[0108] 其中，HTO为制氢系统的阳极侧(氧侧)气液分离器出口气体‑氧气中所混杂氢气的含量，单位为％，a为常数，优选地，a＝20％，N为电解槽的小室数，U为电解槽的小室电压，I为电解槽的小室电流。
[0109] 具体地：
[0110] HTO＝f2(pmin,Qmin,T,I)；
[0111] 其中，f2代表氧气中混杂氢气的含量(HTO)与压力、碱液流量、温度、电流的关系，有多个理论和经验公式可用。
[0112] 可选地，f2的一种形式如下：
[0113]
[0114] 其中，参数a1～a5由电解制氢系统的结构和电解液、气体理化特性决定。
[0115] 具体地：
[0116] a1＝DSAN/d；
[0117] a2＝S/4；
[0118]
[0119] a4＝Vs,anVl,aSO2Vg,a/R；
[0120]
[0121] 其中：D为氢气通过电解制氢系统隔膜的有效扩散系数，S为氢气在碱液中的溶解度，d为电解制氢系统隔膜厚度，A为电解制氢小室的有效面积，N为电解制氢系统的小室数，K为电解制氢系统隔膜的渗透系数，ζ为电解液的动力粘度，F为法拉第常数，Vs,an为电解制氢系统阳极侧液体总体积，R为理想气体常数，Vg,a为氧侧(阳极侧)气液分离器液面上方的容器体积与分离器气体出口管道到气体阀门之间体积之和，Vl,a为氧侧(阳极侧)气液分离器内液体体积，S02为氧气在碱液中的溶解度。
[0122] 在电解制氢系统工作过程中，制氢系统的氢侧液体体积为Vc、制氢系统的氧侧液体体积为Va、制氢系统的氢侧气体体积为Vg,c、制氢系统的氧侧气体体积为Vg,a。制氢系统的氢侧气体体积为氢侧(阴极侧)气液分离器液面上方的容器体积与分离器气体出口管道到气体阀门之间体积之和，制氢系统的氧侧气体体积为氧侧(阳极侧)气液分离器液面上方的容器体积与分离器气体出口管道到气体阀门之间体积之和。
[0123] 在本公开的一些实施例中，电解制氢功率下限时的工作电流i由电解制氢运行过程的具体需求决定。可选地，可按照集群电解制氢的功率下限要求，除以集群电解制氢系统的台套数决定。例如：制氢系统处于功率下限时，工作电流满足如下条件：
[0124] I＝(5‑20％)Ie；
[0125] 其中，Ie为制氢系统的额定电流。
[0126] 在本公开的一些实施例中，动态控制的制氢系统的功率上限满足如下条件：
[0127] Pmax＝k2×Pe；
[0128] 其中，Pe为电解制氢系统额定功率，k2为功率上限参数，1≤k2≤3。进一步地，制氢系统的功率上限的功率上限满足如下条件：
[0129] Pmax＝N×Um×Im；
[0130] 其中，N为电解槽的小室数，Um为在正常工作温度下电极催化层材料的工作最大允许电压，Im为功率上限时电解槽的小室电流。
[0131] 具体地，功率上限时电解槽的小室电压满足如下条件：
[0132] Um＝f3(Im)；
[0133] 其中，f3为电解制氢电解槽工作曲线，由电解槽制造商给出或实验获得。具体地，f3代表在电解槽允许的工作范围内小室电压和电流的关系。
[0134] f3的示例性经验公式形式为：
[0135]
[0136] 其中，Urev为电化学反应可逆电压，r1、r2、d1、d2、s、t1、t2、t3均为通过实验数据拟合得到的参数。
[0137] 制氢系统的功率上下限为制氢系统在正常工作温度范围内能够在该上下限范围内稳定工作一定时间t的功率取值范围。优选的，t≥1h。制氢系统的功率为电解制氢系统的直流工作功率，电解制氢系统的直流工作功率满足如下公式：P＝U*I，其中U为电解制氢系统的电解槽总电压，I为电解槽总电流。
[0138] 制氢系统的结构特点满足以下要求，使得在所要求的功率上下限范围内，系统功率变动速度的上限值可达到预设要求。
[0139] 具体地，对任意在Pmin和Pmax之间的功率值P，当电解制氢系统在此功率下工作时，电解制氢系统功率变化速度的最大值vP，max满足以下要求：
[0140] vP，max≥vm
[0141] vm为预设功率速度，根据电解制氢系统调节的需求确定(如参与调峰、调频；配合下游用氢量波动要求；配合上游可再生能源发电波动要求等)。对于碱性电解制氢系统，典型取值为：vm＝1～5％/s。
[0142] 为了满足电解制氢系统的功率变动要求，对任意在Pmin和Pmax之间的功率值P0及对应的工作参数压力p0，液体流量Q0,气体流量q0，在发生从P0到P(在P0和Pmax之间的任意功率值)的功率变动时，电解制氢系统的结构参数(气体阀门开度及流量范围、碱液泵流量范围和控制响应延时、系统氢侧液体体积Vc、系统氧侧液体体积Va、系统氢侧气体体积Vg,c、系统氧侧气体体积Vg,a)的组合能够使变动时的工作参数设定值p、Q、q满足液位变化和气体纯度变化要求：
[0143] 在本公开的一些实施例中，制氢系统的功率变化过程中液位差变化为：
[0144] △Lv＝f5(vP,max,P,p)≤△Lvmax；
[0145] 其中，△Lvmax为功率变化过程中液位差变化允许的最大值，即制氢系统液位差最大值减去制氢系统功率变化初始时刻的液位差初值。具体地，f5代表功率变化过程中，氢气分离器与氧气分离器中液位差变化与功率变化最大速度、功率变化终值(幅度)、功率变化发生时刻压力设定值之间的关系。可由实验或经验公式获得。
[0146] 示例性地，f5的一种形式为：
[0147] △Lv＝(kRT×vP,max×(△t1)2+Vg,a(p‑p0))(1/Vg,a‑2/Vg,c)/ρg；
[0148] △t1＝(P‑P0)/vP,max；
[0149] 其中，k＝N/4UF，N是电解制氢系统的小室数，F是法拉第常数，U是小室电压，此处由于U变化范围较低，取为常数，U＝1.6‑2.0V。R是理想气体常数，T为气体温度，vP，max为电解制氢系统功率变化速度的最大值，Vg,a为制氢系统氧侧气体体积，Vg,c为制氢系统氢侧气体体积，p为功率值P对应的压力值，p0为功率值P0对应的压力值，ρ是电解液密度，g是重力加速度，P0与P均为Pmin和Pmax之间的功率值。
[0150] 在本公开的一些实施例中，制氢系统的功率变化过程中的气体纯度变化为：
[0151] △w＝f6(vP,max,P,p,Q,τp))≤△wmax；
[0152] 其中，△wmax为功率变化过程中氧气中氢气的纯度变化允许的最大值，即制氢系统的氧气中氢气的纯度变化最大允许值减去制氢系统的功率变化初始时刻的氧气中氢气的初始值。f6代表功率变化过程中，气体纯度(氧中氢)变化与功率变化最大速度、功率变化终值(幅度)、功率变化发生时刻压力设定值、碱液流量设定值、碱液泵延时之间的关系。可由实验或经验公式获得。
[0153] 在本公开的一些实施例中，
[0154] △w＝max{f(P1,p1,Q1),f(P2,p2,Q2),f(P3,p3,Q3)}；
[0155] f的形式如下：
[0156]
[0157] 其中：
[0158] P1＝P0+vP,max×τp；
[0159] 在电解水制氢系统对应的电压电流曲线上获得电压、电流乘积等于P1的对应点，得到电流，将电流值代入f进行计算；
[0160] p1＝kRT×vP,max(τp)2/2Vg,a+p0；
[0161] Q1＝Q；
[0162] P2＝P；
[0163] p2＝kRT×vP,max(△t21)2/2Vg,a+p0；
[0164] Q2＝Q；
[0165] P3＝P；
[0166] p3＝p；
[0167] Q3＝Q；
[0168] 其中，△t21＝(P‑P0)/vP,max，p1是τp时刻对应的的压力，P1是τp时刻对应的的功率，Q1是τp时刻对应的流量，p2是△t21时刻对应的的压力，P2是△t21时刻对应的功率，Q1是△t21时刻对应的流量，p3是系统压力达到设定值时对应的压力，P3是系统压力达到设定值时对应的功率，Q3是系统压力达到设定值时对应流量，从τp时刻起碱液流量达到Q，并保持不变。
[0169] 电解水制氢系统根据所要求的功率调节深度和调节速度配置气液处理框架、换热器、气体阀门、碱液泵，实现在深度调节过程中的氢、氧侧液位差平衡；维持气体纯度、电压、温度在安全范围内。有利于电解制氢系统适应波动性可再生能源，实现绿氢生产。
[0170] 在电解水系统所能达到的功率调节深度范围内，通过对电解制氢系统的运行参数调控，实现不同的功率调节速度、深度，有利于电解制氢参与电网调峰、调频等服务，提高收益，同时为过程安全性提供保障。
[0171] 以上电解制氢系统的结构特点能够使其满足在[Pmin,Pmax]之间正常工作，在以上范围内功率变动时变动速度不低于vm的要求。在以上电解制氢系统运行过程中，针对在电解制氢系统可达到的功率范围和功率变动速度范围内的一定的功率及变动速度需求，系统可通过对压力、碱液流量、冷却介质流量等参数的设置实现系统操作成本最低。
[0172] 操作成本的计算方法为：由动态调节对电解制氢设备造成的额外冲击、在动态过程中维持正常工作范围所需的公用工程调节成本加合获得。也就是，操作成本＝额外冲击+公用工程调节成本。
[0173] 动态调节对电解制氢设备造成的额外冲击包括气体纯度变差造成的后处理成本、安全风险、液位差增加造成的安全风险成本，具体由液位调节时间累积量、纯度调节时间累积量乘以一定系数决定。在动态过程中维持正常工作范围所需的公用工程调节成本包括压力调节、流量调节的动力消耗。
[0174] 在本公开的一些实施例中，制氢系统的动态调节的额外冲击为：
[0175] C＝c1×△w+c2×△Lv+c3×△Q+c4×△QW+c5×△v；
[0176] 其中，c1为考虑了气体后处理、气体混杂安全风险的系数，△w为气体纯度变化；c2为考虑了液位差增加安全风险的系数，△Lv为液位差变化；△Q为碱液流量变化，△QW为冷却介质流量变化，c3、c4为相应的成本系数，△v为气体阀门开度变化量，c5为考虑阀门动作成本的系数。
[0177] 根据系统可操作范围实现对电解制氢系统是否参与调峰、调频等服务的预判；通过评价动态过程成本，按照成本最低原则确定过程参数，实现操作成本最低。
[0178] 可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本公开的原理而采用的示例性实施方式，然而本公开并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本公开的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本公开的保护范围。
