01背景

堿性電解水制氫技術(shù)（ALK）由于其規(guī)格、成本以及壽命等優(yōu)勢(shì)具有更加廣泛的關(guān)注，近年來(lái)始終占據(jù)著較高的市場(chǎng)份額。然而，ALK技術(shù)也面臨諸多挑戰(zhàn)亟待解決，其中，研究相對(duì)落后的控制系統(tǒng)和配置優(yōu)化是當(dāng)前的研究熱點(diǎn)，當(dāng)ALK系統(tǒng)與和再生能源耦合時(shí)，有必要研究提高電解槽對(duì)可再生能源的消納水平，提高可再生能源的總能效。

02優(yōu)化方式

2.1 多電解槽切換策略

研究提出了與風(fēng)力發(fā)電機(jī)耦合的多電解槽切換等力策略與循環(huán)輪換策略[1]，假設(shè)每個(gè)電解槽的壽命是相等的，電解槽的編號(hào)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(guò)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(dòng)。當(dāng)El1的功率達(dá)到額定功率水平后，控制器需要判斷剩余功率是否仍超過(guò)Pelmin，當(dāng)答案為是時(shí)，El2啟動(dòng)。然后繼續(xù)進(jìn)行下一個(gè)判斷。兩種切換策略示意圖如圖2所示，循環(huán)輪換策略相較于等力策略增添了電解槽順序按最小循環(huán)旋轉(zhuǎn)的條件，使每個(gè)電解槽在其使用壽命內(nèi)都能擁有相同的壽命和性能。仿真結(jié)果表明循環(huán)輪換策略多個(gè)電解槽之間達(dá)到了理想的平衡，總工作時(shí)間的標(biāo)準(zhǔn)偏差是等力策略的0.0132倍，可以在一定程度上彌補(bǔ)風(fēng)速波動(dòng)帶來(lái)的固有缺陷，使得電解槽的總工作時(shí)間和滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)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(huán)切換策略示意圖

圖2 兩種切換策略示意圖

2.2 單槽主動(dòng)壓力和堿液流量控制

文獻(xiàn)[2]通過(guò)4KW堿性水電解系統(tǒng)試驗(yàn)研究壓力、溫度和堿液流量對(duì)氧中氫和電壓的影響，同時(shí)分析氧中氫產(chǎn)生機(jī)理，建立帶物理多孔分離器的堿性水電解系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)氧中氫模型，提出過(guò)渡運(yùn)行的壓力和堿液流量控制方法。為了在風(fēng)電網(wǎng)絡(luò)制氫的情況下充分利用風(fēng)電且保證低負(fù)荷下的安全性，如圖3所示，采用單槽主動(dòng)壓力和堿液流量控制方法可以將最小負(fù)載降至8.95%，對(duì)應(yīng)電流密度為0.0196A/cm2，有效降低了堿性電解系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和風(fēng)電功率值影響的最小負(fù)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(shì)

03總結(jié)

針對(duì)與可再生能源耦合的堿性電解系統(tǒng)，可以通過(guò)對(duì)單槽運(yùn)行條件以及多電解槽混合系統(tǒng)切換方式等控制策略進(jìn)行配置與優(yōu)化，提高從風(fēng)電系統(tǒng)到制氫系統(tǒng)的能量消納水平。未來(lái)還需要進(jìn)行溫度特性影響，壽命退化驗(yàn)證以及功率布置等的研究，優(yōu)化仿真的準(zhǔn)確性與普適性。

審核編輯：湯梓紅