[发明专利]一种碱性电解水制氢设备及其控制方法

说明书

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种碱性电解水制氢设备及其控制方法，该碱性电解水制氢设备包括：电解槽，适于电解电解液；气液分离装置，与电解槽的出口连接；热量控制装置，包括可选择性启动的冷却系统和太阳能光热系统，冷却系统与气液分离装置和太阳能光热系统均连接，以将电解液冷却至预设温度，太阳能光热系统与电解槽的入口均连接，以将电解液加热至预设温度。本发明可使电解液始终维持在电解槽反应所需的预设温度，确保电解槽高效率运行、提高电解效率，并且在电解槽冷启动时，可利用太阳能光热系统对电解液加热使其达到预设温度后再将电解液输入电解槽直接电解，使电解槽可快速响应达到额定功率，缩短启动时间。

技术领域

本发明涉及电解水制氢技术领域，具体涉及一种碱性电解水制氢设备及其控制方法。

背景技术

电解水制氢设备主要以碱性电解水制氢技术和质子交换膜电解水制氢技术为主，其中碱性电解水制氢技术更成熟价格低廉市场占有率更高，此外，随着可再生能源的广泛应用，以风电和光伏等可再生能源为电源的大容量碱性电解水制氢装置未来成为主要发展方向。

碱性电解制氢电解过程会产生热量，电解液循环回电解槽的环节会通过冷却设备将电解液降温至一定范围，来保证电解制氢设备正常运行。电解槽停机电解液降温至环境温度再次开启时，低温区间内电导率低电解液电阻较大，为了保护电解槽小室不被击穿，需先通入小电流使电解液温度逐渐升高直至逐渐增加至额定电流，待电解液温度达到50℃以上，电流才逐渐工作在电解反应上，待电解槽温度达到70℃以上才能达到电解反应的额定功率，从启动到额定功率运行此过程一般需2-3小时，导致电解槽冷启动速度慢、启动能耗高。

同时，可再生能源存在间歇性、波动性和随机性等特点，可再生能源制氢场景下相匹配的大容量制氢装置实际运行时需要根据电源情况经常性启停或变负荷，停止运行的碱性电解水制氢装置会根据启动间隔时间的长短处于热启动或冷启动状态，热启动状态可以在分钟级别达到满负荷运行状态，而电解槽冷启动需要长时间升温达到满负荷运行状态，难以匹配可再生能源频繁启动和间隙波动的特性。

为缩短电解槽的启动时间，一般会需要外部提供热量加热电解液以使电解液保持或尽快处于合适的电解温度。现有技术主要采用热回收利用技术，该技术回收电解反应产生的热量不稳定，热量回收技术回收电解过程产生的热量无法满足电解槽高效快速响应或额定进液温度，而且热循环利用操作复杂；同时还有一部分增加快速电加热技术，直接对电解槽电加热，该方式会增加能耗，降低效益；同时电解槽频繁冷启动温度变化会降低电解槽密封材料寿命。

发明内容

因此，本发明将碱性电解水制氢设备与太阳能光热系统相结合，利用太阳能光热系统储存的热量加热电解水以克服现有技术中的电解水制氢设备与可再生能源耦合时启动时间长、负荷跟随慢、使用寿命缩短的缺陷，从而提供一种启动快速、效率高、节能的碱性电解水制氢设备及其控制方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种碱性电解水制氢设备，包括：电解槽，适于电解电解液；气液分离装置，与所述电解槽的出口连接；热量控制装置，包括可选择性启动的冷却系统和太阳能光热系统，所述冷却系统与所述气液分离装置和所述太阳能光热系统均连接，以将电解液冷却至预设温度，所述太阳能光热系统与所述电解槽的入口均连接，以将电解液加热至所述预设温度。

可选的，所述冷却系统包括：第一换热器，所述第一换热器的液体入口与所述气液分离装置连接，所述第一换热器的液体出口与所述太阳能光热系统连接；循环冷却管路，包括冷却介质流入管路和冷却介质流出管路，所述冷却介质流入管路与所述第一换热器的介质入口连接，所述冷却介质流出管路和所述第一换热器的介质出口连接；冷却塔，与所述冷却介质流入管路和所述冷却介质流出管路均连接。

可选的，所述冷却介质流入管路上设有第一流量调节阀。