風電、光伏等可再生能源的隨機性和波動性給電網的穩定性和安全性帶來了巨大的挑戰。大規模可再生能源耦合電解制氫不僅可有效提升可再生能源發電系統的能源利用效率，而且還可有效解決綠色氫能產業“氫從哪里來”的難題，具有重大戰略意義，已成為諸多國家的能源戰略。

電解槽作為一種電氣轉換設備，是可再生能源電解水制氫技術的關鍵裝備，當其用于平抑可再生能源波動時，需對可再生能源的不穩定功率輸出具有很強的適應性。堿性電解槽是當前唯一滿足大規模工程應用的電解水制氫設備，具有技術成熟、成本低等優勢。

堿性電解槽作為一種特殊的用電設備，有其特殊性。堿性電解槽特性及工作約束可歸納如下：

1）起停特性

電解槽開始起動時，由于電解槽的溫度不高，達不到產生氫氣的溫度條件，此時消耗的功率都用來產生熱量以此提升電解槽的溫度；當電解槽的功率不斷提升至可以產生氫氣，此時的功率為電解槽的保溫功率。所以堿性電解槽第一次起動時需要耗時較長，同時電解槽停機時，可以將功率瞬時降至零，作為一種可中斷負荷。

2）保溫特性

當電解槽陣列退出運行時，環控裝置發揮作用，電解槽可以在一定的時間T內保持溫度不發生變化。此特性保證了電解槽在一定時間范圍的停機時間后能有立刻投入使用的能力。

3）調節特性

電解槽從高溫、大功率點往低溫、小功率點可實現功率大范圍ms級時間的快速調節，從低溫、小功率點往高溫、大功率點調節則需經過min級的時間。

4）氫氣安全運行功率

在電解槽處于低功率運行時，由于電解槽內部材料的特性，電解槽的運行功率不能低于某一限值，否則存在氫、氧互串發生超過爆炸極限的風險，其限值一般為電解槽額定功率的20%~25%。

同時由于電解槽裝置為電氣轉換設備，其反應具有一定的緩沖時間，所以實際中電解槽可以短時間運行于氫氣安全功率限值以下，其時長根據電解槽的容量大小為幾分鐘不等。

5）調節范圍（過載特性）

電解槽在工作時，其功率可以短時超過額定功率，達到額定功率的110%~ 130%，利用此特性可以降低電解槽的配置容量。

當前，堿性電解槽單體的制造水平尚處于幾百千瓦到兆瓦級，大規模制氫工程應用中一般需要多個單體電解槽并聯，形成電解槽陣列。當前，國內外學者主要從裝置制造與集成應用控制策略兩個方面對堿性電解水制氫系統性能提升開展了深入的研究。

改進堿性電解水制氫裝備的制造技術是一個長期的攻關過程，短期難于實現質的突破，而控制策略是貫穿始終的。先進的能量管理與控制策略對提升堿性電解系統的等效服役壽命、功率調節特性已被證明具有可行性，值得研究。

本文摘編自2021年第3期《電工技術學報》，論文標題為“計及電熱特性的離網型風電制氫堿性電解槽陣列優化控制策略”，作者為沈小軍、聶聰穎 等。