电解水制氢系统及其控制方法技术方案

本申请提供了一种电解水制氢系统及其控制方法，通过在设置氢气缓冲罐，并且控根据所述绿电供电装置的输出功率控制所述电解水制氢系统开启或者仅控制所述干燥设备加热氢气。这样，在输出功率不满足电解水制氢设备的开车功率时，可以仅单独控制干燥设备对从氢气缓冲罐进入其内部的氢气进行加热。加热后的氢气与碱液进行热交换，使得碱液快速升温，从而缩短了电解水制氢设备的冷启动时间，待输出功率满足电解水制氢设备的开车功率时，则可以快速的启动电解水制氢设备。同时，进一步的，使得电解水制氢系统的控制方式能够与绿电供电装置的输出功率的波动情况相适配，这也使得具有波动性的绿电得到充分的利用，提高了电解水制氢系统与绿电的耦合性。统与绿电的耦合性。统与绿电的耦合性。

【技术实现步骤摘要】
电解水制氢系统及其控制方法


[0001]本专利技术涉及涉及电解水制氢的
，特别涉及一种电解水制氢系统及其控制方法。

技术介绍

[0002]氢能是一种理想的二次能源，与其他能源相比，氢热值高，且燃烧产物为水，是最环保的能源，氢能被认为是未来人类社会的终极能源，而水电解制氢则是获取氢气的一种有效途径。
[0003]绿电电解水制氢技术一方面有利于可再生能源消纳，另一方面可有效解决氢能绿色生产问题。电解槽作为绿电电解水制氢系统的关键设备，其本身的性能特点对绿电电解水制氢系统的能量利用率、制氢效率等起着举足轻重的作用。目前，碱性电解槽(AlkalineElectrolyzer，AEL)成本较低(3000元/kW)，已被大规模商业化应用。
[0004]但是碱性电解槽一般通过电解反应的散热使碱性电解槽在启动阶段升温，该过程十分缓慢，特别是在绿电的波动性下，使碱性电解槽较长时间工作在低温状态，在额定负载下冷启动时间长达60
‑
120min，启动时间较长，造成高能耗和低效率。因此，针对现有技术的不足，有必要提供新的技术方案。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种电解水制氢系统及其控制方法，以解决现有技术中电解水制氢设备冷启动时间过长的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本申请提供了一种电解水制氢系统，包括
[0007]电解水制氢设备，用于电解水产生氢气和氧气；
[0008]气液分离设备，与所述电解水制氢设备连接，用于对氢气和氧气进行气液分离；
[0009]干燥设备，与所述纯化设备连接，对氢气进行干燥或者加热；
[0010]氢气缓冲罐，设置在所述气液分离设备和所述干燥设备之间，用于缓存氢气；
[0011]第一换热器，所述第一换热器包括气体通道和液体通道，所述气体通道与所述干燥设备连接；
[0012]绿电供电装置，分别与所述电解水制氢设备、所述气液分离设备和干燥设备连接，并给所述电解水制氢设备、所述气液分离设备和干燥设备供电；以及，
[0013]控制装置，分别与所述电解水制氢设备、所述干燥设备和所述绿电供电装置连接；所述控制装置根据所述绿电供电装置的输出功率控制所述电解水制氢系统开启或者仅控制所述干燥设备加热氢气。
[0014]可选的，在所述的电解水制氢系统中，还包括还包括第二换热器；所述第一换热器和所述第二换热器并联，所述第一换热器和所述第二换热器并联一端与所述气液分离设备连接；所述第一换热器和所述第二换热器并联另一端与所述电解水制氢设备连接。
[0015]可选的，在所述的电解水制氢系统中，所述电解水制氢系统包括第一状态和第二
状态；当所述电解水制氢系统为第一状态时，所述电解水制氢系统被配置为：所述绿电供电装置给所述干燥设备供电，氢气缓冲罐的氢气进入所述干燥设备，所述干燥设备给氢气加热，加热后的氢气进入所述第一换热器以对所述电解水制氢系统中的碱液加热，所述电解水制氢设备不启动；当所述电解水制氢系统为第二状态时，所述电解水制氢系统被配置为：所述绿电供电装置给所述电解水制氢设备和所述干燥设备供电，所述干燥设备处于加热状态，所述电解水制氢设备制备的氢气进入所述干燥设备，所述干燥设备给氢气加热，加热后的氢气进入所述第一换热器以对所述电解水制氢系统中的碱液加热。
[0016]可选的，在所述的电解水制氢系统中，所述电解水制氢系统还包括温度传感器，所述温度传感器设置在所述电解水制氢设备出液口和进液口处，以检测碱液的温度。
[0017]可选的，在所述的电解水制氢系统中，所述电解水制氢系统还包括燃烧装置，所述燃烧装置设置在所述电解水制氢系统的放空口，所述燃烧装置分别与氢气缓冲罐和所述第二热交换器连接。
[0018]可选的，在所述的电解水制氢系统中，氢气缓冲罐的容量为不小于所述电解水制氢设备产氢量的0.5倍。
[0019]另一方面，本申请还提供了一种电解水制氢系统控制方法，包括以下步骤：
[0020]获取绿电供电装置的输出功率；
[0021]将所述输出功率与所述电解水制氢设备的额定功率进行匹配，并计算出输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比；
[0022]根据输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比，从预设的电解水制氢系统控制方式中确定对目标电解水制氢设备的控制策略；
[0023]其中，预设的控制方式包括控制整个电解水制氢系统启动和单独控制干燥设备加热。
[0024]可选的，在所述的电解水制氢系统控制方法中，所述根据输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比，从预设的电解水制氢系统控制方式中确定对目标电解水制氢设备的控制策略包括：
[0025]若所述输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比超过预设阈值时，则控制所述电解水制氢系统启动。
[0026]可选的，在所述的电解水制氢系统控制方法中，所述根据输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比，从预设的电解水制氢系统控制方式中确定对目标电解水制氢设备的控制策略包括：
[0027]若所述输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比小于等于预设阈值时，则单独控制干燥设备加热。
[0028]可选的，在所述的电解水制氢系统控制方法中，所述预设阈值为所述输出功率与电解水制氢设备的额定功率的百分比45％～60％。
[0029]与现有技术相比，本申请提供一种电解水制氢系统及其控制方法，通过在所述气液分离设备和所述干燥设备之间设置氢气缓冲罐，并且所述控制装置根据所述绿电供电装置的输出功率控制所述电解水制氢系统开启或者仅控制所述干燥设备加热氢气。这样，在所述绿电供电装置的输出功率不满足所述电解水制氢设备的开车功率时，所述控制装置可以仅单独控制所述干燥设备对从氢气缓冲罐进入其内部的氢气进行加热。加热后的氢气进
入所述第一换热器的气体管道中与其液体管道中的碱液进行热交换，以加热碱液，使得所述电解水制氢系统中的碱液快速升温，从而缩短了所述电解水制氢设备的冷启动时间，待所述绿电供电装置的输出功率满足所述电解水制氢设备的开车功率时，则可以快速的启动所述电解水制氢设备。同时，进一步的，使得电解水制氢系统的控制方式能够与绿电供电装置的输出功率的波动情况相适配，这也使得具有波动性的绿电在波谷时的电能也能得到充分的利用，提高了电解水制氢系统与绿电的耦合性。
附图说明
[0030]图1是本申请实施例提供的一种电解水制氢系统的示意图；
[0031]图2是本申请实施例提供的另一种电解水制氢系统的示意图；
[0032]图3是本申请实施例提供的一种电解水制氢系统控制方法的流程图。
[0033]其中，附图1～2的附图标记说明如下：
[0034]10
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电解水制氢设备；20
‑
气液分离设备；30
‑
干燥设备；40
‑
氢气缓冲罐；50
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第一换热器；60
‑
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解水制氢系统，其特征在于，包括电解水制氢设备，用于电解水产生氢气和氧气；气液分离设备，与所述电解水制氢设备连接，用于对氢气和氧气进行气液分离；干燥设备，与所述纯化设备连接，对氢气进行干燥或者加热；氢气缓冲罐，设置在所述气液分离设备和所述干燥设备之间，用于缓存氢气；第一换热器，所述第一换热器包括气体通道和液体通道，所述气体通道与所述干燥设备连接；绿电供电装置，分别与所述电解水制氢设备、所述气液分离设备和干燥设备连接，并给所述电解水制氢设备、所述气液分离设备和干燥设备供电；以及，控制装置，分别与所述电解水制氢设备、所述干燥设备和所述绿电供电装置连接；所述控制装置根据所述绿电供电装置的输出功率控制所述电解水制氢系统开启或者仅控制所述干燥设备加热氢气。2.根据权利要求1所述的电解水制氢系统，其特征在于，还包括第二换热器；所述第一换热器和所述第二换热器并联，所述第一换热器和所述第二换热器并联一端与所述气液分离设备连接；所述第一换热器和所述第二换热器并联另一端与所述电解水制氢设备连接。3.根据权利要求2所述的电解水制氢系统，其特征在于，所述电解水制氢系统包括第一状态和第二状态；当所述电解水制氢系统为第一状态时，所述电解水制氢系统被配置为：所述绿电供电装置给所述干燥设备供电，氢气缓冲罐的氢气进入所述干燥设备，所述干燥设备给氢气加热，加热后的氢气进入所述第一换热器以对所述电解水制氢系统中的碱液加热，所述电解水制氢设备不启动；当所述电解水制氢系统为第二状态时，所述电解水制氢系统被配置为：所述绿电供电装置给所述电解水制氢设备和所述干燥设备供电，所述干燥设备处于加热状态，所述电解水制氢设备制备的氢气进入所述干燥设备，所述干燥设备给氢气加热，加热后的氢气进入所述第一换热器以对所述电解水制氢系统中的碱液加热。4.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明培，孔祥辉，张云鹤，张敏，王鑫磊，牛凯远，陈浩庭，兰浩，袁博，杨宁，孙磊，
申请(专利权)人：鄂尔多斯市碳中和研究应用有限公司，
类型：发明
国别省市：