当前温度不处于预设温度区间、当前温度变化率不处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距小于预设操作时间间隔或所述电解槽当前的功率负荷不处于预设功率负荷区间时，维持当前电解槽正负极板间距。
5.一种电解槽运行范围动态调节系统，其特征在于，包括：
电解槽和控制单元；
所述电解槽包括至少一个负极极板以及至少一个正极极板；
所述控制单元与所述电解槽连接，用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述控制单元调节电解槽正负极板间距至对应的预设间距包括：所述控制单元控制任一负极极板与任一正极极板工作或调整任一负极极板与任一正极极板之间的距离。
7.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括：
压力传感器、温度传感器和功率传感器；
所述压力传感器一端与所述电解槽通信连接，另一端与所述控制单元通信连接，用于采集所述电解槽内的气体当前压力；
所述温度传感器一端与所述电解槽通信连接，另一端与所述控制单元通信连接，用于采集所述电解槽内的当前温度；
所述功率传感器一端与电源连接，另一端与所述控制单元通信连接，用于获取电源的输入功率。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，所述控制单元包括：
通信模块，用于获取所述压力传感器、温度传感器和功率传感器的采集数值；
第一计算模块，用于根据所述温度传感器采集到的温度，计算电解槽当前温度变化率；
第二计算模块，用于根据所述电源输入功率和所述电解槽的额定功率，计算电解槽当前的功率负荷；
第三计算模块，用于计算上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距；
第一判断模块，用于判断电解槽当前压力是否处于预设压力区间；
第二判断模块，用于判断电解槽当前温度是否处于预设温度区间；
第三判断模块，用于判断电解槽当前温度变化率是否处于预设温度变化率区间；
第四判断模块，用于判断上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距是否大于预设操作时间间隔；
存储单元，用于存储所述预设压力区间、所述预设温度区间、所述预设温度变化率区间、所述预设操作时间间隔和所述预设功率负荷区间与所述电解槽正负极板间距之间对应关系的表格；
调节模块，用于当当前压力处于预设压力区间、当前温度处于预设温度区间、当前温度变化率处于预设温度变化率区间、上一次调节电解槽正负极板间距的时间与当前时间的间距大于预设操作时间间隔且所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正负极板间距至预设间距。
9.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，
当所述电解槽包括一个正极极板和一个负极极板时，所述控制单元用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，调节电解槽正极极板和负极极板的位置至对应的预设间距；
当所述电解槽包括多个正极极板和多个负极极板时，所述控制单元用于当所述电解槽当前的功率负荷处于预设功率负荷区间时，选择对应的正极极板和负极极板工作，使得所述电解槽工作电极间距为对应的预设间距。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的电解槽运行范围动态调节方法的步骤。
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