GB/T 46104-2025 电解水制氢系统功率波动适应性测试方法

　　ICS 27. 010 CCS F 19

　　中 华 人 民 共 和 国 国 家 标 准

　　GB/T 46104—2025

　　电解水制氢系统功率波动适应性测试方法

　　Power fluctuation adaptabilitytesting methodsofwaterelectrolysissystem for

　　hydrogen production

　　2025-08-29发布 2025-12-01实施

　　国家市场监督管理总局国家标准化管理委员会

　　

　　发

　　

　　布

　　GB/T 46104—2025

　　目 次

　　前言 Ⅲ

　　1 范围 1

　　2 规范性引用文件 1

　　3 术语 、定义和符号 1

　　3. 1 术语和定义 1

　　3. 2 符号 3

　　4 测试条件 6

　　4. 1 测试边界 6

　　4. 2 测试条件 7

　　5 试剂 7

　　6 测试准备 7

　　6. 1 资料检查 7

　　6. 2 系统状态检查 7

　　6. 3 数据采集计划 7

　　6. 4 时间同步性 7

　　7 测量仪器 7

　　7. 1 一般要求 7

　　7. 2 测量仪器与安装位置 8

　　7. 3 测试仪器精度 10

　　8 测试项目与测试指标 11

　　9 测试方法 12

　　9. 1 启动测试 12

　　9. 2 额定工况稳态性能测试 15

　　9. 3 多工况稳态性能测试 22

　　9. 4 变功率动态性能测试 24

　　9. 5 停机测试 25

　　10 测试报告 26

　　附录 A (资料性) 热中性电压 27

　　参考文献 29

　　Ⅰ

　　GB/T 46104—2025

　　前 言

　　本文件按照 GB/T 1. 1—2020《标准化工作导则 第 1部分 :标准化文件的结构和起草规则》的规定起草 。

　　请注意本文件的某些内容可能涉及专利 。本文件的发布机构不承担识别专利的责任 。

　　本文件由全国氢能标准化技术委员会(SAC/TC309)提出并归 口 。

　　本文件起草单位 : 同济大学 、中国标准化研究院 、清华四川能源互联网研究院 、西安隆基氢能科技有限公司 、天津市大陆制氢设备有限公司 、中船(邯郸)派瑞氢能科技有限公司 、中国石化集团新星石油有限责任公司 、国网浙江省电力有限公司电力科学研究院 、国家电投集团科学技术研究院有限公司 、中国电力科学研究院有限公司 、浙江昊臻氢能源有限公司 、中国科学院大连化学物理研究所 、广东电网有限责任公司广州供电局 、北京电力设备总厂有限公司 、国能氢创科技(北京)有限责任公司 、清华大学 、浙江大学 。

　　本文件主要起草人 : 张存满 、李汶颖 、杨燕梅 、许卫 、马军 、修凯 、金黎明 、刘敏 、刘伟 、栾和新 、吕洪 、俞红梅 、万燕鸣 、徐桂芝 、林今 、周鲁立 、潘军 、陈艳 、高书 、李瑞霞 、焦乐 、宋洁 、刘赟 、李航 、高丹慧 、李洋 、王杰鹏 、马俊波 、张嘉航 。

　　Ⅲ

　　GB/T 46104—2025

　　电解水制氢系统功率波动适应性测试方法

　　警示:本文件不涉及所有可能的安全问题 ,使用者有责任采取适当的安全、健康和保护措施 ,并保证符合国家有关法律法规规定的条件。

　　1 范围

　　本文件规定了电解水制氢系统功率波动适应性测试的测试条件 、试剂 、测试准备 、测量仪器 、测试项目与测试指标 、测试方法和测试报告 。

　　本文件适用于产氢量 5 m3/h及以上的碱性电解水制氢系统和质子交换膜电解水制氢系统功率波动适应性测试 。 阴离子交换膜电解水制氢系统的功率波动适应性测试参照执行 。

　　注 : 除特别说明外 ,本文件中的标准状态为温度 0 ℃ ,压力 101. 325 kPa(绝对压力) ,本文件中的气体体积均为标准状态下的体积 。

　　2 规范性引用文件

　　下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款 。其中 , 注 日期的引用文件 ,仅该日期对应的版本适用于本文件 ;不注日期的引用文件 ,其最新版本(包括所有的修改单) 适用于本文件 。

　　GB/T 19774 水电解制氢系统技术要求

　　GB/T 24499 氢气 、氢能与氢能系统术语

　　GB/T 37562—2019 压力型水电解制氢系统技术条件

　　3 术语、定义和符号

　　3. 1 术语和定义

　　GB/T 19774、GB/T 24499、GB/T 37562—2019界定的以及下列术语和定义适用于本文件 。 3. 1. 1

　　功率波动适应性 power fluctuation adaptability

　　电解水制氢系统在制造商允许的最大功率和最小功率范围内 ,对由于输入功率变化引起的稳态 、动态(加载/减载)性能变化的适应能力 。

　　3. 1.2

　　额定工况 rated operating condition

　　电解水制氢系统在制造商规定的额定压力 、额定温度和额定电流下的运行状态 。

　　3. 1.3

　　冷待机状态 cold steady state

　　电解水制氢系统的电源转换单元 、电解槽 、气液分离系统等主工艺设备在没有任何电能输入下的状态 。

　　注 : 电解液温度与环境温度一致 ,仪表 、阀门 、泵处于 通 电 状 态 ,控 制 和 安 全 相 关 辅 助 设 施 处 于 运 行 状 态 ,制 氢 系 统已完成启动前的准备工作 。启动前的准备工作包括置换 、吹扫 、补水 、碱液/纯水循环 、仪表预热等 。

　　1

　　GB/T 46104—2025

　　3. 1.4

　　热待机状态 hotsteady state

　　电解水制氢系统的电解槽温度在制造商给定的工作温度范围内 , 电解槽输入电流为零且可随时输入电流再次启动的状态 。

　　3. 1.5

　　冷启动 cold start

　　电解水制氢系统从冷待机状态直接通电的启动 。

　　3. 1.6

　　热启动 hotstart

　　电解水制氢系统从热待机状态直接通电的启动 。

　　3. 1.7

　　冷启动时间 cold starttime

　　电解水制氢系统从冷待机状态达到某一指定状态的时间 。

　　注 : 根据测试需要 ,本文件给出了冷启动至额定电流时 间 、冷 启 动 至 额 定 工 况 时 间 、冷 启 动 至 气 体 纯 度 合 格 时 间 的指标定义和测试方法 。

　　3. 1. 8

　　热启动时间 hotstarttime

　　电解水制氢系统从热待机状态达到某一指定状态的时间 。

　　注 : 根据测试需要 ,本文件给出了热启动至额定电流时 间 、热 启 动 至 额 定 工 况 时 间 、热 启 动 至 气 体 纯 度 合 格 时 间 的指标定义和测试方法 。

　　3. 1.9

　　热中性电压 thermoneutralvoltage

　　实现电化学反应可持续热平衡操作(不产生废热,不对外吸收热)的最小电压 。

　　3. 1. 10

　　电压效率 voltageefficiency

　　电解槽在某一运行工况下的热中性电压与电解槽的平均小室电压之比 。

　　3. 1. 11

　　电流密度 currentdensity

　　单位电极活性面积上通过的电流 。

　　[来源 :GB/T 20042. 1—2017,3. 2. 14]

　　3. 1. 12

　　产氢量 hydrogen yield

　　采用某一方法直接测量或计算得到的电解水制氢系统在单位时间内产生的氢气体积 。

　　注 : 根据测试需要 ,本文件给出了标称产氢量和实测产氢量的指标定义和测试方法 。假 设 电 流 效 率 为 100% ,通 过测量电解槽输入电流换算得到标称产氢量 ,主要 用 于 区 分 电 解 槽 的 规 格 和 产 氢 能 力 大 小 。 因 电 解 水 制 氢 系 统的真实电流效率很难达到 100% ,真实产氢量采用实测值 。

　　3. 1. 13

　　电解槽单位直流电耗 unitDC powerconsumption ofstack

　　电解水制氢系统稳定运行在某一工况下 ,生产标准状态下 1 m3 氢气电解槽所消耗的电量 。

　　注 : 根据测试需要 ,本文件给出了电解槽标称单位直 流 电 耗 和 实 测 单 位 直 流 电 耗 的 指 标 定 义 和 测 试 方 法 。采 用 电

　　流换算法所得的为电解槽标称单位直流电耗 。采用实测产氢量计算所得的为电解槽单位实测直流电耗 。

　　3. 1. 14

　　电源转换效率 transferefficiency ofpowersupply

　　电源转换单元输出的直流电能与输入电能之比 。

　　2

　　GB/T 46104—2025

　　3. 1. 15

　　电源直流输出电流控制精度 currentcontrolprecision ofDC outputofpowersupply

　　直流电流控制模式下 , 电源转换单元直流输出端的实际输出电流值与设定值之间的偏差(绝对值)与电流设定值的比值 。

　　3. 1. 16

　　电流效率 currentefficiency

　　电解槽内发生有效电化学反应的电流与电解槽输入电流之比 。

　　3. 1. 17

　　辅助设施单位电耗 unitpowerconsumption ofauxiliary facilities

　　电解水制氢系统稳定运行在某一工况下 ,生产标准状态下 1 m3 氢气辅助设施所消耗的电量 。

　　注 : 采用实测产氢量进行计算 。辅助设施的电耗一般 包 括 循 环 泵 电 耗 、补 水 泵 电 耗 、气 体 纯 化 系 统 电 耗 、控 制 系 统电耗等 。

　　3. 1. 18

　　公用工程单位电耗 unitpowerconsumption ofutility facilities

　　电解水制氢系统稳定运行在某一工况下 ,生产标准状态下 1 m3 氢气公用工程所消耗的电量 。

　　注 : 采用实测产氢量进行计算 。公用工程的电耗一般 包 括 冷 却 、储 热 、给 水 、水 纯 化 、仪 表 供 气 、吹 扫 置 换 气 等 维 持电解水制氢系统运转的公用设施的电力消耗 。

　　3. 1. 19

　　电解设施单位电耗 unitpowerconsumption ofelectrolysisfacilities

　　电解水制氢系统稳定运行在某一工况下 ,生产标准状态下 1 m3 氢气电解设施所消耗的电量 。

　　注 : 采用实测产氢量进行计算 。 电解设施的电耗一般 包 括 电 解 槽 直 流 电 耗 、变 压 器 变 压 损 耗 、电 源 整 流 损 耗 、铜 排或电缆输入损耗等用于电解的电力消耗 。

　　3. 1.20

　　制氢系统单位总电耗 unittotalenergy consumption ofhydrogen production system

　　电解水制氢系统稳定运行在某一工况下 ,生产标准状态下 1 m3 氢气制氢系统所消耗的总电量 。

　　注 : 采用实测产氢量进行计算 。根据公用工程用电的测 量 需 要 和 实 际 情 况 ,本 文 件 给 出 了 包 含 和 不 包 含 公 用 工 程的制氢系统单位总电耗的指标定义和测试方法 。

　　3. 1.21

　　功率调节范围 powerregulation range

　　电解水制氢系统能够稳定运行的电解槽的最大功率和最小功率范围 。

　　注 : 以电解槽输入功率与额定功率之比的形式表示 。

　　3. 1.22

　　准确度等级 accuracy class

　　在规定工作条件下 ,符合规定的计量要求 ,使测量误差或仪器不确定度保持在规定极限内的测量仪器或测量系统的等别或级别 。

　　[来源 :JJF 1001—2011,7. 26]

　　3. 1.23

　　最大允许误差 maximum permissibleerrors

　　对给定的测量 、测量仪器或测量系统 , 由规范或规程所允许的 ,相对于已知参考量值的测量误差的极限值 。

　　[来源 :JJF 1001—2011,7. 27]

　　3.2 符号

　　下列符号适用于本文件 。

　　3

　　GB/T 46104—2025

　　符号

　　定义

　　单位

　　As

　　电解槽的电极活性区面积

　　m2

　　Eth

　　热中性电压

　　V

　　ea

　　辅助设施单位电耗

　　kWh/m3

　　eel

　　电解槽单位直流电耗

　　kWh/m3

　　en

　　电解槽标称单位直流电耗

　　kWh/m3

　　er

　　电解设施单位电耗

　　kWh/m3

　　et1

　　制氢系统单位总电耗

　　kWh/m3

　　eu

　　公用工程单位电耗

　　kWh/m3

　　F

　　法拉第常数

　　C/mol

　　Fp

　　实测产氢量

　　m3 /h

　　Fps_ H2

　　试验开始时刻的氢气累积流量

　　m3

　　Fpe_ H2

　　试验结束时刻的氢气累积流量

　　m3

　　Fps_ H2O

　　试验开始时刻的水表的累积流量

　　m3

　　Fpe_ H2O

　　试验结束时刻的水表的累积流量

　　m3

　　Fps_ O2

　　试验开始时刻的氧气累积流量

　　m3

　　Fpe_ O2

　　试验结束时刻的氧气累积流量

　　m3

　　Fn

　　标称产氢量

　　m3 /h

　　ΔH

　　电解水制氢反应的焓变

　　J/mol

　　Ic

　　电源的直流输出设定电流

　　A

　　Irat

　　电解槽在额定工况下的输入电流

　　A

　　Is

　　电解槽的输入电流

　　A

　　Js

　　电解槽的电流密度

　　A/m2

　　Ns

　　电解槽的小室个数

　　—

　　ne

　　电解水制氢反应的电子摩尔数

　　—

　　p0

　　标准状况的气体压力

　　Pa

　　pte

　　试验结束静置后的储罐的气体压力

　　Pa

　　pts

　　试验开始时刻的储罐的气体压力

　　Pa

　　ΔP

　　电解槽的功率调节范围

　　—

　　Pmax

　　系统能够稳态运行下电解槽的最大功率输入

　　kW

　　Pmin

　　系统能够稳态运行下电解槽的最小功率输入

　　kW

　　Prat

　　电解槽的额定功率

　　kW

　　Prd

　　从试验开始到试验结束电解槽的平均输入功率

　　kW

　　Prs

　　从试验开始到试验结束电源转换单元的平均输入功率

　　kW

　　4

　　GB/T 46104—2025

　　(续)

　　符号

　　定义

　　单位

　　rP_ u

　　电解槽最大功率加载速率

　　%/s

　　rP_d

　　电解槽最大功率减载速率

　　%/s

　　T0

　　标准状况的气体温度

　　K

　　Tes

　　试验结束静置后的储罐的气体温度

　　K

　　Tts

　　试验开始时刻的储罐的气体温度

　　K

　　t

　　试验时间

　　h

　　ts1

　　启动开始时刻

　　min或 s

　　ts2

　　启动后电解槽首次达到额定电流点的时刻

　　min或 s

　　ts3

　　启动后电解水制氢系统首次达到额定工况点的时刻

　　min或 s

　　ts4

　　启动后氧中氢和氢中氧浓度首次达到合格气体组分范围的时刻

　　min或 s

　　tte

　　容积法试验结束时刻

　　h

　　tts

　　容积法试验开始时刻

　　h

　　Δtd

　　电解槽从最大功率降低到最小功率所需的最短时间

　　s

　　Δts1

　　启动至额定电流时间

　　min或 s

　　Δts2

　　启动至额定工况时间

　　min或 s

　　Δts3

　　启动至气体纯度合格时间

　　min或 s

　　Δtu

　　电解槽从最小功率升高到最大功率所需的最短时间

　　s

　　Uc

　　平均小室电压

　　V

　　Urat

　　电解槽在额定工况下的电压

　　V

　　Us

　　电解槽的电压

　　V

　　V

　　气体储罐的水容积

　　m3

　　Wae

　　试验结束时辅助设施电能表的累积读数

　　kWh

　　Was

　　试验开始时辅助设施电能表的累积读数

　　kWh

　　W rd

　　从试验开始到试验结束电解槽的直流输入电能

　　kWh

　　W rs

　　从试验开始到试验结束电源转换单元的输入电能

　　kWh

　　Wue

　　试验结束时公用工程电能表的累积读数

　　kWh

　　W us

　　试验开始时公用工程电能表的累积读数

　　kWh

　　δI

　　直流输出电流控制精度

　　—

　　ηc

　　系统的电流效率

　　—

　　ηs

　　系统的总电效

　　—

　　ηse

　　电源转换单元的电能转换效率

　　—

　　ηv

　　电解槽的电压效率

　　—

　　5

　　GB/T 46104—2025

　　4 测试条件

　　4. 1 测试边界

　　4. 1. 1 电解水制氢系统功率波动适应性的测试边界见图 1。 电解水制氢系统包括电解槽 、电源转换单元 、气液分离系统 、热管理系统 、氢气纯化系统(可选) 、氧气纯化系统(可选) 、控制系统 、辅助设施 、公用工程等 ,具体如下 :

　　a) 电解槽 : 电解水制氢系统的主体设备 , 串并联方式包含一正一负或一正两负(即中间极板接正极 ,两端极板接负极) ;

　　b) 电源转换单元 :将系统的输入电源转换为符合电解槽输入电能要求的设备 。 电源转换单元的输入电能可以是交流 ,也可以为直流 。若输入电能为交流 ,一般包含整流变压器和整流电源两部分 。 电源转换单元的输入电压等级和交直流形式根据运行现场实际情况确定 ;

　　c) 气液分离系统 :用于分离气体产品与液体介质并保持内部的碱液或纯水循环 ,包含气水分离器 、洗涤器 、碱液/水循环泵等设备 ;

　　d) 热管理系统 : 为保持内部各设备温度在正常范围内而提供冷却 、散热 、加热或储能 再 利 用 的系统 ;

　　e) 气体纯化系统 :用于去除产品气体中的杂质 、水分等 ,包含氢气纯化器 、氧气纯化器等设备 ;

　　f) 控制系统 :用于电解水制氢系统的自动控制和监测 ,并且能够在系统发生故障时执行相应的应急动作 ;

　　g) 辅助设施 : 电解水制氢系统中不直接参与电解反应的部分设施 ,包括气液分离系统 、气体纯化系统 、电解槽补水泵以及控制系统等 ;

　　h) 公用工程 :维持电解水制氢系统运转的设施 ,如综合热管理系统 、给排水系统 、水纯化系统 、仪表供气系统 、吹扫置换气系统等 。

　　图 1 典型的电解水制氢系统测试边界示意图

　　4. 1.2 测试系统边界内的电源转换单元 、电解槽 、气液分离系统 、气体纯化系统可以是单台 ,也可以是多台 ,如一台整流变压器对应多台整流电源和电解槽 ,多台电解槽对应一套气液分离系统 , 多台电解槽对应一套气体纯化系统 。各组件的个数和连接方式根据运行现场实际情况确定 。

　　注 : 多台设备的功率波动适应性测试方法参考本文件进行 。

　　6

　　GB/T 46104—2025

　　4.2 测试条件

　　电解水制氢系统功率波动适应性测试评价的目的是考察电解水制氢系统的稳态运行性能和适应可再生能源波动性的能力 。测试场所宜为电解水制氢系统所安装的运行现场 ,也可在制造商的出厂测试场地或第三方测试场地 。测试环境条件至少应符合下列规定 :

　　a) 环境温度为 5 ℃ ~ 55 ℃ ;

　　b) 相对湿度符合制造商的要求 ,且不超过 90% ;

　　c) 大气压强一般为 86kPa~ 106kPa,若测试环境压强低于 86 kPa或海拔高度高于 1 300 m ,需注意选用符合该环境条件的测量仪器 ,并单独标明 。

　　注 : 不同测试场所的测试结果(特别是动态性能测试)可能存在差异 。

　　5 试剂

　　碱 性 电 解 水 制 氢 系 统 和 质 子 交 换 膜 电 解 水 制 氢 系 统 的 测 试 用 原 料 水 品 质 应 分 别 符 合GB/T 37562—2019 中 5. 1. 2. 5、5. 1. 2. 8 的 要 求 。 碱 性 电 解 水 制 氢 系 统 的 测 试 用 电 解 液 质 量 应 符 合GB/T 37562—2019中 5. 1. 2. 7 的要求 。

　　6 测试准备

　　6. 1 资料检查

　　测试前应检查所有设备的合格证 、检定或校准证书 、技术文件(包括全部例行测试记录) ,压力设备 、压力管道及安全附件等特种设备要求的证书 、使用登记证等 。文件资料齐全并逐一进行核对无误后 ,才能进行测试 。

　　6.2 系统状态检查

　　测试前制氢系统的气密性和泄漏率应符合 GB/T 37562—2019 中 6. 2. 2 和 6. 2. 3 的要求 ,制氢系统已完成吹扫和置换 , 电源和自控系统状态满足测试前状态要求 ,各种辅助设施均应达到开机所具备的条件 。

　　6.3 数据采集计划

　　测试前应准备好符合数据采集时长和频次的数据采集设备和数据记录设备 。启动 、停机以及变功率动态性能测试的采集频次大于或等于 1 Hz。

　　6.4 时间同步性

　　测试前应对所有测试设备进行对时校准 ,设定同一个触发采样时间(精确到秒) ,确保数据时间的一致性及同步性 。

　　7 测量仪器

　　7. 1 一般要求

　　7. 1. 1 测量仪器应检定或校准合格 ,并在校准有效期内 。测量仪器应满足测试环境条件要求 ,仪器的量程范围应包含测试的最大和最小量程 。

　　7

　　GB/T 46104—2025

　　7. 1.2 测量仪器的安装方法 、安装位置 、补偿方式等对测试结果影响较大 ,应按照仪器厂家的说明书进行安装 。

　　7. 1.3 测量仪器的安装位置应在测试报告中详细标明 。安装位置若在防爆区 ,应按照防爆要求选用合适型号和信号传输方式 。

　　7.2 测量仪器与安装位置

　　7.2. 1 安装位置

　　电解水制氢系统电功率测量相关参数测试位置示意图见图 2, 电解水制氢系统测量仪器安装位置(流量计法)见图 3, 电解水制氢系统测量仪器安装位置(容积法)见图 4。

　　图 2 电解水制氢系统电功率测量相关参数测试位置示意图

　　标引序号说明 :

　　— 氢中氧/氧中氢分析仪 ;

　　— 水流量计 ;

　　①— 温度传感器 ;

　　— 压力传感器 ;

　　— 氢气/氧气流量计 。

　　图 3 电解水制氢系统测量仪器安装位置(流量计法)

　　8

　　GB/T 46104—2025

　　标引序号说明 :

　　— 水流量计 ;

　　— 氢中氧/氧中氢分析仪 ;

　　①— 温度传感器 ;

　　— 压力传感器 。

　　图 4 电解水制氢系统测量仪器安装位置(容积法)

　　7.2.2 电解槽电能输入测量

　　7.2.2. 1 电解槽的总输入电能采用直流电流传感器和直流电压表检测 。

　　7.2.2.2 测试仪表位置为近电解槽的电能输入端 口 。 电流传感器安装在正极铜排或电缆线路上 , 电压表的安装位置为电解槽正极和负极端板 。

　　7.2.2.3 若现场安装条件受限 ,经用户和制造商双方同意 , 电源转换单元与电解槽之间的铜排电压损耗可忽略 , 电压测量位置可调整至电源转换单元的输出端 口 。

　　7.2.3 电功率测量

　　7.2.3. 1 电源转换单元的总输入电能可根据电压等级和交直流形式采用功率计 、电能表 、电流传感器 、电压表等仪表测量 。测量位置为电源转换单元的电能输入接口处 ,且尽可能靠近系统边界 。

　　7.2.3.2 对于典型的 10 kV或 35 kV三相进线的电源转换单元 ,宜在整流变压器前端线路上安装功率计进行测量 。对于输入电压等级较低的电源转换单元 ,宜采用电能表测量 。对于直流电源 ,可采用电流传感器和电压表进行测量 。

　　7.2.3.3 辅助设施和公用工程的总输入电能采用功率计或电能表等仪表测量 。测量位置为对应设备的总电力输入端 。

　　7.2.3.4 若某一 个 设 备 需 要 单 独 测 量 电 耗 , 如 纯 化 系 统 , 可 在 该 设 备 的 供 电 线 路 处 安 装 电 能 表 进 行测量 。

　　7.2.4 气体流量测量

　　7.2.4. 1 氢气和氧气的流量测量 ,宜采用具有累积功能的质量流量计 。若流量计不具备累计功能 ,也可通过读取流量实时 再 求 积 分 的 方 式 计 算 气 体 累 积 量 。 由 于 流 量 计 的 安 装 位 置 和 方 式 对 结 果 影 响 较大 ,应确保测量气体和安装条件符合该流量计的温度压力范围 、杂质要求 、管道口径 、前后直管段 、安装插入深度等 。

　　7.2.4.2 氢气和氧气流量的测量位置在电解水制氢系统的产品气体输出管道上 。

　　9

　　GB/T 46104—2025

　　7.2.5 液体流量测量

　　7.2.5. 1 电解过程的原料水的流量测量 ,应采用具有累积功能的流量计 。

　　7.2.5.2 原料水流量的测量位置应设置在向原料水箱补水的管道上 。

　　7.2.6 温度测量

　　7.2.6. 1 电解液或纯水的温度采用具有远传功能的温度传感器测量 。为保障测量精度 ,宜选用热电阻 。

　　7.2.6.2 电解水制氢系统的运行温度是指电解槽氧侧出口温度 ,且尽可能靠近电解槽 。

　　7.2.6.3 冷启动和热启动测试实验中 , 电解液或纯水的温度测量点为电解槽氧侧出口温度 。

　　7.2.6.4 氢气产量测试(容积法)的气体储罐的温度测量点在储罐处 。 因各储罐设计不同 ,仪表安装位置应符合压力容器的有关规定 。

　　7.2.7 压力测量

　　7.2.7. 1 气体压力采用具有远传功能的压力传感器测量 。

　　7.2.7.2 氢气产量测试(容积法)的气体储罐的压力测量点在储罐处 。 因各储罐设计不同 ,仪表安装位置应符合压力容器的有关规定 。

　　注 : 电解水制氢系统的运行压力一般指氧气气液分离系统处的气体压力 。

　　7.2. 8 气体纯度测量

　　7.2. 8. 1 气体纯度应采用氢中氧 、氧中氢在线分析仪测量 。如有气体纯化系统 ,纯化后气体可采用微量氧分析仪测量 。

　　7.2. 8.2 氢中氧分析仪和氧中氢分析仪的测量点分别在氢气气液分离器和氧气气液分离器的容器顶部或分离后的气体管道上 。

　　7.2. 8.3 为确保测试准确 ,每次测试前 ,氧中氢测试仪和氢中氧测试仪应进行标定 。标定所用的气体组分按照仪表厂家的要求配置 。

　　7.2.9 数据采集装置

　　数据采集过程应满足对应的采样时间和同步性要求 ,应采用数据记录仪 ,或采用带有数据远传功能的测试仪表并在终端进行数据记录 。

　　7.2. 10 环境条件测量

　　应按照 4. 2 的规定 ,开展环境温度 、相对湿度 、大气压强的测量 ,采用温湿度计 、绝压测量仪等仪器测量 。

　　7.3 测试仪器精度

　　测试仪器仪表准确度等级或最大允许误差应符合表 1 的规定 。

　　表 1 测试仪器仪表准确度要求

　　名称

　　准确度等级/最大允许误差

　　功率计

　　0. 2 级

　　电压表

　　±0. 5%

　　10

　　GB/T 46104—2025

　　表 1 测试仪器仪表准确度要求 (续)

　　名称

　　准确度等级/最大允许误差

　　电流传感器

　　0. 5 级

　　交流电能表

　　1 级

　　直流电能表

　　1 级

　　氢气质量流量计

　　1. 5 级

　　氧气质量流量计

　　1. 5 级

　　水流量计

　　0. 5 级

　　温度传感器

　　±0. 5 ℃

　　压力传感器

　　0. 5 级

　　氢中氧测试仪

　　±1% FS

　　氧中氢测试仪

　　±2% FS

　　微量氧分析仪

　　±1% FS

　　数据采集装置

　　±0. 2%

　　温度计

　　±1 ℃

　　湿度计

　　±5%RH

　　绝压测量仪

　　±5hPa

　　秒表

　　±0. 5 S/d

　　8 测试项目与测试指标

　　功率波动适应性测试项目见表 2,宜参照编号顺序进行测试 。根据测试对象的不同 ,测试项 目可根据实际设备情况和需求选做 。

　　表 2 功率波动适应性测试项目

　　编号

　　测试类型

　　测试对象

　　测试指标

　　结构编号

　　1

　　冷启动测试

　　电解槽

　　冷启动至额定电流时间(冷启动温度)

　　9. 1. 3. 1

　　冷启动功率曲线

　　9. 1. 3. 4

　　系统

　　冷启动至额定工况时间(冷启动温度)

　　9. 1. 3. 2

　　冷启动至气体纯度合格时间(冷启动温度)

　　9. 1. 3. 3

　　冷启动氧中氢 、氢中氧浓度曲线

　　9. 1. 3. 5

　　2

　　额定工况稳态性能测试

　　电解槽

　　额定功率

　　9. 2. 3. 1

　　电压效率

　　9. 2. 3. 2

　　电流密度

　　9. 2. 3. 3

　　标称产氢量

　　9. 2. 3. 4. 1

　　标称单位直流电耗

　　9. 2. 3. 5. 2

　　实测单位直流电耗

　　9. 2. 3. 5. 3

　　11

　　GB/T 46104—2025

　　表 2 功率波动适应性测试项目 (续)

　　编号

　　测试类型

　　测试对象

　　测试指标

　　结构编号

　　2

　　额定工况稳态性能测试

　　电源转换单元

　　电源转换效率

　　9. 2. 3. 6

　　电源直流输出电流控制精度

　　9. 2. 3. 7

　　系统

　　实测产氢量

　　9. 2. 3. 4. 2

　　电流效率

　　9. 2. 3. 8

　　辅助设施单位电耗

　　9. 2. 3. 9. 2

　　公用工程单位电耗

　　9. 2. 3. 9. 3

　　制氢系统单位总电耗(不含公用工程)

　　9. 2. 3. 10. 2

　　制氢系统单位总电耗(含公用工程)

　　9. 2. 3. 10. 3

　　3

　　多工况稳态性能测试

　　电解槽

　　功率调节范围

　　9. 3. 3. 1

　　电流-电压曲线

　　9. 3. 3. 2

　　电流密度-平均小室电压曲线

　　9. 3. 3. 3

　　电源转换单元

　　电流-电源转换效率曲线

　　9. 3. 3. 4

　　系统

　　电流-制氢系统单位总电耗曲线

　　9. 3. 3. 5

　　4

　　热启动测试

　　电解槽

　　热启动至额定电流时间(热启动温度)

　　9. 1. 3. 1

　　热启动功率曲线

　　9. 1. 3. 4

　　热启动电流-电压曲线

　　9. 1. 3. 6

　　系统

　　热启动至额定工况时间(热启动温度)

　　9. 1. 3. 2

　　热启动至气体纯度合格时间(热启动温度)

　　9. 1. 3. 3

　　热启动氧中氢 、氢中氧浓度曲线

　　9. 1. 3. 5

　　5

　　变功率动态性能测试

　　电解槽

　　电解槽加/减载功率曲线

　　9. 4. 3. 1

　　电解槽最大加/减载速率

　　9. 4. 3. 2

　　电源转换单元

　　电源输入端加/减载功率曲线

　　9. 4. 3. 3

　　系统

　　加/减载氧中氢 、氢中氧浓度曲线

　　9. 4. 3. 4

　　6

　　停机测试

　　电解槽

　　停机功率曲线

　　9. 5. 3. 1

　　系统

　　停机氧中氢 、氢中氧浓度曲线

　　9. 5. 3. 2

　　注 1: 因启动温度对冷启动时间和热启动时间影响较大 ,冷启动时间和热启动时间需要同时标明启动温度 。

　　注 2: 在提供功率曲线时 ,也同时提供氧中氢浓度和氢中氧浓度曲线 , 以确认测试过程中系统始终处于安全运行范围内 。

　　9 测试方法

　　9. 1 启动测试

　　9. 1. 1 通则

　　9. 1. 1. 1 启动测试的目的是测试电解水制氢系统从冷/热待机状态下启动 ,直到电解槽达到额定电流或

　　12

　　GB/T 46104—2025

　　系统达到额定工况 ,或气体纯度达到合格所需的时间 、功率曲线 、浓度曲线等 。冷启动时间和热启动时间应同时标明启动温度 。

　　9. 1. 1.2 未通入纯化系统的气体纯度的合格范围为氧中氢浓度 ≤1. 5%且氢中氧浓度 ≤0. 3% 。

　　9. 1. 1.3 电解水制氢系统的安全运行范围为氧中氢浓度 ≤2. 0%且氢中氧浓度 ≤1. 0% ,制造商也可 自行增加氢氧分离器液位 、液位差等其他安全相关参数 。

　　9. 1. 1.4 热待机状态的碱性电解槽出口的电解液温度在 50 ℃以上 ,质子交换膜电解槽出口的纯水温度在 45 ℃以上 。

　　9. 1.2 测试步骤

　　9. 1.2. 1 冷启动测试

　　冷启动测试步骤如下 :

　　a) 测试开始前 , 电解水制氢系统通过自然冷却或强制冷却等方式 ,在冷待机状态 下 保 持 2 h 以上 ,该状态下电解槽出口的电解液温度与环境温度的偏差应在 ±2℃以内 ;

　　b) 测试开始前 , 电解水制氢系统应完成控制 、安全相关辅助设施的启动以及吹扫 、置换操作 ,循环泵处于运行状态 ;

　　c) 启动电解水制氢系统 ,记录发出启动指令时刻为冷启动开始时刻(ts1 ) ,并以此时的电解槽出口的电解液温度为冷启动温度 ;

　　d) 启动过程按照制造商提供的启动程序自动进行 ;

　　e) 测试过程中 , 以 1 s或更短时间间隔分别测量电解槽的电流 、电压以及系统的氧中氢浓度 、氢中氧浓度 ;

　　f) 记录电解槽输入电流首次达到额定电流的时刻(ts2) ;

　　g) 记录电解水制氢系统的运行温度 、运行压力和输入电流同时达到额定温度 、额定压力和额定电流的时刻(ts3) ;

　　h) 当氧中氢浓度和氢中氧浓度分别稳定在气体纯度合格组分范围内至少 5 min后 ,记录氧中氢浓度和氢中氧浓度首次同时达到合格组分范围的时刻(ts4) ;

　　i) 绘制启动过程中的功率曲线 、氧中氢浓度曲线和氢中氧浓度曲线 ;

　　j) 应确保测试过程中系统始终处于制造商允许的安全运行范围 。

　　9. 1.2.2 热启动测试

　　热启动测试步骤如下 :

　　a) 测试开始前 , 电解水制氢系统应在热待机状态下保持至少 15 min,碱液/纯水循环泵处于运行状态 ;

　　b) 启动电解水制氢系统 ,记录发出启动指令时刻为热启动开始时刻(ts1 ) ,并以此时的电解槽出口电解液温度为热启动温度 ;

　　c) 测试过程中 , 以 1 s或更短时间间隔分别测量电解槽的电流 、电压以及系统的氧中氢浓度 、氢中氧浓度 ;

　　d) 启动过程按照制造商提供的启动程序自动进行 ;

　　e) 记录电解槽输入电流首次达到额定电流的时刻(ts2) ;

　　f) 记录电解水制氢系统的工作温度 、工作压力和输入电流同时达到额定温度 、额定压力和额定电流的时刻(ts3) ;

　　g) 当氧中氢浓度和氢中氧浓度分别稳定在气体纯度合格组分范围内至少 5 min后 ,记录氧中氢浓度和氢中氧浓度首次同时达到合格组分范围的时刻(ts4) ;

　　13

　　GB/T 46104—2025

　　h) 绘制启动过程中的功率曲线 、氧中氢浓度曲线和氢中氧浓度曲线 ;

　　i) 应确保测试过程中系统始终处于制造商允许的安全运行范围 。

　　9. 1.3 数据处理

　　9. 1.3. 1 冷/热启动至额定电流时间

　　冷/热启动至额定电流时间按式(1)计算 :

　　Δts1 =ts2 - ts1 …………………………( 1 )

　　式中 :

　　Δts1 — 启动至额定电流时间 ,单位为秒或分(s或 min) ;

　　ts2 — 启动后电解槽首次达到额定电流点的时刻 ,单位为秒或分(s或 min) ;

　　ts1 — 启动开始时刻 ,单位为秒或分(s或 min) 。

　　9. 1.3.2 冷/热启动至额定工况时间

　　冷/热启动至额定工况时间按式(2)计算 :

　　Δts2 =ts3 - ts1 …………………………( 2 )

　　式中 :

　　Δts2 — 启动至额定工况时间 ,单位为秒或分(s或 min) ;

　　ts3 — 启动后电解水制氢系统首次达到额定工况点的时刻 ,单位为秒或分(s或 min) ;

　　ts1 — 启动开始时刻 ,单位为秒或分(s或 min) 。

　　9. 1.3.3 冷/热启动至气体纯度合格时间

　　冷/热启动至气体纯度合格时间按式(3)计算 :

　　Δts3 =ts4 - ts1 …………………………( 3 )

　　式中 :

　　Δts3 — 启动至气体纯度合格时间 ,单位为秒或分(s或 min) ;

　　ts4 — 启动 后 氧 中 氢 和 氢 中 氧 浓 度 首 次 达 到 合 格 气 体 组 分 范 围 的 时 刻 , 单 位 为 秒 或 分 (s 或min) ;

　　ts1 — 启动开始时刻 ,单位为秒或分(s或 min) 。

　　9. 1.3.4 冷/热启动功率曲线

　　冷/热启动的功率曲线的横坐标为时间 ,纵坐标为电解槽的功率 。功率由电解槽每一时刻的输入电流乘以电压得到 。

　　9. 1.3.5 冷/热启动氧中氢、氢中氧浓度曲线

　　冷/热启动的氧中氢 、氢中氧浓度曲线的横坐标为时间 ,纵坐标为系统的氧中氢浓度或氢中氧浓度 。横坐标的时间范围应与功率曲线保持一致 。

　　9. 1.3.6 热启动电流-电压曲线

　　电解槽的热启动电流-电压的横坐标为电解槽的输入电流(Is) ,纵坐标为电解槽的电压(Us) 。

　　注 : 特别注意平均小室电压为 1. 23 V(理论电解电压)时的电流以协助判断电解槽电流效率的大小 。平均小室电压的计算方法见 9. 3. 3. 3。根据电化学原理 ,小室电压大于理论电解电压才能发生电解水制氢反应 ,此点电流过大则说明电流效率偏低 。本曲线仅协助判断电流效率大小 ,具体的电流效率计算方法见 9. 2. 3. 8。

　　14

　　GB/T 46104—2025

　　9.2 额定工况稳态性能测试

　　9.2. 1 总则

　　额定工况稳态性能测试的目的是测试当电解水制氢系统在额定工况下稳定运行时 , 电解槽 、电源转换单元以及整个电解水制氢系统的各项性能指标 。

　　9.2.2 测试步骤

　　额定工况稳态性能测试步骤如下 :

　　a) 测试开始前 , 电解水制氢系统应在额定工况下稳定运行 15 min以上 ;

　　b) 测试过程中应保 持 电 解 槽 的 输 入 电 流 设 定 值 为 额 定 电 流 , 电 流 测 量 值 与 设 定 值 的 误 差 应 在±2%以内 ;

　　c) 测试过程中 ,应保持不同类型数据采样时间的同步性 ;

　　d) 氧中氢浓度和氢中氧浓度达到稳定(15 min内的波动偏差应小于 5%)后才能开始测试 ;

　　e) 记录测试开始时刻 ,记录采用累积值测量的数据初始值 ,包括氢气/氧气质量流量初始值 、原料水流量初始值 、电源转换单元/电解槽/辅助设施及公用工程的电能输入值等 ;

　　f) 测试过程中 ,每间隔至少 5 min记录一次数据 ,包括电解槽的电流和电压值 、电源转换单元的输入功率 、氧中氢浓度 、氢中氧浓度 、系统出口处产氢压力 、温度等 ,测量数据次数不少于 6次 ;

　　g) 测试完成后 ,记录结束时刻 ,记录采用累积值测量的数据结束值 。

　　注 1: 采用累积值测量的数据值等于测试结束和启动时各数据的差值 。

　　注 2: 采用平均值测量的数据值等于所有测量数据的算术平均值 。

　　9.2.3 数据处理

　　9.2.3. 1 电解槽额定功率

　　电解槽额定功率按式(4)计算 :

　　Prat …………………………( 4 )

　　式中 :

　　Prat— 电解槽额定功率 ,单位为千瓦(kW) ;

　　Irat — 电解槽在额定工况下的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Urat— 电解槽在额定工况下的电压 ,单位为伏特(V) 。

　　9.2.3.2 电解槽电压效率

　　电解槽电压效率按式(5)或式(6)计算 :

　　… … … … … … … … … …

　　… … … … … … … … … …

　　式中 :

　　ηv — 电解槽的电压效率 ;

　　Ns — 电解槽的小室个数 ,单位为个 ;

　　Eth — 热中性电压 ,单位为伏特(V) ;

　　Us — 电解槽的电压 ,单位为伏特(V) 。

　　15

　　GB/T 46104—2025

　　注 : 需注意电解槽内小室的串并联方式 。

　　热中性电压按式(7)计算 ,不同温度下的热中性电压见附录 A。

　　Eth …………………………( 7 )

　　式中 :

　　Eth — 热中性电压 ,单位为伏特(V) ;

　　ΔH— 运行温度下电解水制氢反应的焓变 ,单位为焦耳每摩尔(J/mol) ;

　　ne — 参与反应的电子摩尔数 ,单位为摩尔(mol) ;

　　F — 法拉第常数 ,取 96485C/mol。

　　注 : 电解槽氧侧出口温度为运行温度 。

　　9.2.3.3 电解槽电流密度

　　电解槽电流密度按式(8)或式(9)计算 :

　　Js …………………………( 8 )

　　Js …………………………( 9 )

　　式中 :

　　Js— 电解槽的电流密度 ,单位为安培每平方米(A/m2 ) ;

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　As— 电解槽的电极活性区面积 ,单位为平方米(m2 ) 。

　　注 1: 制造商需标明电极活性区面积的计算方法 。该面积计算方法需获得制造商和用户的共同认可 ,或由测试方在电解槽装配前实际测量 。

　　注 2: 一般认为每个小室的活性面积一样 。

　　9.2.3.4 产氢量

　　9.2.3.4. 1 标称产氢量

　　电解槽的标称产氢量按式(10)或式(11)计算 :

　　Fn …………………………( 10 )

　　Fn 一正两负) …………………………( 11 )

　　式中 :

　　Fn — 电解槽的标称产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) ;

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Ns — 电解槽的小室个数 ,单位为个 ;

　　ηc — 电解水制氢系统的电流效率 , % ;

　　2 391. 5 — 标准状况下制取 1 m3 氢气所需的理论电量 ,单位为安培小时每立方米(A · h/m3 ) 。注 1: 计算标称值时设定电流效率为 100% 。

　　注 2: 法拉第常数取值 96485 C/mol,气体摩尔体积取值 22. 414L/mol。

　　9.2.3.4.2 实测产氢量

　　9.2.3.4.2. 1 一般规定

　　电解水制氢系统的实测产氢量的测量方法有容积法 、氢气流量计法 、氧气流量计法和耗水量法 ,具

　　16

　　GB/T 46104—2025

　　体测试方法可根据测试现场实际情况或用户要求选择 。若现场条件允许 ,宜采用容积法 。

　　9.2.3.4.2.2 容积法

　　容积法测试系统见图 5,测试步骤如下 :

　　a) 测试前应对气体储罐的容积(V)进行测量 ,可根据设计图纸进行体积尺寸计算 ,或采用注水法直接测量储罐的水容积 。气体储罐的容积建议至少能存储电解水制氢系统 2 h 的产氢量 ;

　　b) 当系统达到 9. 2. 2 a) ~ 9. 2. 2 d)的要求后 ,开始进行测试 ;

　　c) 记录测试开始时刻(tts)和此时的储罐内气体压力(pts)和温度(Tts) ,然后打开气体储罐入口阀门 ,关闭旁路阀门和出口阀门 ,开始进行气体充灌 ;

　　d) 经至少 1 h 的气体充灌后 ,关闭气体储罐入口阀门 , 打开旁路阀门 ,将系统所产氢气引入其他旁路 ,记录测试结束时刻(tte) ;

　　e) 静置一段时间 ,待储罐内部温度均匀后记录储罐内气体压力(pte) 和温度(Tte) 。具体静置时间与测试环境条件和储罐体积相关 ,根据现场实际情况确定 。

　　标引序号说明 :

　　1— 旁路阀门 ;

　　2— 入口阀门 ;

　　3— 出 口阀门 ;

　　①— 温度传感器 ;

　　— 压力传感器 。

　　图 5 容积法测试示意图

　　根据理想气体的体积计算方法 ,该稳态运行过程中的平均氢气产量按式(12)计算 :

　　Fp

　　式中 :

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) ;

　　T0 — 标准状况的气体温度 ,单位为开尔文(K) ,取值为 273. 15K; V — 气体储罐的水容积 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　p0 — 标准状况的气体压力 ,单位为帕斯卡(Pa) ,取值为 101 325Pa;

　　tte — 测试结束时刻 ;

　　tts — 测试开始时刻 ;

　　pte — 测试结束静置后的储罐的气体压力 ,单位为帕斯卡(Pa) ;

　　pts — 测试开始时刻的储罐的气体压力 ,单位为帕斯卡(Pa) ;

　　Tte — 测试结束静置后的储罐的气体温度 ,单位为开尔文(K) ;

　　Tts — 测试开始时刻的储罐的气体温度 ,单位为开尔文(K) 。

　　17

　　GB/T 46104—2025

　　9.2.3.4.2.3 氢气流量计法

　　氢气应经过干燥 、冷却或纯化后才可使用流量计法测量氢气产量 。 现场气体成分和安装条件应满足流量计要求 。稳态运行过程中的平均氢气产量按式(13)计算 :

　　Fp …………………………( 13 )

　　式中 :

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) ;

　　Fpe_ H2 — 测试结束时刻的氢气累积流量 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　Fps_ H2 — 测试开始时刻的氢气累积流量 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) 。

　　9.2.3.4.2.4 氧气流量计法

　　若现场具备条件 ,可通过测量氧气的流量来换算氢气的流量 。氧气应经过干燥 、冷却或纯化后才可使用流量计法测量氧气产量 。现场气体成分和安装条件应满足流量计要求 。稳态运行过程中的平均氢气产量按式(14)计算 :

　　Fp …………………………( 14 )

　　式中 :

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) ;

　　Fpe_ O2 — 测试结束时刻的氧气累积流量 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　Fps_ O2 — 测试开始时刻的氧气累积流量 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) 。

　　9.2.3.4.2.5 耗水量换算法

　　测试前向原料水箱中补充足够的纯水 ,记录原料水箱的初始液位和安装在水箱和电解槽之间的水表累积流量 。测试过程中 , 随着电解耗水的增加 ,水箱水位会下降 ,系统会进行补水动作 ,直到水箱液位达到初始液位 。

　　原料水箱的补水方法可以是在线实时补水 ,也可以是间歇补水 。若为在线实时补水 ,应确认测试前后水箱液位无变化 。若为间歇补水方式 ,应确保测试过程经历了 5个以上的补水周期 ,测试前后水箱液位无变化 ,测试开始和测试结束时刻均为补水动作结束的时刻 。

　　测试结束时 ,记录水表的累积流量 。稳态运行过程中的实测产氢量按式(15)计算 :

　　Fp

　　式中 :

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) ;

　　1 244. 4 — 标准状况下消耗 1 m3 水产生的氢气量 ,单位为立方米每立方米(m3/m3 ) ;

　　Fpe_ H2O — 测试结束时刻的水表累积流量 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　Fps_ H2O — 测试开始时刻的水表累积流量 ,单位为立方米(m3 ) ;

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) 。

　　9.2.3.5 电解槽单位直流电耗

　　9.2.3.5. 1 概述

　　采用电流换算法所得的为电解槽标称单位直流电耗 。采用实测产氢量计算所得的为电解槽单位实

　　18

　　GB/T 46104—2025

　　测直流电耗 。

　　9.2.3.5.2 电解槽标称单位直流电耗

　　采用标称产氢量计算的为标称单位直流电耗 , 电解槽标称单位直流电耗按式(16)计算 :

　　en …………………………( 16 )

　　式中 :

　　en — 电解槽标称单位直流电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　Us— 电解槽的电压 ,单位为伏特(V) ;

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Fn— 标称产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) 。

　　注 : 设定电流效率为 100%时计算得到的氢气产量 。

　　9.2.3.5.3 电解槽实测单位直流电耗

　　采用实测产氢量计算的为单位直流电耗 , 电解槽实测单位直流电耗按式(17)计算 :

　　eel …………………………( 17 )

　　式中 :

　　eel — 电解槽单位直流电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　Us — 电解槽的电压 ,单位为伏特(V) ;

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) 。

　　注 : 实测产氢量需注明氢气产量的测量方法 。

　　9.2.3.6 电源转换效率

　　9.2.3.6. 1 一般规定

　　电源转换单元的转换效率可通过测量一段时间积累的电能输入输出 ,也可通过测量功率的输入输出来计算得到 。

　　9.2.3.6.2 电能测量法

　　采用电能测量法 ,按式(18)计算 :

　　…………………………( 18 )

　　式中 :

　　ηse — 电源转换单元的电能转换效率 ;

　　W rd — 从测试开始到测试结束电解槽的直流输入电能 ,单位为千瓦时(kWh) ;

　　W rs — 从测试开始到测试结束电源转换单元的输入电能 ,单位为千瓦时(kWh) 。

　　W rd按式(19)计算 :

　　W rd …………………………( 19 )

　　式中 :

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Us — 电解槽的电压 ,单位为伏特(V) ;

　　19

　　GB/T 46104—2025

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) 。

　　9.2.3.6.3 功率测量法

　　采用功率测量法 ,按式(20)计算 :

　　…………………………( 20 )

　　式中 :

　　Prd— 从测试开始到测试结束电源转换单元的平均输出功率或电解槽的平均输入功率 ,单位为千瓦(kW) ;

　　Prs— 从测试开始到测试结束电源转换单元的平均输入功率 ,单位为千瓦(kW) 。

　　Prd按式(21)计算 :

　　Prd …………………………( 21 )

　　式中 :

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Us — 电解槽的电压 ,单位为伏特(V) 。

　　9.2.3.7 电源直流输出电流控制精度

　　电源转换单元的直流输出电流控制精度按式(22)计算 :

　　…………………………( 22 )

　　式中 :

　　δI— 直流输出电流控制精度 ;

　　Is— 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Ic— 电源的直流输出设定电流 ,单位为安培(A) 。

　　9.2.3. 8 电流效率

　　电流效率的计算依据电解水制氢时的法拉第定律 ,在标准状况下 ,制取 1 m3 氢气所需理论电量为2 391. 5 A · h/m3 ,对应 氢 气 产 量 下 所 需 理 论 电 流 为 2 391. 5× Fp 。 电 解 水 制 氢 系 统 的 电 流 效 率 按式(23) 或式(24)计算 :

　　… … … … … … … … … …

　　… … … … … … … … … …

　　式中 :

　　ηc — 电解水制氢系统的电流效率 ;

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) ;

　　Is — 电解槽的输入电流 ,单位为安培(A) ;

　　Ns — 电解槽的小室个数 ,单位为个 。

　　注 1: 实测产氢量需标明氢气产量的测量方法 。

　　注 2: 电流效率达不到 100%的主要原因包括电极上 副 反 应 、已 析 出 产 物 再 反 应 、膜 分 离 效 率 低 、电 路 从 旁 路 漏 电 、短路等 。

　　20

　　GB/T 46104—2025

　　9.2.3.9 辅助设施和公用工程单位电耗

　　9.2.3.9. 1 一般规定

　　电解水制氢系统的辅助设施和公用工程均有一定量的电耗 。若用户无须区分二者电耗 ,可在辅助设施和公用工 程 的 总 电 力 输 入 端 安 装 电 能 表 测 量 。若 需 区 分 , 按 9. 2. 3. 9. 2 和 9. 2. 3. 9. 3 的 方 法 分 开测量 。

　　9.2.3.9.2 辅助设施单位电耗

　　电解水制氢系统的辅助设施用电一般包括气液分离系统的循环泵和补水泵 、气体纯化系统及控制系统 。若该范围内还有其他用电设备 ,也应进行测量 。在辅助设施的电力总输入端安装电能表 ,也可以在各个用电设备的电力输入端分别安装电能表 。辅助设施单位电耗按式(25)计算 :

　　ea …………………………( 25 )

　　式中 :

　　ea — 辅助设施单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　Wae — 测试结束时辅助设施电能表的累积读数 ,单位为千瓦时(kWh) ;

　　Was — 测试开始时辅助设施电能表的累积读数 ,单位为千瓦时(kWh) ;

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) ;

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) 。

　　注 : 实测产氢量需标明氢气产量的测量方法 。

　　9.2.3.9.3 公用工程单位电耗

　　若电解水制氢系统的冷却 、储热 、给水 、水纯化 、仪表供气 、吹扫置换气等公用工程 ,仅为电解水制氢系统提供 ,则可测试公用工程的单位电耗 。若公用工程与其他非制氢系统有公用 ,难以区分 ,则本项 目可不测试 。在公用工程的电力总输入端安装电能表 。公用工程单位电耗按式(26)计算 :

　　eu …………………………( 26 )

　　式中 :

　　eu — 公用工程单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　W ue — 测试结束时公用工程电能表的累积读数 ,单位为千瓦时(kWh) ;

　　W us — 测试开始时公用工程电能表的累积读数 ,单位为千瓦时(kWh) ;

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) ;

　　Fp — 实测产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) 。

　　注 : 实测产氢量需标明氢气产量的测量方法 。

　　9.2.3. 10 制氢系统单位总电耗

　　9.2.3. 10. 1 概述

　　根据现场公用工程的实际情况和测试需求 ,本文件给出了不含公用工程和包含公用工程的制氢系统单位总电耗的计算方式 。

　　9.2.3. 10.2 制氢系统单位总电耗(不含公用工程)

　　电解水制氢系统的总电耗(不含公用工程)包含电解设施电耗和辅助设施电耗按式(27)计算 :

　　21

　　GB/T 46104—2025

　　et1 =er + ea …………………………( 27 )

　　式中 :

　　et1 — 制氢系统单位总电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　er — 电解设施单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　ea — 辅助设施单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) 。

　　er按式(28)计算 :

　　er …………………………( 28 )

　　式中 :

　　W rs— 从测试开始到测试结束电源转换单元的输入电能 ,单位为千瓦时(kWh) ;

　　t — 测试时间 ,单位为小时(h) ;

　　Fp — 实际产氢量 ,单位为立方米每小时(m3/h) 。

　　注 : 实测产氢量需标明氢气产量的测量方法 。

　　9.2.3. 10.3 制氢系统单位总电耗(含公用工程)

　　电解水制氢系统的总电耗包含电解设施电耗 、辅助设施电耗和公用工程电耗按式(29)计算 :

　　et2 =er + ea + eu …………………………( 29 )

　　式中 :

　　et2 — 制氢系统单位总电耗(含公用工程) ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　er — 电解设施单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　ea — 辅助设施单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) ;

　　eu — 公用工程单位电耗 ,单位为千瓦时每立方米(kWh/m3 ) 。

　　9.3 多工况稳态性能测试

　　9.3. 1 通则

　　9.3. 1. 1 多工况稳态性能测试用于评价电解水制氢系统在不同功率点的稳态运行性能以及系统的功率可调节性 ,从而准确地反映电解槽 、电源转换单元和系统在不同功率工况下的性能 。测试结果以功率范围以及多种曲线的形式进行展示 , 以便于不同机组之间的性能对比 。

　　9.3. 1.2 功率点应在最大值和最小值之间选取 ,功率点个数应不小于 5 个 。 系统的最大和最小功率值由制造商规定 。若系统为电流控制模式 ,也可以电流值为基准进行相关测试点的选取 。

　　9.3. 1.3 为反映不同通电模式 、小室数 、电极面积的电解槽性能优劣 ,宜采用电流密度-平均小室电压曲线作为对比指标 。选取的功率点宜包含平均小室电压 2 V、1. 8 V、1. 6 V、1. 4 V、1. 23V(理论电解电压)等工况 。若制造商规定的范围无法包含以上平均小室电压值 ,可根据实际情况调整 。

　　9.3. 1.4 测试应在系统额定压力工况下进行 ,系统温度在制造商规定的允许温度范围之内 。

　　9.3.2 测试步骤

　　多工况稳态性能测试步骤如下 :

　　a) 测试开始前 , 电解水制氢系统应在额定工况下稳定运行 15 min以上 ;

　　b) 设置电解槽功率或电流输入的最大值为目标值 ;

　　c) 测试过程中 ,应保持不同类型数据采样时间的同步性 ;

　　d) 每个功率点均应等待氧中氢浓度和氢中氧浓度达到稳定(15 min内的波动偏差应小于 5%)后才能开始测试 ;

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　　GB/T 46104—2025

　　e) 测试过程中 ,至少间隔 5 min记录一次数据 ,测量数据次数不少于 6 次 ,记录电源转换单元的电能输入 、电解槽的电能输入 、辅助设施的电能输入以及氢气流量相关测量参数 ;

　　f) 逐步减小电解槽功率或电流输入的目标值至选定的功率点或电流点 ;

　　g) 每个功