能耗模型的构建方法、装置、电子设备和存储介质与流程

本发明涉及电解水制氢，具体涉及一种能耗模型的构建方法、装置、电子设备和存储介质。

背景技术：

1、“绿氢”是目前减碳脱碳的重要途径，可再生能源制氢就是主攻方向。电解槽是可再生能源大规模制氢的关键装备。在通过电解槽制氢过程中，能耗指标影响着制氢的成本。现有技术中，对电解槽制氢过程中的直流能耗的分析方法都是基于经验模型，并未考虑碱性电解槽内在的机理问题对直流能耗的影响，从而对电解槽制氢过程中，对直流能耗的估算的准确性较低。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明实施方式提供了一种能耗模型的构建方法、装置、电子设备和存储介质，在一定程度上能够提升碱性电解槽在电解水制氢过程中直流能耗估算的准确性。

2、本发明一方面提供了一种能耗模型的构建方法，所述方法包括：基于电解槽的温度、碱液浓度和系统压力，构建表征所述电解槽中可逆电压的第一数值模型；基于电解槽的温度、系统压力、电流密度，构建表征所述电解槽中电极极化过电位的第二数值模型；基于电解槽的温度、碱液浓度、电流密度、电极属性和隔膜属性，构建表征所述电解槽中欧姆过电位的第三数值模型；其中，所述电极属性包括：阴极厚度、阳极厚度、阴极面积、阳极面积；所述隔膜属性包括：隔膜厚度、隔膜曲折率、隔膜孔隙率、隔膜面积、第一距离和第二距离；所述第一距离表征阴极到所述隔膜的距离；所述第二距离表征阳极到所述隔膜的距离；基于所述第一数值模型、所述第二数值模型和所述第三数值模型，构建表征电解槽直流能耗的目标能耗模型。

3、在一个实施方式中，能耗模型的构建方法还包括：基于电解槽的温度、系统压力和电流密度，构建表征电解槽电解水过程中生成的氧气中氢气浓度的氧中氢浓度数值模型。

4、在一个实施方式中，能耗模型的构建方法还包括：获取电解槽在对水进行电解过程的预设参数，以及获取所述电解槽的电极属性和隔膜属性；所述预设参数包括预设温度、预设系统压力、预设碱液浓度和预设电流密度；将所述预设温度、预设系统压力和预设电流密度输入所述氧中氢浓度数值模型，得到电解槽在对水进行电解过程中的氧中氢浓度；在所述氧中氢浓度小于或等于预设阈值的情况下，将所述预设温度、所述预设系统压力、所述预设碱液浓度、所述预设电流密度和所述电解槽的材料属性，输入所述目标能耗模型，得到所述电解槽在电解水过程中的直流能耗。

5、在一个实施方式中，能耗模型的构建方法还包括：在所述氧中氢浓度大于预设阈值的情况下，舍弃所述预设参数。

6、在一个实施方式中，基于电解槽的温度、碱液浓度和系统压力，构建表征所述电解槽中可逆电压的第一数值模型，包括：基于所述电解槽的温度和碱液浓度，生成电解槽中的水蒸气分压；基于所述电解槽的温度生成电解槽的纯水蒸发压力；基于所述水蒸气分压、所述纯水蒸发压力、所述系统压力和所述温度，构建表征所述电解槽中可逆电压的第一数值模型。

7、在一个实施方式中，基于电解槽的温度、系统压力、电流密度，构建表征所述电解槽中电极极化过电位的第二数值模型，包括：基于所述温度、所述系统压力、所述电流密度，生成所述电解槽中的气泡覆盖率；基于所述温度，分别计算所述电解槽的阴极交换系数和阳极交换系数；基于所述系统压力和所述温度，分别计算所述电解槽的阴极交换电流密度和阳极电流交换密度；基于所述气泡覆盖率、所述阴极交换系数和所述阴极交换电流密度，生成表征所述电解槽中电极极化阴极过电位的阴极过电位数值模型；以及，基于所述气泡覆盖率、所述阳极交换系数和所述阳极交换电流密度，生成表征所述电解槽中电极极化阳极过电位的阳极过电位数值模型；将所述阴极过电位数值模型和所述阳极过电位数值模型进行叠加，得到表征所述电解槽中电极极化过电位的第二数值模型。

8、在一个实施方式中，基于电解槽的温度、碱液浓度、电流密度、电极属性和隔膜属性，构建表征所述电解槽中欧姆过电位的第三数值模型，包括：基于所述温度、所述系统压力、所述电流密度，生成所述电解槽中的气泡覆盖率；基于所述温度，分别计算所述电解槽中阴极的电导率和阳极的电导率；以及，基于所述温度和所述碱液浓度，计算所述电解槽中电解液的电导率；基于所述阴极厚度、所述阴极的电导率、和所述阴极面积，生成表征阴极阻抗的阴极阻抗数值模型；以及，基于所述阳极厚度、所述阳极的电导率、和所述阳极面积，生成表征阳极阻抗的阳极阻抗数值模型；基于所述第一距离、所述第二距离、所述阴极面积和所述阳极面积，以及所述电解液的电导率，生成表征电解槽中电解液阻抗的电解液阻抗数值模型；基于所述隔膜厚度、所述隔膜曲折率、所述隔膜孔隙率、所述隔膜面积和所述电解液的电导率，生成表征电解槽中隔膜阻抗的隔膜阻抗数值模型；基于所述电解液阻抗和所述气泡覆盖率，生成表征气泡阻抗的气泡阻抗数值模型；将所述阴极阻抗数值模型、所述阳极阻抗数值模型、所述电解液阻抗数值模型、所述隔膜阻抗数值模型和所述气泡阻抗数值模型进行累加，得到表征所述电解槽中欧姆过电位的第三数值模型。

9、在一个实施方式中，基于所述第一数值模型、所述第二数值模型和所述第三数值模型，构建表征电解槽直流能耗的目标能耗模型，包括：将所述第一数值模型、所述第二数值模型和所述第三数值模型进行叠加，得到表征所述电解槽小室电压的电压数值模型；根据小室电压和电解槽直流能耗之间的关系，将所述电压数据数值模型转换为表征电解槽直流能耗的目标能耗模型。

10、本发明另一方面还提供了一种能耗模型的构建装置，所述能耗模型的构建装置包括：第一数值模型构建单元，用于基于电解槽的温度、碱液浓度和系统压力，构建表征所述电解槽中可逆电压的第一数值模型；第二数值模型构建单元，用于基于电解槽的温度、系统压力、电流密度，构建表征所述电解槽中电极极化过电位的第二数值模型；第三数值模型构建单元，用于基于电解槽的温度、碱液浓度、电流密度、电极属性和隔膜属性，构建表征所述电解槽中欧姆过电位的第三数值模型；其中，所述电极属性包括：阴极厚度、阳极厚度、阴极面积、阳极面积；所述隔膜属性包括：隔膜厚度、隔膜曲折率、隔膜孔隙率、隔膜面积、第一距离和第二距离；所述第一距离表征阴极到所述隔膜的距离；所述第二距离表征阳极到所述隔膜的距离；目标能耗模型构建单元，用于基于所述第一数值模型、所述第二数值模型和所述第三数值模型，构建表征电解槽直流能耗的目标能耗模型。

11、本发明另一方面还提供了一种电子设备，所述电子设备装置包括处理器和存储器，所述存储器用于存储计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，实现上述的能耗模型的构建方法。

12、本发明另一方面还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于存储计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现上述的能耗模型的构建方法。

13、通过建立碱性电解槽的机理模型，基于不同工况条件(温度、电流密度、碱液浓度、系统压力)，构建表征电解槽中可逆电压的第一数值模型和表征所述电解槽中电极极化过电位的第二数值模型，并且基于电解槽中的电极属性和隔膜属性、不同工况条件建立表征电解槽中欧姆过电位的第三数值模型，然后将这三个模型进行叠加得到电解槽的小室电压模型，并基与小室电压和电解槽直流能耗之间的关系，将小室电压模型转换为表征电解槽的电解槽直流能耗的目标能耗模型，从而可以在一定程度上提升碱性电解槽在电解水制氢过程中能耗估算的准确性。