本發(fā)明涉及電解水制氫測試，特別是涉及一種電解水制氫系統(tǒng)的性能測試方法。

背景技術：

1、目前在完善的氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展制度政策環(huán)境下，氫能行業(yè)的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新能力得以顯著提高；其中風光發(fā)電電解制氫符合氫能產(chǎn)業(yè)發(fā)展符合減少碳排放、碳中和的發(fā)展目標。

2、隨著可再生能源技術的迅速發(fā)展，利用風光發(fā)電制氫的產(chǎn)業(yè)規(guī)模日漸龐大。在堿性電解槽利用風光發(fā)電所提供的電能制氫的過程中，堿性電解槽對風光發(fā)電波動性的輸出電能的匹配適應性，對堿性電解槽獲得高產(chǎn)氫量并降低能耗至關重要。在各大企業(yè)快速發(fā)展下，行業(yè)內(nèi)不斷推出新型的電解槽，因此如何對電解槽的產(chǎn)品的性能進行有效評估，是行業(yè)內(nèi)重點關注的問題之一。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種電解水制氫系統(tǒng)的性能測試方法，能夠實現(xiàn)對點擊誰制氫系統(tǒng)的性能進行準確可靠的評估，為電解水制氫系統(tǒng)的應用以及研發(fā)提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。

2、為解決上述技術問題，本發(fā)明提供一種電解水制氫系統(tǒng)的性能測試方法，包括：

3、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽壓、額定槽溫和額定電流的額定工況下穩(wěn)定運行不少于24h，以進行第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試，獲得所述電解水制氫系統(tǒng)的初始單位直流能耗；

4、控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流按照預設波動電流變化，進行全年風光波動工況模擬運行；其中，所述預設波動電流為根據(jù)至少一年時間內(nèi)風光發(fā)電的供電功率波動變化確定的；

5、對所述電解水制氫系統(tǒng)進行第二次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試，測得所述電解水制氫系統(tǒng)的最終單位直流能耗；

6、將所述最終單位直流能耗和所述初始單位直流能耗進行對比，獲得所述電解水制氫系統(tǒng)的性能損耗數(shù)據(jù)。

7、在本技術的一種可選地實施例中，確定所述預設波動電流的過程包括：

8、獲取至少一年時間內(nèi)風光發(fā)電的歷史供電功率數(shù)據(jù)；

9、選取每月至少一個設定日期中的至少一個設定時間區(qū)段內(nèi)的多個歷史供電功率數(shù)據(jù)；

10、以每一所述歷史供電功率數(shù)據(jù)占風光發(fā)電裝機容量的百分比，作為對應的預設電流值相對于所述額定電流的百分比，確定每一所述預設電流值；

11、將各所述預設電流值按照對應的所述設定時間區(qū)段的時間先后順序排序，獲得所述預設波動電流。

12、在本技術的一種可選地實施例中，控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流按照預設波動電流變化，進行全年風光波動工況模擬運行，包括：

13、控制所述電解水制氫系統(tǒng)按照負荷電流依次為所述預設波動電流中的各個預設電流值變化運行，且在每個所述預設電流值條件下運行5min~10min，并監(jiān)測所述電解水制氫系統(tǒng)中的氫中氧濃度和氧中氫濃度；其中，所述預設波動電流中的所述預設電流值的數(shù)量為2000個至3000個；所述負荷電流的上升速率不大于理論最大上升速率；

14、當所述氫中氧濃度和所述氧中氫濃度中至少一項超出對應的安全濃度范圍，則控制所述電解水制氫系統(tǒng)在熱待機工況條件下，穩(wěn)定運行至少30min；

15、控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流按照所述預設波動電流中剩余未運行的各個預設電流值變化運行；

16、當所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流按照所述預設波動電流中所有預設電流值依次運行完成時，根據(jù)所述氫中氧濃度和所述氧中氫濃度，繪制全年風光波動工況對應的氫濃度變化曲線和氧濃度變化曲線。

17、在本技術的一種可選地實施例中，獲得所述電解水制氫系統(tǒng)的初始單位直流能耗的過程包括：

18、獲得所述電解水制氫系統(tǒng)在所述額定工況下運行時的產(chǎn)氫量數(shù)據(jù)、運行時長、電解槽輸入電能；

19、根據(jù)單位直流能耗公式運算確定所述初始單位直流能耗；其中，為單位直流能耗，為所述運行時長，為通過流量計在氫氣純化設備輸出端測得的所述產(chǎn)氫量數(shù)據(jù)，為所述電解槽輸入電能。

20、在本技術的一種可選地實施例中，在第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之后第二次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之前，還包括：

21、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽壓、額定槽溫和額定電流的條件下運行至少15min；

22、控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流調整為當前設定電流并在所述當前設定電流的穩(wěn)定狀態(tài)下運行設定時長；

23、控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流減小為0并運行所述設定時長；

24、判斷是否所有設定電流對應的工況均已運行完成；

25、若否，則以下一所述設定電流為新的當前設定電流，并執(zhí)行控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流調整為當前設定電流并在所述當前設定電流的穩(wěn)定狀態(tài)下運行設定時長的操作步驟；

26、若是，則頻繁啟停風光波動工況模擬測試完成。

27、在本技術的一種可選地實施例中，在第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之后第二次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之前，還包括：

28、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽壓、額定槽溫和額定電流的條件下運行至少15min；

29、控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流由所述額定電流增大至所述額定電流的110%，并保持續(xù)穩(wěn)定運行不小于4h，并采集運行數(shù)據(jù)。

30、在本技術的一種可選地實施例中，在第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之后所述全年風光波動工況模擬運行之前，還包括：

31、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽壓、額定槽溫和額定電流的條件下運行至少15min；

32、控制所述電解水制氫系統(tǒng)按照負荷電流在額定電流的30%~110%的范圍內(nèi)逐步遞增或逐步遞減依次變化運行，并記錄運行數(shù)據(jù)；

33、其中，當所述負荷電流小于等于所述額定電流的40%時，控制所述電解水制氫系統(tǒng)在恒定槽溫和所述額定壓力的條件下運行達到穩(wěn)定狀態(tài)，并保持穩(wěn)定狀態(tài)運行不小于3h；

34、當所述負荷電流大于所述額定電流的40%時，控制所述電解水制氫系統(tǒng)在所述額定槽溫和所述額定壓力的條件下，運行達到穩(wěn)定狀態(tài)，并保持穩(wěn)定狀態(tài)運行時長不小于3h；

35、根據(jù)不同所述負荷電流對應的所述運行數(shù)據(jù)，確定不同的所述負荷電流對應的單位直流損耗，確定出對應的單位直流損耗最小的負荷電流作為所述電解水制氫系統(tǒng)的最佳負荷電流。

36、在本技術的一種可選地實施例中，在第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之后所述全年風光波動工況模擬運行之前，還包括：

37、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在負荷電流為所述額定電流的30%或最低負荷電流值的條件下運行至少15min；

38、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽溫和額定壓力條件下，按照負荷電流以設定升負荷速率從所述額定電流的30%或所述最低負荷電流值上升至所述額定電流的110%，保持運行至少15min；并實時監(jiān)測所述電解水制氫系統(tǒng)中的氫中氧濃度和氧中氫濃度是否均未超出對應的安全濃度范圍；

39、若所述電解水制氫系統(tǒng)中的氫中氧濃度和氧中氫濃度均未超出對應的安全濃度范圍，則對所述設定升負荷速率進行增大更新，獲得更新后的設定升負荷速率；

40、重新執(zhí)行控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽溫和額定壓力條件下，按照負荷電流以設定升負荷速率從所述額定電流的30%或所述最低負荷電流值上升至所述額定電流的110%，保持運行至少15min的操作步驟，直到所述電解水制氫系統(tǒng)中的氫中氧濃度和氧中氫濃度中至少一項超出對應的所述安全濃度范圍；

41、以使得所述氫中氧濃度和所述氧中氫濃度均不超出對應的所述安全濃度范圍對應的最大的設定升負荷速率為最大允許升負荷速率。

42、在本技術的一種可選地實施例中，在第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之后所述全年風光波動工況模擬運行之前，還包括：

43、控制所述電解水制氫系統(tǒng)在額定槽壓、額定槽溫和額定電流的條件下運行至少15min；

44、控制所述電解水制氫系統(tǒng)按照負荷電流為當前設置電流運行至穩(wěn)定狀態(tài)，并保持穩(wěn)定狀態(tài)運行設置時長；

45、控制所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流由所述當前設置電流增長至所述額定電流的110%，并采集所述負荷電流從所述當前設置電流增長至所述額定電流的110%的響應時長；

46、判斷是否所有設置電流對應的工況均已運行完成；

47、若否，則以下一所述設置電流為新的當前設置電流，并執(zhí)行控制所述電解水制氫系統(tǒng)按照負荷電流為當前設置電流運行至穩(wěn)定狀態(tài)，并保持穩(wěn)定狀態(tài)運行設置時長的操作步驟；

48、若是，則負荷電流變動工況響應時長測試完成。

49、在本技術的一種可選地實施例中，在第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試之前，還包括：

50、控制所述電解水制氫系統(tǒng)分別在冷待機狀態(tài)下、熱待機狀態(tài)下以及熱備待機狀態(tài)下，將負荷電流從0逐步增大至額定電流，并采集所述電解水制氫系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，以對所述電解水制氫系統(tǒng)分別進行冷啟動測試、熱啟動測試和熱備啟動測試三項啟動性能測試；其中，所述運行數(shù)據(jù)至少包括電解槽溫、電解槽壓、輸入電壓、氫氣產(chǎn)量、電解功率、氫中氧濃度和氧中氫濃度；

51、在每一項所述啟動性能測試中，當所述氫中氧濃度和所述氧中氫濃度均達到對應的合格濃度范圍內(nèi)至少5min時，則所述啟動性能測試運行結束并通過測試；

52、根據(jù)所述運行數(shù)據(jù)，獲得所述電解水制氫系統(tǒng)在每一所述啟動性能測試中，所述電解槽溫首次達到額定溫度的第一運行時長、所述電解槽壓首次達到額定壓力的第二運行時長、所述氫氣產(chǎn)量首次達到設定產(chǎn)氫量的第三運行時長、所述電解槽首次達到所述額定電流的穩(wěn)定狀態(tài)運行下的額定功率的第四運行時長，并獲得電解功率曲線、氫中氧濃度曲線和氧中氫濃度曲線；

53、其中，所述電解水制氫系統(tǒng)在冷待機狀態(tài)下，將負荷電流從0逐步增大至額定電流的過程包括：

54、將所述電解水制氫系統(tǒng)保持電解槽溫不大于30℃，電解槽壓為0.1mpa~0.2mpa，負荷電流為0的冷待機工況至少12h；

55、將所述電解水制氫系統(tǒng)的電解槽入口的電解液溫度調整至不小于30℃的冷啟動溫度，且負荷電流從0逐步增大至額定電流；

56、所述電解水制氫系統(tǒng)在熱待機狀態(tài)下，將負荷電流從0逐步增大至額定電流的過程包括：

57、將所述電解水制氫系統(tǒng)保持電解槽溫在85~90℃范圍，電解槽壓為0.1mpa~0.2mpa，負荷電流為0的熱待機工況至少1h；將所述電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流從0逐步增大至額定電流；

58、所述電解水制氫系統(tǒng)在熱備待機狀態(tài)下，將負荷電流從0逐步增大至額定電流的過程包括：

59、將所述電解水制氫系統(tǒng)的電解槽溫調整至45℃~55℃，并將負荷電流從0逐步增大至額定電流。

60、本發(fā)明所提供的一種電解水制氫系統(tǒng)的性能測試方法，包括控制電解水制氫系統(tǒng)在額定槽壓、額定槽溫和額定電流的額定工況下穩(wěn)定運行不少于24h，以進行第一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試，獲得電解水制氫系統(tǒng)的初始單位直流能耗；控制電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流按照預設波動電流變化，進行全年風光波動工況模擬運行；其中，預設波動電流為根據(jù)至少一年時間內(nèi)風光發(fā)電的供電功率波動變化確定的；對電解水制氫系統(tǒng)進行第二次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試，測得電解水制氫系統(tǒng)的最終單位直流能耗；將最終單位直流能耗和初始單位直流能耗進行對比，獲得電解水制氫系統(tǒng)的性能損耗數(shù)據(jù)。

61、本技術中基于至少一年時間內(nèi)的風光發(fā)電波動輸出供電功率確定出包含一系列預設電流值的預設波動電流，并控制電解水制氫系統(tǒng)的負荷電流按照該預設波動電流波動變化，也即是說本技術中模擬真實的全年風光發(fā)電功率波動變化的情況下為電解水制氫系統(tǒng)提供負荷電流的運行過程，從而能夠更真實模擬風光發(fā)電所提供的波動功率供電對電解水制氫系統(tǒng)的帶來的損耗情況；在此基礎上，在全年風光波動工況模擬運行的前后各進行一次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試，并對比兩次額定工況穩(wěn)態(tài)性能測試所測得的單位直流耗能，即可確定在進行全年風光波動工況模擬運行過程中電解水制氫系統(tǒng)所產(chǎn)生的性能損耗，進而對電解水制氫系統(tǒng)適應風光波動供電適應性能的準確可靠評估，為電解水制氫系統(tǒng)實際投入使用提供可靠的數(shù)據(jù)依據(jù)。