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申请/专利权人：中国电力工程顾问集团有限公司;中国电力工程顾问集团华东电力设计院有限公司

摘要：本发明涉及电解制氢技术领域，特别涉及一种PEM电解制氢系统的仿真方法及装置。其中，该方法通过利用数字孪生技术构建PEM电解制氢系统的动态仿真模型，将电流随时间变化的动态条件输入到所述动态仿真模型中来得到仿真结果，通过计算机仿真的方式可以减少摸索最优产氢过程前调试浪费及风险，方便快捷搭建全流程仿真模型进行参数调试，产氢速率更加准确，以优化温度控制参数，提高电解制氢效率。

主权项：1.一种PEM电解制氢系统的仿真方法，其特征在于，包括：利用数字孪生技术构建PEM电解制氢系统的动态仿真模型；其中，所述PEM电解制氢系统包括PEM电解槽、纯水输入、温控、水回收、气水分离、氢气干燥；将电流随时间变化的动态条件输入到所述动态仿真模型中，得到仿真结果；所述PEM电解槽的工作条件作如下假设：水电解反应在预设时间内达到稳定平衡，所述预设时间小于0.1ms；水不可压缩；气相和液相可分离；电解槽具有等温特性；在50～80℃的温度范围内，水的蒸气焓不变；不考虑氢气分离压缩、电解水补给的能耗；所述PEM电解槽的动态仿真模型是通过如下公式进行构建的：VcellT,p,I＝Vid+ΔVact+ΔVohm ΔVohm＝ixRel.ohm 式中，VcellT,p,I为单个电解槽运行时所需电压，Vid为理想电压，ΔVact为活化极化电压，ΔVohm为欧姆极化电压，ΔG°T,Pref为吉布斯自由能变化，n为反应转移电子数，F为法拉第常数，r为气体常数，T为反应温度，为氢气分压，为氧气分压，为液态水的活度，X为阳极或阴极，aX为阳极或阴极的电荷转移系数，ix为阳极或阴极的交换电流密度，rel.ohm为膜的电阻，为流出阳极管道的氧气的摩尔流速，为流入阳极管道的氧气的摩尔流速，I2g为阳极产生的氧气流速，为流出阳极管道的水的摩尔流速，为流入阳极管道的水的摩尔流速，为阴阳极间扩散运输摩尔流速，为由电渗引起的水输送，I为阳极的交换电流密度，ηF为法拉第效率，为流出阴极流道的氢气的摩尔流速，为流入阴极流道的氢气的摩尔流速，H2g为阴极产生的氢气流速，为流出阴极流道的水的摩尔流速，为流入阴极流道的水的摩尔流速，为由电渗引起的水传递，nd为电牵引系数，为水的摩尔质量，A为电解槽的面积，λm为膜的水含量的平均值，为由扩散引起的水传递，Dw为水在膜中的扩散系数，cwa为阳极表面的水浓度，cwc为阴极表面的水浓度，tm为膜的厚度，为出口焓，为入口焓，为电解槽外壁与周围空气交换的热功率，Pel为输入电流功率。

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