上半部分已发表，见：Nel：碱性水电解系统在加氢站内运行数据分析(上）
4.启停通入N2
在电解槽操作周期的开始和结束时，必须用氮气净化系统，以确保电解系统的所有部分都安全地去除所有氢气。在这个净化过程中，N2不会进入电解槽，而只进入分离器和洗涤器。在此过程中，电解槽的电压和电流几乎为零。在6个循环中，系统的压力先增加至2.03bar，后降低至0.59bar，以确保所有元件在启动时是安全的。
图6 启动时N2净化过程中碱液的温度
图6显示了在启动净化操作期间，氢室中碱液的温度。在N2扫过程中，碱液的温度从环境温度20°C上升至约43°C。当碱液泵开始循环碱液时，较热的碱液被转移到热电偶附近，温度升高。用N2吹扫大约需要30min，碱液大约有200L。
经过N2净化后，电解槽就可以正常工作了。在此阶段，选择6bar作为工作压力设定点。在操作开始时，系统压力必须增加，因此操作人员不能非常迅速地增加负载（电流减小，产气量少）。图7为冷启动过程中电解槽的设定点和实际电流情况。设定点电流增加时在13.23s，而实际电流在47.25s时才开始发生变化。然后在大约300ms内迅速增加到200A，然后以较慢的速度0.508A/s增加。碱液在负荷状态下的上升缓慢是因为系统在运行之初并不是处于高压下，而需要一段时间才能使压力上升到6bar。因此，该系统不能以足够快的速度去除电解槽内的气体，因而抑制了其电流快速升高。一旦压力达到较高数值，电解槽的反应则会加快。
图7 冷启动时设定点与实际电流变化。
5 待机模式
图8显示了待机模式时电解槽的设定电流和实际电流差异。在设定值和电解槽的实际电流之间有20ms的延迟，实际电流变为0时也需大约30ms。因此，从427A的初始电解槽电流到待机模式总共需要大约50ms。由于电解槽的热隔离，即使在系统处于待机模式42min后，碱液温度也没有明显下降，仍然保持在45.5°C左右。在待机模式下运行时，阀门会有一些泄漏，因此在这个运行阶段，压力会缓慢下降，如果压力下降到2bar以下，系统最终将进入关机模式。从压降斜率可以看出，当初始压力为15bar时，系统压力下降到2ba大约需要24h，因此电解槽有能力在待机状态下保持一天而不出现任何问题。
图8 待机模式下设定点与实际电流变化。
6.电流阶跃变化
图9为阶跃变化实验中电解槽的电压和电流变化。由于双层电容的影响，波形总是由于电流信号的变化而略有延迟。该运行阶段的系统压力保持在12bar，气体杂质也在可接受范围内，低于1.8%。图10为当设定点从100A增加到500A时电解槽的实际电流情况。在设定值和电解槽的实际电流之间有20ms的延迟。在单次跃迁过程中，电解槽的负载变化率约为264kW/s。随着图10中设定点电流的增大，由于整流器的特性，实际值与设定点电流之间的差值增大。
图9 阶跃变化时，电解槽内电压、电流变化。
图10 电流100A增至500A时设定值与实际数值差异。
7 可再生能源耦合情况
电解槽的最小电流限制设置为80A，如果可用的可再生电源电力低于此值，则电解槽切换到待机模式。由于风力和太阳能的持续功率不够高，电解槽在此期间多次进入待机模式。约900s后，由于在极低电流密度下重复叠加操作，氢气泄漏较为严重，导致电解槽在1160s进入完全关闭模式。通过重新设置警报，操作人员能够使系统恢复运行，但不久之后，由于氢气泄漏，电解槽再次进入关闭模式。图11为可再生能源和电解槽负载变化情况，显然，产生的可再生能源和发电机组消耗的电力之间总是存在一些差异。这种差异出现的原因主要是来自于：BOP消耗、PLC计算误差、如前讨论的设定值与实际值差异等。图12为阴阳极腔室气体杂质情况，很明显，氧中渗氢更易发生。4%是爆炸极限，该系统将安全值设定为1.8%，高于该值，系统进入待机模式。由实验可知，电解槽设点的最小电流限制为80 A是非常低的，因此应将该限制提高到较高的值。建议限制值提至200A，以避免由于不可接受的气体杂质而导致系统停机。
在此条件下最小功率P为200*16.4=3.28kw，可得电解槽最小负载为P%=（3.28+1）/24=17.8%。（如果一个系统是由多个槽集成，重点关注负载最小的槽）。
图11 可再生能源与电解槽负载变化
图12 在可再生能源工况下气体杂质变化
8.总结
电解槽在保持其压力在工作范围内的情况下，可以在待机状态下保持约一天，从而保持其快速改变负载的能力。在白天的可变负载条件下测试，电解槽的性能没有下降，这些特点使它们适合于使用可再生能源。电解槽在较低的电流密度下具有较高的能量效率，然而在极低的电流密度下，输出气体的杂质增加，而且系统的整体能量效率可能会下降。加压电解槽的响应速度比常压电解槽的响应速度快得多，因此更适合风力发电的间歇运行条件。
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原文始发于微信公众号（氢能漫谈）：Nel：碱性水电解系统在加氢站内运行数据分析(下）
