电制氢装置的电解池气压水位控制方法、系统及电子设备与流程

本发明涉及电制氢设备建模控制，尤其涉及一种电制氢装置的电解池气压水位控制方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、可再生能源的利用是实现碳达峰和碳中和愿景的重要路径。发展清洁和可再生的绿色能源是能源发展的一项重要内容，目前氢能被普遍视为最理想的未来能源。

2、在现有的制氢工艺路线中，保证整个工艺流程的脱碳非常重要。绿电制氢不仅意味着能够彻底实现零碳排放，而且随着可再生能源发电的大规模开发和工业化，制氢成本也会下降。电制氢设备的研究和应用会在能源发展中占到重要的位置。

3、电制氢尤其适用于绿氢系统中的pem(proton exchange membrane)电制氢装置，也即应用质子交换膜电解水技术的电制氢装置，而该技术的应用仍处于起步阶段，制氢装置和系统面临复杂工况条件，多因素均可能影响装置的运行状态。现有技术中，研究主要集中在电制氢装置的建模和控制，而对于包含电解池物理环境的建模和控制还处在空白状态，进而导致暂时没有模拟控制方式确定如何较为合理的调整电解池物理环境，来控制电制氢装置的运行状态，并提升制氢量。

技术实现思路

1、发明目的：本发明提供一种电制氢装置的电解池气压水位控制方法、系统及电子设备，旨在解决现有技术中没有模拟控制方式确定如何较为合理的调整电解池物理环境，来控制电制氢装置的运行状态，并提升制氢量。

2、技术方案：本发明提供一种电制氢装置的电解池气压水位控制方法，包括：建立包括质子交换膜、阳极通道和阴极通道的电解池模型，在阳极通道上设置有阳极状态参数传感器，在阳极通道的入口处设置阳极控制器，在阴极通道上设置有阴极状态参数传感器，在阴极通道的入口处设置阴极控制器；所述质子交换膜设置于阳极通道和阴极通道之间；在电解池模型中，在阳极通道和阴极通道中模拟水电解，从阳极通道和阴极通道的出口输出的气液混合物经过气液分离器，分别回流至阳极通道和阴极通道的入口；通过阳极状态参数传感器和阴极状态参数传感器，获取阳极通道和阴极通道的气压和水位；在阳极控制器的输入端设置阳极水位控制值和阳极气压控制值，在阴极控制器的输入端设置阴极水位控制值和阴极气压控制值，阳极控制器基于控制值对阳极通道的出口进行输出液体量和输出气体量的控制，阴极控制器基于控制值对阴极通道的出口进行输出液体量和输出气体量的控制。

3、具体的，采用simulink仿真建模软件，建立电解池模型。

4、具体的，在阳极通道的出口设置有氧气水分离器，阳极通道出口输出的氧气和水的混合物经过氧气水分离器的分离，回流至阳极通道的入口；在阴极通道的出口设置有氢气水分离器，阴极通道出口输出的氢气和水的混合物经过氢气水分离器的分离，回流至阴极通道的入口。

5、具体的，阳极通道和阴极通道的入口分别包括气体入口和液体入口，氧气水分离器分离得到的氧气和水分别回流至阳极通道的气体入口和液体入口，氢气水分离器分离得到的氢气和水分别回流至阴极通道的气体入口和液体入口。

6、具体的，阳极通道和阴极通道的入口还分别包括控制输入端口，阳极水位控制值和阳极气压控制值通过阳极通道的控制输入端口进行输入，阴极水位控制值和阴极气压控制值通过阴极通道的控制输入端口进行输入。

7、具体的，阳极通道的出口设置有阀门，阀门与控制输入端口连接，阀门基于接收的阳极水位控制值和阳极气压控制值进行阀门开度控制。

8、具体的，阴极通道的出口设置有阀门，阀门与控制输入端口连接，阀门基于接收的阴极水位控制值和阴极气压控制值进行阀门开度控制。

9、具体的，通过阳极状态参数传感器，分别获取阳极通道在气体入口处的气压和在液体入口处的水位；通过阴极状态参数传感器，分别获取阴极通道在气体入口处的气压和在液体入口处的水位。

10、本发明还提供一种电制氢装置的电解池气压水位控制系统，包括：建模单元、模拟单元、参数获取单元和控制单元，其中：所述建模单元，用于建立包括阳极通道和阴极通道的电解池模型，在阳极通道上设置有阳极状态参数传感器，在阳极通道的入口处设置阳极控制器，在阴极通道上设置有阴极状态参数传感器，在阴极通道的入口处设置阴极控制器；所述模拟单元，用于在电解池模型中，在阳极通道和阴极通道中模拟水电解，从阳极通道和阴极通道的出口输出的气液混合物经过气液分离器，分别回流至阳极通道和阴极通道的入口；所述参数获取单元，用于通过阳极状态参数传感器和阴极状态参数传感器，获取阳极通道和阴极通道的气压和水位；所述控制单元，用于在阳极控制器的输入端设置阳极水位控制值和阳极气压控制值，在阴极控制器的输入端设置阴极水位控制值和阴极气压控制值，阳极控制器基于控制值对阳极通道的出口进行输出液体量和输出气体量的控制，阴极控制器基于控制值对阴极通道的出口进行输出液体量和输出气体量的控制。

11、本发明还提供一种电子设备，包括存储器以及处理器，在所述存储器中存储有可被所述处理器执行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，执行本发明提供的任一项电制氢装置的电解池气压水位控制方法。

12、有益效果：与现有技术相比，本发明具有如下显著优点：通过建立应用质子交换膜的电解池模型，模拟电解池模型的物理环境，通过获取电解池模型在模拟运行过程中的状态参数并予以控制调整，来确定较为合理的调整电解池物理环境的方式，控制电制氢装置的运行状态，并提升制氢量。

技术特征：

1.一种电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述建立包括阳极通道和阴极通道的电解池模型，包括：

3.根据权利要求2所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述从阳极通道和阴极通道的出口输出的气液混合物经过气液分离器，分别回流至阳极通道和阴极通道的入口，包括：

4.根据权利要求3所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述从阳极通道和阴极通道的出口输出的气液混合物经过气液分离器，分别回流至阳极通道和阴极通道的入口，包括：

5.根据权利要求4所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述在阳极控制器的输入端设置阳极水位控制值和阳极气压控制值，在阴极控制器的输入端设置阴极水位控制值和阴极气压控制值，包括

6.根据权利要求5所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述阳极控制器基于控制值对阳极通道的出口进行输出液体量和输出气体量的控制，包括：

7.根据权利要求5所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述阴极控制器基于控制值对阴极通道的出口进行输出液体量和输出气体量的控制，包括：

8.根据权利要求5所述的电制氢装置的电解池气压水位控制方法，其特征在于，所述通过阳极状态参数传感器和阴极状态参数传感器，获取阳极通道和阴极通道的气压和水位，包括：

9.一种电制氢装置的电解池气压水位控制系统，其特征在于，包括：建模单元、模拟单元、参数获取单元和控制单元，其中：

10.一种电子设备，其特征在于，包括存储器以及处理器，在所述存储器中存储有可被所述处理器执行的计算机程序，当所述计算机程序被所述处理器执行时，执行上述权利要求1至8中任一项所述的方法。

技术总结
本发明公开了一种电制氢装置的电解池气压水位控制方法、系统及电子设备，所述方法包括：建立包括质子交换膜、阳极通道和阴极通道的电解池模型；在阳极通道和阴极通道中模拟水电解，从阳极通道和阴极通道的出口输出的气液混合物经过气液分离器，分别回流至阳极通道和阴极通道的入口；在阳极控制器的输入端设置阳极水位控制值和阳极气压控制值，在阴极控制器的输入端设置阴极水位控制值和阴极气压控制值，基于控制值对输出液体量和输出气体量进行控制。采用上述技术方案，通过获取电解池模型在模拟运行过程中的状态参数并予以控制调整，来确定较为合理的调整电解池物理环境的方式，控制电制氢装置的运行状态，并提升制氢量。

技术研发人员：陈永华,王丙文,韩永禄,李蔚,李渊,陈卉
受保护的技术使用者：国电南瑞科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24