一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置与流程

本发明实施例涉及温度控制，尤其涉及一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置。

背景技术：

1、为了保证电解槽运行性能和寿命，电解槽空气和燃气进出口均由温度上下限要求，若温度过高，引起电解槽里的催化剂失活，造成电解槽衰减，若温度过低，电解槽达不到最佳运行状态。

技术实现思路

1、本发明实施例提供一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置，解决了现有技术无法精准快速的对制氢系统中电解槽的进出口温度进行控制的技术问题。

2、本发明实施例提供了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法，所述方法包括：

3、获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，所述加热温度参数包括所述电加热器入口处的第一实际温度值以及所述电加热器入口处的气体流量值，所述电解槽温度参数包括所述电解槽入口处的第一目标温度值、所述电解槽入口处的第二实际温度值、所述电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

4、利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值；

5、利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值；

6、基于所述功率前馈值以及所述功率反馈值对所述电加热器的功率进行调节，直至所述电解槽入口处的第二实际温度值与所述第一目标温度值一致；

7、基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值。

8、进一步地，所述电加热器包括水侧电加热器以及空气侧电加热器；

9、获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数包括：

10、获取所述水侧电加热器入口处的第一实际温度值、所述水侧电加热器入口处的气体流量值；

11、获取所述空气侧电加热器入口处的第一实际温度值、所述空气侧电加热器入口处的气体流量值；

12、获取所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值、所述电解槽阴极入口处的第二实际温度值；

13、获取所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值、所述电解槽阳极入口处的第二实际温度值；

14、获取所述电解槽阴极出口处的第三实际温度值、所述电解槽阴极出口处的安全温度阈值；

15、获取所述电解槽阳极出口处的第三实际温度值、所述电解槽阳极出口处的安全温度阈值。

16、进一步地，利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值包括：

17、利用所述水侧电加热器的第一实际温度值、所述水侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率前馈值，其中，所述水侧电加热器的气体流量值包括循环泵回流的第一氢气流量、氢气mfc控制的第二氢气流量、进入所述水侧电加热器的水蒸气流量；

18、利用所述空气侧电加热器的第一实际温度值、所述空气侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率前馈值。

19、进一步地，利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值包括：

20、利用所述电解槽阴极入口处的第二实际温度值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率反馈值；

21、利用所述电解槽阳极入口处的第二实际温度值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率反馈值。

22、进一步地，基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值包括：

23、基于所述电解槽阴极出口处的第三实际温度值以及所述电解槽阴极出口处的安全温度阈值确定第一温度差值；

24、基于所述电解槽阳极出口处的第三实际温度值以及所述电解槽阳极出口处的安全温度阈值确定第二温度差值；

25、判断所述第一温度差值、所述第二温度差值是否大于0；

26、若所述第一温度差值大于0，则基于所述第一温度差值对进入所述水侧电加热器的水流量或所述水侧电加热器的功率进行调节；

27、若所述第二温度差值大于0，则基于所述第二温度差值对进入所述空气侧电加热器的空气流量或所述空气侧电加热器的功率进行调节。

28、进一步地，在调节进入所述水侧电加热器的水流量或所述水侧电加热器的功率时，若所述电解槽阴极入口处的所述第二实际温度值低于所述电解槽阴极入口处的温度下限值，则提高所述电解槽的电解功率；

29、在调节进入所述空气侧电加热器的空气流量或所述空气侧电加热器的功率时，若所述电解槽阳极入口处的所述第二实际温度值低于所述电解槽阳极入口处的温度下限值，则提高所述电解槽的电解功率。

30、进一步地，利用所述水侧电加热器的第一实际温度值、所述水侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值确定所述水侧电加热器的功率前馈值包括：

31、基于q1=（cp1×（dm1+dm2）+cp2×dm3）×（t2-t1）确定所述水侧电加热器的功率前馈值，其中，q1为所述水侧电加热器的功率前馈值，cp1为水蒸气比热容，cp2为氢气比热容，dm1为循环泵回流的第一氢气流量，dm2为氢气mfc控制的第二氢气流量、dm3为进入所述水侧电加热器的水蒸气流量，t1为所述水侧电加热器的第一实际温度值，t2为所述电解槽阴极入口处的第一目标温度值。

32、进一步地，利用所述空气侧电加热器的第一实际温度值、所述空气侧电加热器的气体流量值以及所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值确定所述空气侧电加热器的功率前馈值包括：

33、基于q2=cp3×dm4×（t4-t3）确定所述空气侧电加热器的功率前馈值，其中，q2为所述空气侧电加热器的功率前馈值，cp3为空气比热容，dm4为进入所述空气侧电加热器的空气流量，t3为所述空气侧电加热器的第一实际温度值，t4为所述电解槽阳极入口处的第一目标温度值。

34、本发明实施例还提供了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，所述装置包括：

35、参数获取单元，用于获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数，其中，所述加热温度参数包括所述电加热器入口处的第一实际温度值以及所述电加热器入口处的气体流量值，所述电解槽温度参数包括所述电解槽入口处的第一目标温度值、所述电解槽入口处的第二实际温度值、所述电解槽出口处的第三实际温度值以及安全温度阈值；

36、前馈控制确定单元，用于利用所述第一实际温度值、所述气体流量值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率前馈值；

37、反馈控制确定单元，用于利用所述第二实际温度值以及所述第一目标温度值确定所述电加热器的功率反馈值；

38、入口温度调节单元，用于基于所述功率前馈值以及所述功率反馈值对所述电加热器的功率进行调节，直至所述电解槽入口处的第二实际温度值与所述第一目标温度值一致；

39、出口温度调节单元，用于基于所述第三实际温度值以及所述安全温度阈值对所述电解槽出口处的温度进行调节，直至所述第三实际温度值符合所述安全温度阈值。

40、本发明实施例还提供了一种电解水制氢系统，所述电解水制氢系统包括上述任意实施例所述的电解水制氢系统的电解槽温度控制装置，还包括空气预热器、空气侧电加热器、水预热器、混合器、水侧电加热器以及电解槽；

41、所述空气预热器、所述空气侧电加热器、所述电解槽的阳极顺次连接并形成回路；所述水预热器、所述混合器、所述水侧电加热器以及所述电解槽的阴极顺次连接并形成回路。

42、本发明实施例公开了一种电解水制氢系统的电解槽温度控制方法和装置，方法包括获取当前电解水制氢系统中，电加热器的加热温度参数以及电解槽的电解槽温度参数；利用第一实际温度值、气体流量值以及第一目标温度值确定电加热器的功率前馈值；利用第二实际温度值以及第一目标温度值确定电加热器的功率反馈值；基于功率前馈值以及功率反馈值对电加热器的功率进行调节，直至电解槽入口处的第二实际温度值与第一目标温度值一致；基于第三实际温度值以及安全温度阈值对电解槽出口处的温度进行调节，直至第三实际温度值符合安全温度阈值。本技术通过采用前馈与反馈相结合的调节方式，根据温度与热量变化关系分别计算出空气侧和水侧电加热器功率前馈值，结合pid（proportional- integral- derivative，比例-积分-微分）反馈控制对电解槽阴阳极入口温度调节，同时利用安全温度阈值对电解槽阴阳极出口温度进行调节，解决了现有技术无法精准快速的对制氢系统中电解槽的进出口温度进行控制的技术问题，实现了快速准确的对电解槽阴阳极的进出口温度进行调节的技术效果。