PEM电解制氢技术问题及现状分析

对国内外质子交换膜(Proton exchange membrane,简称PEM)电解制氢市场、技术进行了全面的分析,同时对PEM电解槽、制氢系统及可再生能源制氢存在的技术问题进行了探讨,提出了解决措施。分析表明,国外PEM制氢系统无论市场还是技术都处于领先地位,其中电解槽电流密度和寿命,以及制氢系统腐蚀防护技术、系统内部纯水净化控制技术、系统噪音控制技术和安全控制技术都优于国内产品。膜电极的氢气渗透率、催化剂的负载种类和形式,气体扩散层的材料替代、加工制造技术和耐久性的改性优化,以及双极板的厚度、板材替代、制造工艺和表面涂层沉积工艺等是PEM电解槽主要研究方向和突破点。如何解决可再生能源电源质量波动对电解制氢系统的不利影响是未来的发展方向。

面向PEM电解制氢的虚拟同步控制技术研究

配有储氢环节的电解水制氢系统能够对功率进行调整,促进可再生能源大规模消纳,是一种理想的调节资源。在电解电源的控制中,引入虚拟同步机控制技术,以暂时改变电解制氢功率为代价,为大量新能源与清洁能源接入电网带来的转动惯量不足、频率稳定性较差等问题提供一种新的解决思路。本文以质子交换膜(proton exchange membrane,PEM)电解制氢系统为例,提出了一种虚拟同步电动机(virtual synchronous motor,VSM)的控制策略。首先,通过引入直流电流控制环节实现电解槽功率的自主调整,减小了负荷波动期间的电网频率变化量;其次,考虑到电解槽电流调节存在速率限制,分析了对频率调整过渡过程的影响。最后,基于MATLAB/Simulink搭建微电网仿真系统,实验结果表明,相较于传统的双闭环控制,基于VSM控制的PEM电解制氢系统在电网负荷变动期间能够自主调节制氢系统的功率,电网频率变化量减少了64.71%。