一种多段式水电解制氢电解槽及调节其负载的方法与流程

本发明涉及水电解制氢，具体涉及一种多段式水电解制氢电解槽及调节其负载的方法。本发明特别适用于由风电场和光伏电场供电的水电解制氢电解槽。在发电厂发电功率不稳时，实现有效变化水电解制氢电解槽负载功率，以适应发电厂发电功率变化，并使电解槽保持高温和热启动状态，进而使小室组停机后，再次启动响应时间缩短。

背景技术：

1、水电解制氢技术制取绿氢，对实现双碳目标有重要意义，对提高风电场和光伏电场资源利用率、电网调峰等方面具有重要作用。风电场和光伏电场发电功率不稳定，在发电功率下降时候，水电解制氢电解槽制氢效率受到较大影响，严重时会导致停机和设备损坏。针对风电场和光伏电场供电的电解制氢电解槽存在的生产效率失稳问题，急需一种可以适应风电场和光伏电场发电功率不稳的负载功率可变的水电解制氢电解槽设备。

2、目前常用的解决风电场和光伏电场发电功率不稳造成水电解制氢电解槽生产效率失稳问题的办法包括关停系统内电解槽和电源调节负载法。

3、关停系统内电解槽法，在发电功率降低时，关闭水电解制氢电解槽来降低负载功率；在发电功率恢复时，重启水电解制氢电解槽来恢复负载功率。该方法存在的问题是：1、会减少电解槽的工作数量和工作时间，对设备冲击较大；2、电解槽在较低温度下的启动时间远远大于在高温下的启动时间，电解槽关闭后，电解槽温度会降低，再次启动耗时较长。

4、电源调节负载法利用电解系统内部电源调整水电解制氢电解槽的电流强度来调节负载功率。该方法存在的问题是：电解槽存在制氢最佳负载功率范围，但传统电解槽仅有一块连接电源正极的中极板，只能对整个电解槽进行电流调节，导致调节电流时整个电解槽无法在制氢最佳负载功率下工作，此种办法不利于维持水电解制氢电解槽生产效率和能量转换率的稳定。

5、因此，急需一种可实现不关停制氢系统内电解槽、再次启动响应时间短、电解槽负载功率调节时，槽体部分区域可处于最佳负载功率制氢的负载可变的水电解制氢电解槽。

6、为了解决以上问题，提出本发明。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：针对现有技术的不足，提供一种可实现不关停制氢系统内电解槽、再次启动响应时间短、电解槽负载功率调节时，槽体部分区域可处于最佳负载功率制氢的负载可变的水电解制氢电解槽，用以解决风电场和光伏电场发电功率不稳造成的水电解制氢电解槽生产效率失稳问题。本发明多段式水电解制氢电解槽每块中阳极板对应连接电解系统内独立电源正极，通过调节流经中阳极板的电流、电压，调节其临近左右小室组的功率和开停，实现电解槽功率的变化；所有小室组共享一套电解液循环系统，使所有小室组始终保持高温和热启动状态。

2、为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

3、本发明第一方面提供一种多段式水电解制氢电解槽，其包括位于两端的左端极板5和右端极板9，以及位于两者之间的至少一个中阳极板7和至少一个中阴极板8，所述中阳极板7和所述中阴极板8将电解室分为多个电解小室组24。

4、优选地，所述左端极板5和所述右端极板9分别焊接有端输电板6，所述端输电板6连接电解系统内独立电源负极；

5、每个所述中阴极板8均焊接有中负输电板17，所述中阴极板8通过所述中负输电板17连接电解系统内独立电源负极；每个所述中阳极板7均焊接有中正输电板18，所述中阳极板7通过所述中正输电板18对应连接电解系统内独立电源正极。

6、由于每个所述中阳极板7均焊接有中正输电板18，所述中阳极板7通过所述中正输电板18对应连接电解系统内独立电源正极，通过调节流经某个所述中阳极板7的电流、电压，调节与该中阳极板7临近的左右两个电解小室组24的负载功率和开停机，实现电解槽负载功率的变化。

7、优选地，其还包括左端压板4和右端压板10，所述左端压板4位于所述左端极板5远离电解室的一侧，所述右端压板10位于所述右端极板9远离电解室的一侧。

8、优选地，其还包括拉杆1、螺母2和碟簧组3，所述左端压板4和所述右端压板10通过所述拉杆1将所述左端极板5、所述中阳极板7、所述中阴极板8、所述右端极板9以及多个所述电解小室组24组装压紧连接。

9、优选地，所述拉杆1上有螺母2和碟簧组3，且所述碟簧组3位于所述螺母2和所述左端压板4之间，以及所述螺母2和所述右端压板10之间，通过所述碟簧组3向所述左端压板4、所述右端压板10施加轴向预紧力。

10、优选地，多个所述电解小室组24共用一套包括氢侧碱液出口19、氧侧碱液出口20、氧侧碱液入口21、氢侧碱液入口22的碱液循环系统，使多个电解小室组24内碱液处于高温和热启动状态，进而即便部分电解小室组24停机后，整体碱液温度并不会降低，所以再次启动响应时间缩短。

11、优选地，所述中阳极板7正反面的所述小室流道23开在所述氧侧碱液出口20、所述氧侧碱液入口21上，提供碱液进出所述电解小室组24的通道。

12、优选地，所述中阴极板8正反面的所述小室流道23开在所述氢侧碱液出口19、所述氢侧碱液入口22上，提供碱液进出所述电解小室组24的通道。

13、本发明第二方面提供一种本发明第一方面所述的多段式水电解制氢电解槽调节负载的方法，每个所述中阳极板7均焊接有中正输电板18，所述中阳极板7通过所述中正输电板18对应连接电解系统内独立电源正极，通过调节流经某个所述中阳极板7的电流、电压，调节与该中阳极板7临近的左右两个电解小室组24的负载功率和开停机，实现电解槽负载功率的变化。

14、具体的调节方法为：当为电解系统供电的外部发电站发电功率降低时，分别降低流经每块中阳极板7的电流、电压，使与每块中阳极板7临近的左右小室组的负载功率降低；通过电解系统内独立电源控制流经对应的中阳极板7的电流、电压的降低幅度进行独立控制，进而对与每块中阳极板7临近的左右小室组的负载功率降低幅度、开停机进行独立控制，以适应外部发电站发电功率降低幅度；当为电解系统供电的外部发电站发电功率恢复正常时，通过电解系统内独立电源控制流经对应的中阳极板7的电流、电压恢复至正常，进而使与每块中阳极板7临近的左右小室组的负载功率恢复到正常。

15、相对于现有技术，本发明具有以下有益效果：

16、1、本发明左端极板5和右端极板9之间具有多个中阳极板7和多个中阴极板8，所述中阳极板7和所述中阴极板8将电解室分为多个电解小室组24。通过控制流经中阳极板7的电流、电压大小对电解小室组24的负载功率和开停机进行分组控制，从而实现所述多段式水电解制氢电解槽负载功率的变化，并实现部分小室组的负载功率变化的情况下，其余小室组的以最佳负载功率进行制氢生产。

17、2、本发明多个电解小室组24共用一套由氢侧碱液出口19、氧侧碱液出口20、氧侧碱液入口21、氢侧碱液入口22组成的碱液循环系统，使多个电解小室组24内碱液处于高温和热启动状态，进而即便部分电解小室组24停机后，整体碱液温度并不会降低，所以再次启动响应时间缩短。

技术特征：

1.一种多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，其包括位于两端的左端极板(5)和右端极板(9)，以及位于两者之间的至少一个中阳极板(7)和至少一个中阴极板(8)，所述中阳极板(7)和所述中阴极板(8)将电解室分为多个电解小室组(24)。

2.根据权利要求1所述的多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，所述左端极板(5)和所述右端极板(9)分别焊接有端输电板(6)，所述端输电板(6)连接电解系统内独立电源负极。

3.根据权利要求1所述的多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，每个所述中阴极板(8)均焊接有中负输电板(17)，所述中阴极板(8)通过所述中负输电板(17)连接电解系统内独立电源负极；每个所述中阳极板(7)均焊接有中正输电板(18)，所述中阳极板(7)通过所述中正输电板(18)对应连接电解系统内独立电源正极。

4.根据权利要求1所述的多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，其还包括左端压板(4)和右端压板(10)，所述左端压板(4)位于所述左端极板(5)远离电解室的一侧，所述右端压板(10)位于所述右端极板(9)远离电解室的一侧。

5.根据权利要求1所述的多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，其还包括拉杆(1)、螺母(2)和碟簧组(3)，所述左端压板(4)和所述右端压板(10)通过所述拉杆(1)将所述左端极板(5)、所述中阳极板(7)、所述中阴极板(8)、所述右端极板(9)以及多个所述电解小室组(24)组装压紧连接。

6.根据权利要求5所述的多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，所述拉杆(1)上有螺母(2)和碟簧组(3)，且所述碟簧组(3)位于所述螺母(2)和所述左端压板(4)之间，以及所述螺母(2)和所述右端压板(10)之间，通过所述碟簧组(3)向所述左端压板(4)、所述右端压板(10)施加轴向预紧力。

7.根据权利要求1所述的多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，多个所述电解小室组(24)共用一套包括氢侧碱液出口(19)、氧侧碱液出口(20)、氧侧碱液入口(21)、氢侧碱液入口(22)的碱液循环系统。

8.根据权利要求7所述多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，所述中阳极板(7)正反面的小室流道(23)开在所述氧侧碱液出口(20)、所述氧侧碱液入口(21)上，提供碱液进出所述电解小室组(24)的通道。

9.根据权利要求7所述多段式水电解制氢电解槽，其特征在于，所述中阴极板(8)正反面的小室流道(23)开在所述氢侧碱液出口(19)、所述氢侧碱液入口(22)上，提供碱液进出所述电解小室组(24)的通道。

10.一种权利要求1-9任一项所述的多段式水电解制氢电解槽调节负载的方法，其特征在于，通过调节流经某个所述中阳极板(7)的电流、电压，调节与该中阳极板(7)临近的左右两个电解小室组(24)的负载功率和开停机，实现电解槽负载功率的变化。

技术总结
本发明公开一种多段式水电解制氢电解槽及调节其负载的方法，多段式水电解制氢电解槽包括位于两端的左端极板(5)和右端极板(9)，以及位于两者之间的至少一个中阳极板(7)和至少一个中阴极板(8)，所述中阳极板(7)和所述中阴极板(8)将电解室分为多个电解小室组(24)。本发明通过控制流经中阳极板(7)的电流、电压大小对电解小室组(24)的负载功率和开停机进行分组控制，从而实现所述多段式水电解制氢电解槽负载功率的变化，并实现部分小室组的负载功率变化的情况下，其余小室组的以最佳负载功率进行制氢生产。

技术研发人员：邝允,但昭旺,辛慧军,龙成坤,董聚平
受保护的技术使用者：深圳氢致能源有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/19