[发明专利]多槽并联电解制氢的控制方法及系统

说明书

本发明提供一种多槽并联电解制氢的控制方法、系统及存储介质。本发明提供的控制方法，当多个电解槽并联使用时，可依据发电总功率与电解槽的运行状态参数的变化更新电解槽的实时目标功率，同时对电解槽的进口以及出口进行实时监测，进而保证了电解制氢系统内的精准调控与稳定运行。本发明通过对电解槽出水口温度、电解槽运行电流、电解槽单片电压设置保护措施；当上述运行状态参数超过设定范围时，判断以电解槽发生故障，并通过控制电解槽出口阀门和入口阀门，将其快速切出，对电解槽进行保护。

技术领域

本发明涉及电解制氢技术领域，具体涉及多槽并联电解制氢的控制方法及系统。

背景技术

以传统化石能源为主的能源消费模式导致全球能源资源约束和生态环境不断恶化，应对资源环境挑战已成为全球共同面临的重大课题。随着碳减排进程的加快，可再生能源高效、清洁发电技术得到了高度重视。然而，风电、光伏等可再生能源的随机性和波动性使得电网稳定性和安全性面临巨大的挑战。大规模可再生能源制氢技术可有效提升可再生能源发电系统的能源利用效率，为解决可再生能源高比例并网问题提供了新的途径，被列为国家能源技术革命创新行动计划的重要任务之一。

电解制氢技术主要有碱性电解水、质子交换膜电解水和固体氧化物电解水技术。其中，碱性电解技术最为成熟，生产成本较低，但碱性电解槽也难以快速启停与调节，因而难以与具有快速波动特性的可再生能源配合；固体氧化物电解技术采用水蒸气电解，在高温环境下工作，能效最高，但尚处于实验室研究阶段；质子交换膜电解(PEM)制氢技术具有占地面积小、清洁无污染、可调范围宽、响应速度快特点，可以灵活控制，方便负载调节，是未来电解制氢技术的发展趋势与研究热点。

在现有技术中，目前基于可再生能源电力的电解水系统的研究多集中于上层功率分配控制系统及逻辑的创新与优化，从而提升电解制氢系统对波动性电源的适应性。然而，为扩大系统的规模同时运行多个电解槽时，不仅会涉及电解槽之间的输入功率分配问题，还会有制氢系统内部其他设备之间的协同调控与保护问题，现有的研究中缺乏大型电解制氢系统内部设备的协同控制与故障保护方法。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种多槽并联电解制氢的控制方法、系统及存储介质，用以克服现有技术中的缺点。

第一方面，本发明提供一种多槽并联电解制氢的控制方法，包括如下步骤：获取发电总功率以及并联的多个电解槽的运行状态参数，发电总功率用以分配至多个电解槽；根据运行状态参数以及发电总功率确定电解槽的开启个数以及与待开启电解槽相应的目标功率，目标功率小于或等于发电总功率；根据每个电解槽的目标功率以及运行状态参数计算每个待开启电解槽的目标水流量；汇总待开启电解槽的目标水流量得到目标总水流量；根据目标总水流量调节传输至多个电解槽的总水流量；获取一电解槽进水口的实际水流量；以及根据电解槽的目标水流量对电解槽进水口的实际水流量值进行相应的调整。

在一实施例中，该方法还包括：获取水循环装置出口的水流的实际温度，水循环装置用以输出一预设温度的目标总水流量至多个电解槽；判断水流的实时温度是否等于预设温度；当水流实时温度与预设温度不相等时，则通过调节冷却装置的流量使水流的实际温度等于预设温度；冷却装置用以对水循环装置进行冷却。

在一实施例中，运行状态参数包括：电解槽的运行时间、温度、电流以及电流对应的电压。

在一实施例中，在根据每个电解槽的目标功率以及运行状态参数计算每个待开启电解槽的目标水流量的步骤中，具体包括：获取电解槽的运行电流密度I_m与实际电压U1；计算电解槽放热量：Q_h＝(U1-U2)×I_m×A×N；其中，A为单电池面积cm²，N为单电池片数，U2为热中性电压；计算电解槽的目标水流量：

其中，ΔT为电解槽两端进出口温差；为水的比热容。