250kW碱性电解系统高动态工况下负荷范围与电解效率协同调节策略研究-胡松

摘要

摘要：在所有制氢水电解技术中，碱性水电解（AWE）制氢技术成熟度最高，但降低最小负荷边界，提高电解效率是AWE系统目前存在的迫切需要优化的技术挑战。最小负荷主要受跨隔膜转移和碱液混合的氢对氧（HTO）的限制，HTO超过2.0%是一个显著的安全风险。降低碱液流速和压力是有效的，而通过调节操作参数来提高HTO的方法为数不多，从而延长了最小负荷边界，但会降低电解效率。因此，本研究提出了压力和碱液流速的协同调节策略：在高负荷期间最大压力和碱液流速，确保高电解效率；在中负荷期间调整碱液流速和压力，确保HTO≤为2.0%，最大化电解效率；在低负荷期间将碱液流速和压力降至低水平，扩大最小负荷，从而提高波动绿电负荷时AWE系统的整体效率。本文通过建立系统级稳态和动态气体纯度模型，阐述了HTO的运行路径、影响因素和参数优化机制。得到了压力和碱液流量的最佳组合曲线，并在高动态风光伏（PV）发电情景下，比较验证了其对最小负荷、系统能耗、能源利用、电解效率等性能参数的控制效果。最后，在最优运行曲线的基础上探讨了最优风电光伏发电比，为未来风电光伏发电直接耦合制氢方案的大规模开发提供参考。最小负荷从单独碱液流速控制的42.0%增加到单独压力控制的21.2%，最后增加到碱液流速和压力协同控制方法的15.6%。在没有电力补充的情况下，风能和光伏能源的能源利用效率分别达到98.3%和95.6%。

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