01背景

堿性電解水制氫技術（ALK）由于其規格、成本以及壽命等優勢具有更加廣泛的關注，近年來始終占據著較高的市場份額。然而，ALK技術也面臨諸多挑戰亟待解決，其中，研究相對落后的控制系統和配置優化是當前的研究熱點，當ALK系統與和再生能源耦合時，有必要研究提高電解槽對可再生能源的消納水平，提高可再生能源的總能效。

02優化方式

2.1 多電解槽切換策略

研究提出了與風力發電機耦合的多電解槽切換等力策略與循環輪換策略[1]，假設每個電解槽的壽命是相等的，電解槽的編號從EI1，EI2直到EIN，切換策略流程圖如圖1所示，首先，控制器判斷剩余功率Pa是否超過最小功率電解槽的額定功率Pelmin，如果答案是肯定的，則El1啟動。當El1的功率達到額定功率水平后，控制器需要判斷剩余功率是否仍超過Pelmin，當答案為是時，El2啟動。然后繼續進行下一個判斷。兩種切換策略示意圖如圖2所示，循環輪換策略相較于等力策略增添了電解槽順序按最小循環旋轉的條件，使每個電解槽在其使用壽命內都能擁有相同的壽命和性能。仿真結果表明循環輪換策略多個電解槽之間達到了理想的平衡，總工作時間的標準偏差是等力策略的0.0132倍，可以在一定程度上彌補風速波動帶來的固有缺陷，使得電解槽的總工作時間和滿負荷時間接近，提高能源效率。

圖1 電解槽切換策略流程圖

（a）等力策略示意圖 （b）循環切換策略示意圖

圖2 兩種切換策略示意圖

2.2 單槽主動壓力和堿液流量控制

文獻[2]通過4KW堿性水電解系統試驗研究壓力、溫度和堿液流量對氧中氫和電壓的影響，同時分析氧中氫產生機理，建立帶物理多孔分離器的堿性水電解系統的穩態和動態氧中氫模型，提出過渡運行的壓力和堿液流量控制方法。為了在風電網絡制氫的情況下充分利用風電且保證低負荷下的安全性，如圖3所示，采用單槽主動壓力和堿液流量控制方法可以將最小負載降至8.95%，對應電流密度為0.0196A/cm2，有效降低了堿性電解系統結構參數和風電功率值影響的最小負荷極限，提高了能量回收能力。

圖3 堿性電解槽在壓力和堿液流量控制中的最佳壓力-電流密度變化趨勢

03總結

針對與可再生能源耦合的堿性電解系統，可以通過對單槽運行條件以及多電解槽混合系統切換方式等控制策略進行配置與優化，提高從風電系統到制氫系統的能量消納水平。未來還需要進行溫度特性影響，壽命退化驗證以及功率布置等的研究，優化仿真的準確性與普適性。

審核編輯：湯梓紅