近年来，风电在我国得到了迅猛发展，但与此一起，越来越多的困难正困扰着风力发电企业和电网公司，归纳起来可归结为两点：1）不均匀的风力资源散布特征形成若干大型风电场集合于某些区域，会集的很多风电都需求电网向外运送，使得原有运送电网通道不堪重负，大部分风电场上网电量遭到限制，形成严峻的弃风现象。在加速推动电网运送才能建造的一起，积极探索风电结合其他动力转化运用技能以进步风电场动力运用功率亦具有重要意义；2）跟着风电规划的逐步增大，风电的随机性和动摇性特征正在给电网安全性带来越来越大的应战。怎么运用经济高效的储能技能优化风电质量已成为了全球动力范畴一项具有应战性的课题

  氢气作为一种新式动力遭到人们的遍及重视。许多专家以为，未来除了电以外，起重要效果的一种二次动力载体将是氢气[4]。氢气具有许多长处，对环境无污染，被誉为清洁的“新动力”。整体来说，氢能具有来历多样性、洁净环保、可存储和可再生等特色，一起满意资源、环境可持续发展的要求，是极具潜力的动力载体[5]。

  电解水制氢体系可以将剩余的电能转化为氢气储存起来，以备需求时作为燃料运用或经过燃料电池从头转化为电能进行运用。若能处理电解制氢体系与风电的匹配问题，将为日后大规划风电制氢推广应用堆集多方面的根底数据和经历，具有重要意义。

  将1对电极刺进水中，通以电流，氢离子逐步向阴极移动，在阴极上获得电子被还原为H2。Na+或K+离子在电解液的浓度下，其分出电位要比氢分出电位负得多，因而阴极上H+先放电，分出氢；OH–逐步移向阳极，阳极失掉电子而被氧化为O2（见图1）。

  纯水是极弱的电解质，H+及OH–离子浓度很少，在25 ℃时，[H+]=1×10–7M；[OH–]=1×10–7M。所以纯水几乎不导电。所以在水电解时有必要参加其他的强电解质，以增强导电才能。此刻：

  风能作为一种可再生动力，不确定性要素极多，1台风机一天内的功率输出动摇规模非常大，因而就要求制氢体系的功率耐受规模尽量到达20%～100%，然后可以尽可能多的运用风能。制氢体系功率动摇会对制氢设备发生必定影响，影响主要有2个方面：一是大幅动摇对配备的寿数影响；二是对产品气体纯度暨体系安全性的影响。本课题主要从安全性视点动身进行评论。

  由图1可见，电解制氢体系作业过程中，阴极和阳极之间设置具有隔气透水功用的隔阂布，在确保阴阳极之间电解液交流的一起还能确保将绝大部分氢气和氧气彼此阻隔，避免彼此混合。

  因为仍有少数的氢气和氧气渗透过隔阂，因而在水电解制氢设备中设有氧中氢纯度剖析仪和氢中氧剖析仪，鉴于氢气在氧气中的爆破极限为4%～95%[7]，其监测规模为0%～2%，当超出设定规模时，制氢体系将会主动维护停机。依据水电解制氢设备自身特性及氢气渗透性强的特色，氢中氧纯度遍及优于氧中氢纯度，因而行业界运用氧中氢纯度作为衡量电解体系安全性最重要的目标。本试验运用KZDQ-20/3.2系列水电解制氢设备，该体系氧中氢纯度出厂目标要求为：≤1.5%[8]；该体系在额外作业状况下，氧中氢纯度稳定在1.05%左右（见图2）。

  1）在不改动其他工艺参数前提下，将制氢体系功率调理至额外功率的75%，并对产品氧气的氧中氢含量进行监控（见图3）。

  氧中氢纯度在1 h内，随功率下降下降了约0.35个百分点，在随后的4 h内趋于稳定。

  2）在不改动其他工艺参数前提下，将制氢体系功率调理至额外功率的50%，并对产品氧气的氧中氢含量进行监控（见图4）。

  结合上述2次测验成果：宽功率动摇直接试验过程中，跟着制氢体系功率下降，产品氧气中的氢气含量持续上升，在较低功率条件下不可以确保制氢体系运转的安全性，需求经过调整其他工艺参数，合作功率下降，来确保制氢体系安全运转。

  1）在不改动其他工艺参数前提下满负荷运转制氢体系，将制氢体系作业温度在额外温度规模内调理，并对产品氧气的氧中氢含量进行监控（见图5）。

  2）将制氢体系负荷下降至额外功率的75%，在不改动其他工艺参数前提下，将制氢体系作业温度在额外规模内调理，并对产品氧气的氧中氢含量进行监控（见图6）。

  结合2组试验成果：氧中氢纯度随作业温度的上升虽略有上升，可是升温10 ℃对氢中氧纯度的影响在0.02%以下，可以判别作业温度不是影响纯度的主要原因。

  水电解制氢体系中的电解液，需求不断在氢/氧分离器及电解槽之间进行循环，起到向电解槽中弥补电解液、带出产品气体、冷却电解槽等效果。

  KZDQ-20/3.2型水电解制氢设备额外电解液循环量为1.8 m3/h[8]，在不改动其他工艺参数前提下，将制氢体系功率及电解液循环量别离一起调理至额外值的75%和50%，并对产品氧气的氧中氢含量进行监控（见图7和图8）。

  可见，在将电解液循环量与体系功率同比调理下，氧中氢纯度可以稳定在1%左右。较2.1节试验中氧中氢纯度有明显进步，而且与水电解制氢体系满负荷运转时产品氧气的目标适当。

  依据2.3节发现的规则进行扩展试验，经过调理电源输入给定功率值来模仿风力发电机输出功率随风速巨细发生变化时的工况，以此进行宽规模内动摇试验，功率最低时降至20%额外功率运转，具体功率动摇试验数据如表1所示。

  由表1可见，在涵盖了20%～100%负荷下的宽功率动摇条件下运转水电解制氢体系，依据功率动摇状况同步调整电解液循环量，产品氧气中的氢气含量一直稳定在1.04%～1.10%之间，可以满意水电解制氢体系的出厂目标。有效地处理宽功率动摇条件对产品气纯度的影响，满意了宽功率动摇条件下对制氢体系安全运转的要求。

  本文结合风电特性对负载侧的要求，对水电解制氢体系的宽功率动摇适应性展开了相关试验，经过改动作业温度、电解液循环量等参数进行了比照试验，找到了杂乱功率动摇工况下确保水电解制氢体系安全平稳运转的技能途径。为水电解制氢设备工艺的进一步改善及主动化程度的进一步进步供给了有力支撑，为微电网风电耦合制氢及氢能综合运用供给了理论依据和根底数据。