计及效率寿命的多堆电解制氢系统运行优化

作     者：梁丹曦 宗正 宋洁 徐桂芝 郜捷 张永生 

作者机构：华北电力大学能源动力与机械工程学院 国网智能电网研究院有限公司先进输电技术国家重点实验室 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：081702[工学-化学工艺] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 

基　　金：国家电网有限公司总部管理科技资助项目(5400-202336580A-3-2-ZN) 

主　　题：可再生能源 多堆电解制氢 功率分配 运行优化 寿命 

摘      要：氢能是能源未来能源体系的重要组成部分，但目前制取仍以化石能源制取的蓝/灰氢为主，低碳化、绿色化形势严峻。通过可再生能源（如太阳能、风能等）电解制氢，是制取绿氢的重要手段，也是实现可再生能源电力规模化消纳、支撑新型电力系统电力供需动态平衡的重要技术。而新能源电力具有强随机、波动性特征，现有多堆电解制氢系统运行效率、寿命难以保障。本文分析了质子交换膜电解制氢的性能特性，总结出电解制氢效率特性及过载、低载、启停等运行约束。其次，基于电制氢特性模型，提出计及效率、寿命的多堆电解制氢运行优化策略，设计电解制氢四阶段优化运行模型，并提出结合基于健康状态（state of health，SOH）的改进轮值策略。案例分析表明，本文所提策略下多堆电解制氢系统56%运行时间可运行于稳定工况，与其它策略相比衰减降低了30.6%～39.8%，可见通过四阶段分段逐步链式分配运行，可有效降低启停、过载、波动运行时间，缓解匹配新能源运行过程中面临的运行衰减；通过基于最大效率点的功率调度，本文在效率上相对其它方案提升了2.9%～9.2%，综合经济性提升了50～95万元；本文所提策略下各电解堆间运行差异稳定在额定电压0.1%内，基于SOH的改进轮值策略有效提升了各电解堆间运行均一性。所提优化运行策略改善了匹配新能源运行过程中多堆电解制氢系统的效率与寿命，对多堆电解制氢系统的实际运行具有指导意义。