CN118086977B - 电解制氢控制方法及电解制氢系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了电解制氢控制方法及电解制氢系统。该电解制氢控制方法在工业余热的热量大小无法准确获知的前提下，依据阳极最小设定入口温度、阴极最小设定入口温度、阳极原料由第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略，再依据确定出的加热策略控制电解制氢系统工作，并同步控制工业余热依次流经第一阳极换热器和第一阴极换热器中的一个和另一个。使得能够快速、高效、准确且稳定的将阳极原料和阴极原料均加热至预期温度，能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，保证了制氢效率，且能有效提升电解槽的工作性能和使用寿命。

Description

电解制氢控制方法及电解制氢系统

技术领域

本发明涉及燃料电池系统技术领域，尤其涉及电解制氢控制方法及电解制氢系统。

背景技术

氢能属于无污染，储能密度高的清洁能源，是解决化石燃料储备快速减少，能源日渐枯竭问题的重要途径。其中，水电解制氢是获取氢能的主要途径之一，电解水制氢为吸热反应，故系统需配置内部热量供给来维持高温条件。

目前，现有技术中供给热量的方式主要包括两类，第一类是利用外部能量作为内部热量供给来源，例如：采用电加热、工业余热等作为内部热量供给来源，第二类是结合外部能量、阳极尾气的余热和阴极尾气的余热作为内部热量供给来源。

对于采用第二类供给热量的方式而言，现有技术中的电解制氢系统通常是先利用工业余热等先将阳极输入原料预热至第一温度范围内，将阴极输入原料预热至第二温度范围内，然后再通过电加热器进一步将阳极输入原料加热至预期温度范围，将阴极输入原料加热至预期温度范围，然后再将加热好的阳极输入原料和阴极输入原料分别输送至电解槽的阳极和阴极，以使电解制氢系统能够电解制氢。但在电解制氢的过程中，由于工业余热的热量大小无法准确获知，且工业余热的热量大小存在较高的不确定性，故存在无法快速、高效、准确且稳定的将阳极输入原料预热至第一温度范围内，且将阴极输入原料预热至第二温度范围内的现象，由此会导致电解制氢系统的制氢效率低，严重时则会影响电解槽的工作性能和使用寿命。

发明内容

本发明的目的在于提供电解制氢控制方法及电解制氢系统，以解决现有技术中的电解制氢系统在采用第二类供给热量的方式时存在的上述问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

电解制氢控制方法，电解制氢系统包括阳极原料供应源、阴极原料供应源、第一阳极换热器、第一阴极换热器、阳极电加热器、阴极电加热器和电解槽，所述阳极原料供应源、所述第一阳极换热器、所述阳极电加热器和所述电解槽的阳极输入端依次连通，所述阴极原料供应源、所述第一阴极换热器、所述阴极电加热器和所述电解槽的阴极输入端依次连通；工业余热能通过所述第一阳极换热器对阳极原料换热加热，且能通过所述第一阴极换热器对阴极原料换热加热；所述电解制氢控制方法包括：

获取所述电解槽的阳极最小设定入口温度和阴极最小设定入口温度；

依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略；

依据所述加热策略控制所述电解制氢系统工作；同步控制所述工业余热依次流经所述第一阳极换热器和所述第一阴极换热器中的一个和另一个；

其中，所述加热策略包括：第一加热策略、第二加热策略和第三加热策略；

所述第一加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器；

所述第二加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器中对应的一个；采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器中对应的另一个；

所述第三加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源；启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略的步骤包括：

比较所述第一实时温度和所述阳极最小设定入口温度；比较所述第二实时温度和所述阴极最小设定入口温度；

如若所述第一实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度大于等于所述阴极最小设定入口温度，则采用所述第一加热策略；

如若所述第一实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度小于所述阴极最小设定入口温度，则采用所述第三加热策略。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略的步骤还包括：

如若所述第一实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度小于所述阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阳极原料的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器；将工业余热作为加热阴极原料的辅助热量来源，并启动所述阴极电加热器；

如若所述第一实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阴极原料的主要热量来源，不启用所述阴极电加热器；将工业余热作为加热阳极原料的辅助热量来源，并启动所述阳极电加热器。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，所述电解制氢控制方法还包括：

获取阳极原料流至所述电解槽的阳极输入端的第三实时温度；获取阴极原料流至所述电解槽的阴极输入端的第四实时温度；

依据所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度确定是否调试所述阳极电加热器的输出功率；

依据所述第四实时温度和所述阴极最小设定入口温度确定是否调试所述阴极电加热器的输出功率。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，依据所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度确定是否调试所述阳极电加热器的输出功率的步骤包括：

比较所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度；

若所述第三实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，则不调试所述阳极电加热器的输出功率；

若所述第三实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，则控制调试所述阳极电加热器的输出功率。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，控制调试所述阳极电加热器的输出功率的步骤包括：

依据第一表格或第一曲线实时调试所述阳极电加热器的输出功率；

其中，所述第一表格为由第三实时温度和阳极电加热器的输出功率形成的表格；所述第一曲线为由第三实时温度和阳极电加热器的输出功率形成的曲线。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，所述电解制氢系统还包括设置在所述阳极原料供应源和所述第一阳极换热器之间的第二阳极换热器，所述电解槽的阳极输出端与所述第二阳极换热器的换热入口连通，所述第二阳极换热器用于对阳极原料换热加热；所述电解制氢系统还包括设置在所述阴极原料供应源和所述第一阴极换热器之间的第二阴极换热器，所述电解槽的阴极输出端与所述第二阴极换热器的换热入口连通，所述第二阴极换热器用于对阴极原料换热加热。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，所述电解制氢系统还包括设置于所述第一阴极换热器和所述阴极电加热器之间的管路上的混合器；所述电解制氢系统还包括阴极输出回收组件，所述阴极输出回收组件用于回收所述电解槽的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶和/或混合器，所述氢气瓶还能与所述混合器连通；所述电解制氢控制方法还包括：

判断所述电解制氢系统是否处于低功率运行状态；其中，所述低功率运行状态至少包括启动状态和停机状态；

若所述电解制氢系统处于所述低功率运行状态，则控制所述阴极输出回收组件回收所述电解槽的阴极输出端输出的气体中的氢气至所述氢气瓶；同步控制所述氢气瓶与所述混合器连通，向所述混合器输送氢气；

若所述电解制氢系统处于正常功率运行状态，则控制所述阴极输出回收组件回收所述电解槽的阴极输出端输出的气体中的氢气，将一部分氢气输送至所述混合器，剩余部分氢气回收至所述氢气瓶，并控制所述氢气瓶与所述混合器断开。

作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，同步控制所述氢气瓶与所述混合器连通，向所述混合器输送氢气的同时，还包括以下步骤：

获取理论总水流量；

获取阴极蒸汽实际利用率；

依据所述阴极蒸汽实际利用率、所述理论总水流量和设定水氢比计算得到需求氢气流量；

依据所述需求氢气流量控制所述氢气瓶向所述混合器输送氢气。

电解制氢系统，包括所述阳极原料供应源、所述阴极原料供应源、所述第一阳极换热器、所述第一阴极换热器、所述阳极电加热器、所述阴极电加热器和所述电解槽；用于实施上述的电解制氢控制方法。

本发明的有益效果：

本发明提供了电解制氢控制方法及电解制氢系统。其中，该电解制氢控制方法在工业余热的热量大小无法准确获知的前提下，依据阳极最小设定入口温度、阴极最小设定入口温度、阳极原料由第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略，可以理解的是，当第一实时温度和/或第二实时温度发生变化时，确定出的加热策略也会发生变化；再依据确定出的加热策略控制电解制氢系统工作，并控制工业余热依次流经第一阳极换热器和第一阴极换热器中的一个和另一个。使得能够依据第一实时温度和第二实时温度实时调整电解制氢系统的加热策略。从而能够快速、高效、准确且稳定的将阳极原料加热至预期温度，且将阴极原料加热至预期温度，能够在保证加热效果和加热效率的基础上有效避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能有效避免由于阳极原料和/或阴极原料无法快速高效的被加热至预期温度所导致的影响电解槽的工作性能和使用寿命的现象。

具体地，依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热足够快速高效的加热阳极原料和阴极原料时采用第一加热策略，不启用阳极电加热器和阴极电加热器，能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能够避免影响电解槽的工作性能和使用寿命；依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热不足够加热阳极原料和阴极原料时分为两种状况，如若工业余热足够加热阳极原料和阴极原料中的一个时，则将工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用阳极电加热器和阴极电加热器中对应的一个，采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用阳极电加热器和阴极电加热器中对应的另一个，也能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，也能够保证电解制氢系统的制氢效率，也能够避免影响电解槽的工作性能和使用寿命；依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热不足够加热阳极原料，且不足够加热阴极原料时，则将工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源，启用阳极电加热器和阴极电加热器，以保证加热效果和加热效率，也能够避免影响电解槽的工作性能和使用寿命。

附图说明

图1是本发明的具体实施例提供的电解制氢系统的原理图一；

图2是本发明的具体实施例提供的电解制氢系统的原理图二；

图3是本发明的具体实施例提供的电解制氢控制方法的流程图。

图中：

1、阳极原料供应源；2、阴极原料供应源；3、第一阳极换热器；4、第一阴极换热器；5、阳极电加热器；6、阴极电加热器；7、电解槽；8、第一输送管路组；9、第二阳极换热器；10、第二阴极换热器；11、水泵；12、混合器；131、冷凝器；132、分流器；133、循环泵；14、氢气瓶；15、第三控制阀；16、供热设备。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

本发明提供了电解制氢系统。其中，如图1和图2所示，电解制氢系统包括阳极原料供应源1、阴极原料供应源2、第一阳极换热器3、第一阴极换热器4、阳极电加热器5、阴极电加热器6和电解槽7，阳极原料供应源1、第一阳极换热器3、阳极电加热器5和电解槽7的阳极输入端依次连通，阴极原料供应源2、第一阴极换热器4、阴极电加热器6和电解槽7的阴极输入端依次连通；工业余热能通过第一阳极换热器3对阳极原料换热加热，且能通过第一阴极换热器4对阴极原料换热加热。如此设置，使得能够适应性的选择通过工业余热和/或阳极电加热器5加热输送至电解槽7的阳极输入端的阳极原料，且能够适应性的选择通过工业余热和/或阴极电加热器6加热输送至电解槽7的阴极输入端的阴极原料，从而能够快速、高效、准确且稳定的将阳极原料加热至预期温度，且将阴极原料加热至预期温度，且能够在保证加热效果和加热效率的基础上有效避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能有效避免由于阳极原料和/或阴极原料无法快速高效的被加热至预期温度所导致的影响电解槽7的工作性能和使用寿命的现象。

具体地，第一阳极换热器3的原料输出口处设有第一温度传感器。使得能够实时监测由第一阳极换热器3输出的阳极原料的温度。第一阴极换热器4的原料输出口处设有第二温度传感器。使得能够实时监测由第一阴极换热器4输出的阴极原料的温度。

具体地，电解槽7的阳极输入端设有第三温度传感器。使得能够实时监测输送至电解槽7的阳极输入端的阳极原料的温度。电解槽7的阴极输入端设有第四温度传感器。使得能够实时监测输送至电解槽7的阴极输入端的阴极原料的温度。

具体地，在本实施例中，示例性的设置阳极原料为空气，阴极原料为水。电解制氢系统即为电解水制氢的系统。阳极原料供应源1即为空气源。阴极原料供应源2即为水源。

具体地，如图2所示，工业余热通过第一输送管路组8依次流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4，且工业余热与第一输送管路组8的连通处设有第一控制阀。工业余热还通过第二输送管路组依次流经第一阴极换热器4和第一阳极换热器3，且工业余热与第二输送管路组的连通处设有第二控制阀。具体地，第一控制阀至少包括开关阀，第二控制阀至少包括开关阀。如此设置，以使能够控制工业余热流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4的流经顺序。其中，开关阀可为手动开关阀或电磁开关阀。

其中，如图2所示，电解制氢系统还包括设置在阳极原料供应源1和第一阳极换热器3之间的第二阳极换热器9，电解槽7的阳极输出端与第二阳极换热器9的换热入口连通，第二阳极换热器9用于对阳极原料换热加热；电解制氢系统还包括设置在阴极原料供应源2和第一阴极换热器4之间的第二阴极换热器10，电解槽7的阴极输出端与第二阴极换热器10的换热入口连通，第二阴极换热器10用于对阴极原料换热加热。可以理解的是，阳极输出端输出的气体直接输送至第二阳极换热器9对阳极原料进行换热加热，阴极输出端输出的气体直接输送至第二阴极换热器10对阴极原料进行换热加热。由于电解槽7的阳极输出端输出的气体具有一定温度，且阴极输出端输出的气体具有一定温度，故通过上述设置能够进一步提升加热阳极原料的效率和效果，进一步提升加热阴极原料的效率和效果，且能进一步减少电加热造成的能耗。

优选地，如图2所示，阳极原料供应源1与第二阳极换热器9之间至少设有水泵11。通过设置水泵11，能够提升输送水的输送效率。

其中，如图2所示，电解制氢系统还包括设置于第一阴极换热器4和阴极电加热器6之间的管路上的混合器12；电解制氢系统还包括阴极输出回收组件，阴极输出回收组件用于回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶14和/或混合器12，氢气瓶14还能与混合器12连通。通过设置阴极输出回收组件能够回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶14和/或混合器12，具体地，当电解制氢系统处于低功率运行状态时，控制阴极输出回收组件回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶14，同步通过氢气瓶14向混合器12输送氢气，以使能够输送足够的氢气至混合器12，以使电解槽7能够稳定高效的进行电化学反应，从而能够进一步提升电解槽7的工作性能和使用寿命；当电解制氢系统正常功率运行状态时，则表明电解制氢系统产生的氢气足够用于自身的电化学反应，此时控制氢气瓶14与混合器12断开，控制阴极输出回收组件回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气，并将一部分氢气输送至混合器12，剩余部分氢气回收至氢气瓶14，也使电解槽7能够稳定高效的进行电化学反应，保证了电解槽7的工作性能和使用寿命。

具体地，如图2所示，阴极输出回收组件至少包括冷凝器131、分流器132和循环泵133，第二阴极换热器10的换热出口、冷凝器131、分流器132、循环泵133和混合器12依次连通，且分流器132还与氢气瓶14连通。以使回收的电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气能够被输送至氢气瓶14和/或混合器12。

进一步具体地，冷凝器131还设有排水口。排水口用于排放被冷凝器131冷凝的水。优选地，在本实施例中，排水口排出的水可以经过去离子器等设备处理后再输送至阴极原料供应源2。以提升水的利用率。

具体地，如图2所示，电解制氢系统还包括第三控制阀15，氢气瓶14、第三控制阀15和混合器12依次连通。以使通过第三控制阀15能够控制氢气瓶14与混合器12的通断，且能控制输送至混合器12的氢气流量。具体地，第三控制阀15至少包括开关阀和流量阀等。其中，开关阀可为手动开关阀或电磁开关阀。流量阀可为手动流量阀或电磁流量阀。

其中，工业余热包括火电厂产生的高温废热和/或核电厂产生的高温废热和/或发生散热反应的设备散发的热量等。其中，发生散热反应的设备包括燃烧器和/或燃气轮机和/或供热设备16等。

具体地，外界空气和/或第二阳极换热器9的换热出口排出的空气，与氢气瓶14内的氢气在供热设备16内发生燃烧反应。燃烧产生的尾气可作为一部分工业余热输送至第一阳极换热器3和第一阴极换热器4。

本发明还提供了电解制氢控制方法，用于实施于上述的电解制氢系统。其中，该电解制氢控制方法在工业余热的热量大小无法准确获知的前提下，依据阳极最小设定入口温度、阴极最小设定入口温度、阳极原料由第一阳极换热器3流出时的第一实时温度，以及阴极原料由第一阴极换热器4流出时的第二实时温度确定加热策略，可以理解的是，当第一实时温度和/或第二实时温度发生变化时，确定出的加热策略也会发生变化；再依据确定出的加热策略控制电解制氢系统工作，并控制工业余热依次流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4中的一个和另一个。使得能够依据第一实时温度和第二实时温度实时调整电解制氢系统的加热策略。从而能够快速、高效、准确且稳定的将阳极原料加热至预期温度，且将阴极原料加热至预期温度，能够在保证加热效果和加热效率的基础上有效避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能有效避免由于阳极原料和/或阴极原料无法快速高效的被加热至预期温度所导致的影响电解槽7的工作性能和使用寿命的现象。

具体地，依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热足够快速高效的加热阳极原料和阴极原料时采用第一加热策略，不启用阳极电加热器5和阴极电加热器6，能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能够避免影响电解槽7的工作性能和使用寿命；依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热不足够加热阳极原料和阴极原料时分为两种状况，如若工业余热足够加热阳极原料和阴极原料中的一个时，则将工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用阳极电加热器5和阴极电加热器6中对应的一个，采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用阳极电加热器5和阴极电加热器6中对应的另一个，也能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，也能够保证电解制氢系统的制氢效率，也能够避免影响电解槽7的工作性能和使用寿命；依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热不足够加热阳极原料，且不足够加热阴极原料时，则将工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源，启用阳极电加热器5和阴极电加热器6，以保证加热效果和加热效率，也能够避免影响电解槽7的工作性能和使用寿命。

其中，如图1-3所示，电解制氢控制方法的具体步骤如下：

S100、获取电解槽7的阳极最小设定入口温度和阴极最小设定入口温度。

其中，阳极最小设定入口温度和阴极最小设定入口温度均为由前期大量试验获得的经验值。

S200、依据阳极最小设定入口温度、阴极最小设定入口温度、阳极原料由第一阳极换热器3流出时的第一实时温度，以及阴极原料由第一阴极换热器4流出时的第二实时温度确定加热策略。其中，加热策略包括：第一加热策略、第二加热策略和第三加热策略。

具体地，步骤S200包括：

S210、比较第一实时温度和阳极最小设定入口温度；比较第二实时温度和阴极最小设定入口温度。

如若第一实时温度大于等于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则执行步骤S220。

S220、采用第一加热策略。

其中，第一加热策略为：采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的主要热量来源，不启用阳极电加热器5和阴极电加热器6。

可以理解的是，如若第一实时温度大于等于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则表明工业余热足够快速高效的加热阳极原料和阴极原料，则无需启用阳极电加热器5和阴极电加热器6，从而能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能够避免影响电解槽7的工作性能和使用寿命。

如若第一实时温度大于等于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度小于阴极最小设定入口温度，则执行步骤S230。

如若第一实时温度小于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则执行步骤S230。

S230、采用第二加热策略。

其中，第二加热策略为：采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用阳极电加热器5和阴极电加热器6中对应的一个；采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用阳极电加热器5和阴极电加热器6中对应的另一个。

可以理解的是，采用第二加热策略时，则表明工业余热不足够加热阳极原料和阴极原料，只能作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，此时，依据第一实时温度和第二实时温度确定工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用阳极电加热器5和阴极电加热器6中对应的一个，采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用阳极电加热器5和阴极电加热器6中对应的另一个，也能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，也能够保证电解制氢系统的制氢效率，也能够避免影响电解槽7的工作性能和使用寿命。

具体地，如若第一实时温度大于等于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度小于阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阳极原料的主要热量来源，不启用阳极电加热器5；将工业余热作为加热阴极原料的辅助热量来源，并启动阴极电加热器6。

具体地，如若第一实时温度小于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阴极原料的主要热量来源，不启用阴极电加热器6；将工业余热作为加热阳极原料的辅助热量来源，并启动阳极电加热器5。

进一步具体地，将工业余热作为加热阳极原料的主要热量来源，将工业余热作为加热阴极原料的辅助热量来源时，控制第一控制阀连通工业余热和第一输送管路组8，控制第二控制阀断开工业余热和第二输送管路组。

进一步具体地，将工业余热作为加热阴极原料的主要热量来源，将工业余热作为加热阳极原料的辅助热量来源时，控制第二控制阀连通工业余热和第二输送管路组，控制第一控制阀断开工业余热和第一输送管路组8。

如若第一实时温度小于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度小于阴极最小设定入口温度，则执行步骤S240。

S240、采用第三加热策略。

其中，第三加热策略为：采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源；启用阳极电加热器5和阴极电加热器6。

可以理解的是，如若第一实时温度小于阳极最小设定入口温度，且，第二实时温度小于阴极最小设定入口温度，则表明工业余热不足够加热阳极原料，且不足够加热阴极原料，此时，启用阳极电加热器5和阴极电加热器6，以保证加热效果和加热效率，也能够避免影响电解槽7的工作性能和使用寿命。

其中，在采用第一加热策略或第三加热策略控制电解制氢系统工作时，可控制工业余热依次流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4，也可控制工业余热依次流经第一阴极换热器4和第一阳极换热器3。均不影响系统的工作性能。

S300、依据加热策略控制电解制氢系统工作；同步控制工业余热依次流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4中的一个和另一个。

具体地，依据加热策略控制电解制氢系统工作的具体步骤包括：依据加热策略控制开启阳极电加热器5和/或阴极电加热器6。使得与对应的加热策略相一致。可以理解的是，工业余热依次流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4中的一个和另一个的顺序也与对应的加热策略相一致。

从而采用上述电解制氢控制方法控制上述的电解制氢系统，能够快速、高效、准确且稳定的将阳极原料加热至预期温度，且将阴极原料加热至预期温度，能够在保证加热效果和加热效率的基础上有效避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能有效避免由于阳极原料和/或阴极原料无法快速高效的被加热至预期温度所导致的影响电解槽7的工作性能和使用寿命的现象。

其中，在本实施例中，示例性的设置控制工业余热依次流经第一阳极换热器3和第一阴极换热器4。

其中，为了进一步提升电解制氢系统的加热效果和加热效率，该电解制氢控制方法在执行步骤S230或S240的过程中，还包括以下步骤：

获取阳极原料流至电解槽7的阳极输入端的第三实时温度。

依据第三实时温度和阳极最小设定入口温度确定是否调试阳极电加热器5的输出功率。

具体地，依据第三实时温度和阳极最小设定入口温度确定是否调试阳极电加热器5的输出功率的步骤包括：

比较第三实时温度和阳极最小设定入口温度；若第三实时温度大于等于阳极最小设定入口温度，则不调试阳极电加热器5的输出功率；若第三实时温度小于阳极最小设定入口温度，则控制调试阳极电加热器5的输出功率。

具体地，控制调试阳极电加热器5的输出功率的步骤包括：依据第一表格或第一曲线实时调试阳极电加热器5的输出功率。

其中，第一表格为由第三实时温度和阳极电加热器5的输出功率形成的表格。第一曲线为由第三实时温度和阳极电加热器5的输出功率形成的曲线。

如此设置，使得可以通过查表或查曲线等的方式，实时依据第三实时温度调控阳极电加热器5的输出功率，以使阳极原料能够被更加快速、高效、准确且稳定的加热至预期温度，从而能够进一步提升加热阳极原料的加热效果和加热效率。其中，当第三实时温度较低时，通过查表或查曲线等方式适应性的调高阳极电加热器5的输出功率；当第三实时温度较高时，通过查表或查曲线等方式适应性的调低阳极电加热器5的输出功率。

其中，为了进一步提升电解制氢系统的加热效果和加热效率，该电解制氢控制方法在执行步骤S230或S240的过程中，还包括：

获取阴极原料流至电解槽7的阴极输入端的第四实时温度。

依据第四实时温度和阴极最小设定入口温度确定是否调试阴极电加热器6的输出功率。

具体地，依据第四实时温度和阴极最小设定入口温度确定是否调试阴极电加热器6的输出功率的步骤包括：

比较第四实时温度和阴极最小设定入口温度；若第四实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则不调试阴极电加热器6的输出功率；若第四实时温度小于阴极最小设定入口温度，则控制调试阴极电加热器6的输出功率。

具体地，控制调试阴极电加热器6的输出功率的步骤包括：依据第二表格或第二曲线实时调试阴极电加热器6的输出功率。

其中，第二表格为由第四实时温度和阴极电加热器6的输出功率形成的表格。第二曲线为由第四实时温度和阴极电加热器6的输出功率形成的曲线。

如此设置，使得可以通过查表或查曲线等的方式，实时依据第四实时温度调控阴极电加热器6的输出功率，以使阴极原料也能够被更加快速、高效、准确且稳定的加热至预期温度，从而能够进一步提升加热阴极原料的加热效果和加热效率。其中，当第四实时温度较低时，通过查表或查曲线等方式适应性的调高阴极电加热器6的输出功率；当第四实时温度较高时，通过查表或查曲线等方式适应性的调低阴极电加热器6的输出功率。

其中，为了进一步提升电解制氢系统的加热效果和加热效率，该电解制氢控制方法还包括：将阳极输出端输出的气体直接输送至第二阳极换热器9对阳极原料进行换热加热；将阴极输出端输出的气体直接输送至第二阴极换热器10对阴极原料进行换热加热。

由于电解槽7的阳极输出端输出的气体具有一定温度，且阴极输出端输出的气体具有一定温度，故如此设置也能够进一步提升加热阳极原料的效率和效果，进一步提升加热阴极原料的效率和效果，且能进一步减少电加热造成的能耗。

其中，为了保证电解槽7的运行性能，当电解槽7处于低功率运行状态时，即电解槽7处于启动状态或停机状态时，如若只向电解槽7的阴极通入水蒸气，则会造成电解槽7的性能衰减，故为了保证电解槽7的工作性能和使用寿命，则需向电解槽7的阴极输入水蒸气和氢气的混合气以维持还原性气氛。故为达此目的，该电解制氢控制方法还包括：

判断电解制氢系统是否处于低功率运行状态。其中，低功率运行状态至少包括启动状态和停机状态。其中，判断电解制氢系统是否处于低功率运行状态的具体方法属于现有技术，在此不再赘述。

若电解制氢系统处于低功率运行状态，则控制阴极输出回收组件回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶14；同步控制氢气瓶14与混合器12连通，向混合器12输送氢气。

可以理解的是，低功率运行状态时，电解槽7产生的氢气的量少，故通过控制阴极输出回收组件回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶14，同步控制氢气瓶14与混合器12连通向混合器12输送氢气，使得能够向混合器12提供足量的氢气，以使输入到电解槽7的阴极的混合气能够有效维持还原性气氛。

若电解制氢系统处于正常功率运行状态，则控制阴极输出回收组件回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气，将一部分氢气输送至混合器12，剩余部分氢气回收至氢气瓶14，并控制氢气瓶14与混合器12断开。

可以理解的是，正常功率运行状态时，电解槽7产生的氢气的量比较充足，故控制阴极输出回收组件回收电解槽7的阴极输出端输出的气体中的氢气，将一部分氢气输送至混合器12，剩余部分氢气回收至氢气瓶14，并控制氢气瓶14与混合器12断开，使得电解制氢系统自身产生的氢气足以维持还原性气氛。具体地，电解槽7产生的氢气中的一部分输送至混合器12，剩余部分通过分流器132输送至氢气瓶14储存。

具体地，同步控制氢气瓶14与混合器12连通向混合器12输送氢气的同时，还包括以下步骤：

获取理论总水流量。具体地，依据用户的需求产氢量结合电化学反应方程式，计算得到100%蒸汽利用率工况下的理论总水流量。其中，依据用户的需求产氢量结合电化学反应方程式，计算得到100%蒸汽利用率工况下的理论总水流量的具体计算方式属于现有技术，在此不再赘述。

获取阴极蒸汽实际利用率。具体地，可以依据电解槽7的实时温度、电解槽7的电流需求值和阴极蒸汽实际利用率形成的表格，通过电解槽7的实时温度和电解槽7的电流需求值查获阴极蒸汽实际利用率。其中，当查获的阴极蒸汽实际利用率大于蒸汽利用率饱和限制范围的最大值时，则以蒸汽利用率饱和限制范围的最大值作为阴极蒸汽实际利用率；当查获的阴极蒸汽实际利用率小于蒸汽利用率饱和限制范围的最小值时，则以蒸汽利用率饱和限制范围的最小值作为阴极蒸汽实际利用率。

依据阴极蒸汽实际利用率、理论总水流量和设定水氢比计算得到需求氢气流量。其中，设定水氢比由用户设定。依据阴极蒸汽实际利用率、理论总水流量和设定水氢比计算得到需求氢气流量的具体步骤包括：依据阴极蒸汽实际利用率和理论总水流量计算实际总水流量；依据总水流量和设定水氢比计算需求氢气流量。其中，实际总水流量为蒸汽实际利用率和理论总水流量的乘积值。

依据需求氢气流量控制氢气瓶14向混合器12输送氢气。

如此设置，以使能够准确的控制向混合器12输送的氢气流量，从而精准的调控保持电解槽7的阴极的还原性气氛，从而进一步提升电解槽7的工作性能和使用寿命。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.电解制氢控制方法，电解制氢系统包括阳极原料供应源(1)、阴极原料供应源(2)、第一阳极换热器(3)、第一阴极换热器(4)、阳极电加热器(5)、阴极电加热器(6)和电解槽(7)，所述阳极原料供应源(1)、所述第一阳极换热器(3)、所述阳极电加热器(5)和所述电解槽(7)的阳极输入端依次连通，所述阴极原料供应源(2)、所述第一阴极换热器(4)、所述阴极电加热器(6)和所述电解槽(7)的阴极输入端依次连通；工业余热能通过所述第一阳极换热器(3)对阳极原料换热加热，且能通过所述第一阴极换热器(4)对阴极原料换热加热；其特征在于，所述电解制氢系统还包括设置在所述阳极原料供应源(1)和所述第一阳极换热器(3)之间的第二阳极换热器(9)，所述电解槽(7)的阳极输出端与所述第二阳极换热器(9)的换热入口连通，所述第二阳极换热器(9)用于对阳极原料换热加热；所述电解制氢系统还包括设置在所述阴极原料供应源(2)和所述第一阴极换热器(4)之间的第二阴极换热器(10)，所述电解槽(7)的阴极输出端与所述第二阴极换热器(10)的换热入口连通，所述第二阴极换热器(10)用于对阴极原料换热加热；所述电解制氢控制方法包括：

获取所述电解槽(7)的阳极最小设定入口温度和阴极最小设定入口温度；

依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器(3)流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器(4)流出时的第二实时温度确定加热策略；

依据所述加热策略控制所述电解制氢系统工作；同步控制所述工业余热依次流经所述第一阳极换热器(3)和所述第一阴极换热器(4)中的一个和另一个；

其中，所述加热策略包括：第一加热策略、第二加热策略和第三加热策略；

所述第一加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器(5)和所述阴极电加热器(6)；

所述第二加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器(5)和所述阴极电加热器(6)中对应的一个；采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用所述阳极电加热器(5)和所述阴极电加热器(6)中对应的另一个；

所述第三加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源；启用所述阳极电加热器(5)和所述阴极电加热器(6)。

2.根据权利要求1所述的电解制氢控制方法，其特征在于，依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器(3)流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器(4)流出时的第二实时温度确定加热策略的步骤包括：

比较所述第一实时温度和所述阳极最小设定入口温度；比较所述第二实时温度和所述阴极最小设定入口温度；

如若所述第一实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度大于等于所述阴极最小设定入口温度，则采用所述第一加热策略；

如若所述第一实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度小于所述阴极最小设定入口温度，则采用所述第三加热策略。

3.根据权利要求2所述的电解制氢控制方法，其特征在于，依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器(3)流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器(4)流出时的第二实时温度确定加热策略的步骤还包括：

如若所述第一实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度小于所述阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阳极原料的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器(5)；将工业余热作为加热阴极原料的辅助热量来源，并启动所述阴极电加热器(6)；

如若所述第一实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阴极原料的主要热量来源，不启用所述阴极电加热器(6)；将工业余热作为加热阳极原料的辅助热量来源，并启动所述阳极电加热器(5)。

4.根据权利要求1-3任一项所述的电解制氢控制方法，其特征在于，所述电解制氢控制方法还包括：

获取阳极原料流至所述电解槽(7)的阳极输入端的第三实时温度；获取阴极原料流至所述电解槽(7)的阴极输入端的第四实时温度；

依据所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度确定是否调试所述阳极电加热器(5)的输出功率；

依据所述第四实时温度和所述阴极最小设定入口温度确定是否调试所述阴极电加热器(6)的输出功率。

5.根据权利要求4所述的电解制氢控制方法，其特征在于，依据所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度确定是否调试所述阳极电加热器(5)的输出功率的步骤包括：

比较所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度；

若所述第三实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，则不调试所述阳极电加热器(5)的输出功率；

若所述第三实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，则控制调试所述阳极电加热器(5)的输出功率。

6.根据权利要求5所述的电解制氢控制方法，其特征在于，控制调试所述阳极电加热器(5)的输出功率的步骤包括：

依据第一表格或第一曲线实时调试所述阳极电加热器(5)的输出功率；

其中，所述第一表格为由第三实时温度和阳极电加热器(5)的输出功率形成的表格；所述第一曲线为由第三实时温度和阳极电加热器(5)的输出功率形成的曲线。

7.根据权利要求1所述的电解制氢控制方法，其特征在于，所述电解制氢系统还包括设置于所述第一阴极换热器(4)和所述阴极电加热器(6)之间的管路上的混合器(12)；所述电解制氢系统还包括阴极输出回收组件，所述阴极输出回收组件用于回收所述电解槽(7)的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶(14)和/或混合器(12)，所述氢气瓶(14)还能与所述混合器(12)连通；所述电解制氢控制方法还包括：

判断所述电解制氢系统是否处于低功率运行状态；其中，所述低功率运行状态至少包括启动状态和停机状态；

若所述电解制氢系统处于所述低功率运行状态，则控制所述阴极输出回收组件回收所述电解槽(7)的阴极输出端输出的气体中的氢气至所述氢气瓶(14)；同步控制所述氢气瓶(14)与所述混合器(12)连通，向所述混合器(12)输送氢气；

若所述电解制氢系统处于正常功率运行状态，则控制所述阴极输出回收组件回收所述电解槽(7)的阴极输出端输出的气体中的氢气，将一部分氢气输送至所述混合器(12)，剩余部分氢气回收至所述氢气瓶(14)，并控制所述氢气瓶(14)与所述混合器(12)断开。

8.根据权利要求7所述的电解制氢控制方法，其特征在于，同步控制所述氢气瓶(14)与所述混合器(12)连通，向所述混合器(12)输送氢气的同时，还包括以下步骤：

获取理论总水流量；

获取阴极蒸汽实际利用率；

依据所述阴极蒸汽实际利用率、所述理论总水流量和设定水氢比计算得到需求氢气流量；

依据所述需求氢气流量控制所述氢气瓶(14)向所述混合器(12)输送氢气。

9.电解制氢系统，包括所述阳极原料供应源(1)、所述阴极原料供应源(2)、所述第一阳极换热器(3)、所述第一阴极换热器(4)、所述阳极电加热器(5)、所述阴极电加热器(6)和所述电解槽(7)；其特征在于，用于实施权利要求1-8任一项所述的电解制氢控制方法。