电解制氢控制方法及电解制氢系统与流程

本发明涉及燃料电池系统，尤其涉及电解制氢控制方法及电解制氢系统。

背景技术：

1、氢能属于无污染，储能密度高的清洁能源，是解决化石燃料储备快速减少，能源日渐枯竭问题的重要途径。其中，水电解制氢是获取氢能的主要途径之一，电解水制氢为吸热反应，故系统需配置内部热量供给来维持高温条件。

2、目前，现有技术中供给热量的方式主要包括两类，第一类是利用外部能量作为内部热量供给来源，例如：采用电加热、工业余热等作为内部热量供给来源，第二类是结合外部能量、阳极尾气的余热和阴极尾气的余热作为内部热量供给来源。

3、对于采用第二类供给热量的方式而言，现有技术中的电解制氢系统通常是先利用工业余热等先将阳极输入原料预热至第一温度范围内，将阴极输入原料预热至第二温度范围内，然后再通过电加热器进一步将阳极输入原料加热至预期温度范围，将阴极输入原料加热至预期温度范围，然后再将加热好的阳极输入原料和阴极输入原料分别输送至电解槽的阳极和阴极，以使电解制氢系统能够电解制氢。但在电解制氢的过程中，由于工业余热的热量大小无法准确获知，且工业余热的热量大小存在较高的不确定性，故存在无法快速、高效、准确且稳定的将阳极输入原料预热至第一温度范围内，且将阴极输入原料预热至第二温度范围内的现象，由此会导致电解制氢系统的制氢效率低，严重时则会影响电解槽的工作性能和使用寿命。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供电解制氢控制方法及电解制氢系统，以解决现有技术中的电解制氢系统在采用第二类供给热量的方式时存在的上述问题。

2、为达此目的，本发明采用以下技术方案：

3、电解制氢控制方法，电解制氢系统包括阳极原料供应源、阴极原料供应源、第一阳极换热器、第一阴极换热器、阳极电加热器、阴极电加热器和电解槽，所述阳极原料供应源、所述第一阳极换热器、所述阳极电加热器和所述电解槽的阳极输入端依次连通，所述阴极原料供应源、所述第一阴极换热器、所述阴极电加热器和所述电解槽的阴极输入端依次连通；工业余热能通过所述第一阳极换热器对阳极原料换热加热，且能通过所述第一阴极换热器对阴极原料换热加热；所述电解制氢控制方法包括：

4、获取所述电解槽的阳极最小设定入口温度和阴极最小设定入口温度；

5、依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略；

6、依据所述加热策略控制所述电解制氢系统工作；同步控制所述工业余热依次流经所述第一阳极换热器和所述第一阴极换热器中的一个和另一个；

7、其中，所述加热策略包括：第一加热策略、第二加热策略和第三加热策略；

8、所述第一加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器；

9、所述第二加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器中对应的一个；采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器中对应的另一个；

10、所述第三加热策略为：采用所述工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源；启用所述阳极电加热器和所述阴极电加热器。

11、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略的步骤包括：

12、比较所述第一实时温度和所述阳极最小设定入口温度；比较所述第二实时温度和所述阴极最小设定入口温度；

13、如若所述第一实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度大于等于所述阴极最小设定入口温度，则采用所述第一加热策略；

14、如若所述第一实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度小于所述阴极最小设定入口温度，则采用所述第三加热策略。

15、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，依据所述阳极最小设定入口温度、所述阴极最小设定入口温度、阳极原料由所述第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由所述第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略的步骤还包括：

16、如若所述第一实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度小于所述阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阳极原料的主要热量来源，不启用所述阳极电加热器；将工业余热作为加热阴极原料的辅助热量来源，并启动所述阴极电加热器；

17、如若所述第一实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，且，所述第二实时温度大于等于阴极最小设定入口温度，则将工业余热作为加热阴极原料的主要热量来源，不启用所述阴极电加热器；将工业余热作为加热阳极原料的辅助热量来源，并启动所述阳极电加热器。

18、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，所述电解制氢控制方法还包括：

19、获取阳极原料流至所述电解槽的阳极输入端的第三实时温度；获取阴极原料流至所述电解槽的阴极输入端的第四实时温度；

20、依据所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度确定是否调试所述阳极电加热器的输出功率；

21、依据所述第四实时温度和所述阴极最小设定入口温度确定是否调试所述阴极电加热器的输出功率。

22、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，依据所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度确定是否调试所述阳极电加热器的输出功率的步骤包括：

23、比较所述第三实时温度和所述阳极最小设定入口温度；

24、若所述第三实时温度大于等于所述阳极最小设定入口温度，则不调试所述阳极电加热器的输出功率；

25、若所述第三实时温度小于所述阳极最小设定入口温度，则控制调试所述阳极电加热器的输出功率。

26、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，控制调试所述阳极电加热器的输出功率的步骤包括：

27、依据第一表格或第一曲线实时调试所述阳极电加热器的输出功率；

28、其中，所述第一表格为由第三实时温度和阳极电加热器的输出功率形成的表格；所述第一曲线为由第三实时温度和阳极电加热器的输出功率形成的曲线。

29、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，所述电解制氢系统还包括设置在所述阳极原料供应源和所述第一阳极换热器之间的第二阳极换热器，所述电解槽的阳极输出端与所述第二阳极换热器的换热入口连通，所述第二阳极换热器用于对阳极原料换热加热；所述电解制氢系统还包括设置在所述阴极原料供应源和所述第一阴极换热器之间的第二阴极换热器，所述电解槽的阴极输出端与所述第二阴极换热器的换热入口连通，所述第二阴极换热器用于对阴极原料换热加热。

30、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，所述电解制氢系统还包括设置于所述第一阴极换热器和所述阴极电加热器之间的管路上的混合器；所述电解制氢系统还包括阴极输出回收组件，所述阴极输出回收组件用于回收所述电解槽的阴极输出端输出的气体中的氢气至氢气瓶和/或混合器，所述氢气瓶还能与所述混合器连通；所述电解制氢控制方法还包括：

31、判断所述电解制氢系统是否处于低功率运行状态；其中，所述低功率运行状态至少包括启动状态和停机状态；

32、若所述电解制氢系统处于所述低功率运行状态，则控制所述阴极输出回收组件回收所述电解槽的阴极输出端输出的气体中的氢气至所述氢气瓶；同步控制所述氢气瓶与所述混合器连通，向所述混合器输送氢气；

33、若所述电解制氢系统处于正常功率运行状态，则控制所述阴极输出回收组件回收所述电解槽的阴极输出端输出的气体中的氢气，将一部分氢气输送至所述混合器，剩余部分氢气回收至所述氢气瓶，并控制所述氢气瓶与所述混合器断开。

34、作为上述电解制氢控制方法的一种优选方案，同步控制所述氢气瓶与所述混合器连通，向所述混合器输送氢气的同时，还包括以下步骤：

35、获取理论总水流量；

36、获取阴极蒸汽实际利用率；

37、依据所述阴极蒸汽实际利用率、所述理论总水流量和设定水氢比计算得到需求氢气流量；

38、依据所述需求氢气流量控制所述氢气瓶向所述混合器输送氢气。

39、电解制氢系统，包括所述阳极原料供应源、所述阴极原料供应源、所述第一阳极换热器、所述第一阴极换热器、所述阳极电加热器、所述阴极电加热器和所述电解槽；用于实施上述的电解制氢控制方法。

40、本发明的有益效果：

41、本发明提供了电解制氢控制方法及电解制氢系统。其中，该电解制氢控制方法在工业余热的热量大小无法准确获知的前提下，依据阳极最小设定入口温度、阴极最小设定入口温度、阳极原料由第一阳极换热器流出时的第一实时温度，以及阴极原料由第一阴极换热器流出时的第二实时温度确定加热策略，可以理解的是，当第一实时温度和/或第二实时温度发生变化时，确定出的加热策略也会发生变化；再依据确定出的加热策略控制电解制氢系统工作，并控制工业余热依次流经第一阳极换热器和第一阴极换热器中的一个和另一个。使得能够依据第一实时温度和第二实时温度实时调整电解制氢系统的加热策略。从而能够快速、高效、准确且稳定的将阳极原料加热至预期温度，且将阴极原料加热至预期温度，能够在保证加热效果和加热效率的基础上有效避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能有效避免由于阳极原料和/或阴极原料无法快速高效的被加热至预期温度所导致的影响电解槽的工作性能和使用寿命的现象。

42、具体地，依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热足够快速高效的加热阳极原料和阴极原料时采用第一加热策略，不启用阳极电加热器和阴极电加热器，能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，保证了电解制氢系统的制氢效率，且能够避免影响电解槽的工作性能和使用寿命；依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热不足够加热阳极原料和阴极原料时分为两种状况，如若工业余热足够加热阳极原料和阴极原料中的一个时，则将工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的一个的主要热量来源，不启用阳极电加热器和阴极电加热器中对应的一个，采用工业余热作为加热阳极原料和阴极原料中的另一个的辅助热量来源，并启用阳极电加热器和阴极电加热器中对应的另一个，也能够在保证加热效果和加热效率的基础上避免电加热造成的能耗，也能够保证电解制氢系统的制氢效率，也能够避免影响电解槽的工作性能和使用寿命；依据第一实时温度和第二实时温度确定出工业余热不足够加热阳极原料，且不足够加热阴极原料时，则将工业余热作为加热阳极原料和阴极原料的辅助热量来源，启用阳极电加热器和阴极电加热器，以保证加热效果和加热效率，也能够避免影响电解槽的工作性能和使用寿命。