ICS 27.180 CES CCS F 19 团 体 标 准 T/CES 175—2022 质子交换膜水电解制氢系统性能试验方法 Performance test methods for proton exchange membrane electrolysis hydrogen generation system 2022-12-19 发布 2022-12-21实施 中国电工技术学会 发布 T/CES 175—2022 目 次 前言。 1 范围.. 2 规范性引用文件 3术语和定义... 4符号、代号和缩略语 5性能试验项目. 6 试验准备.. 6.1试验计划.. 6.2 数据采集计划.. 6.3 试验前检查… 7测量仪器和测量方法... 7.1 概述 7.2 测量仪器.. 7.3 测量方法 8试验方法和试验结果计算 8.1 概述. 8.2 产氢性能试验， 8.3 电能消耗试验. 8.4 热回收试验. 8.5 效率试验， 10 8.6 水消耗量试验 8.7 启动试验.. 8.8 关机试验. 12 8.9 产氢变化试验.. 13 8.10 功率变载性能试验 13 8.11 可闻噪声等级试验.. 8.12 环境适应性试验.. 9试验报告， 16 9.1 概述， 16 9.2 标题页.. 17 9.3 目录.. 9.4 总结报告 17 附录A（规范性附录） 质子交换膜水电解制氢系统范围 18 附录B（资料性附录） 参考条件 B.1 概述. 19 B.2 温度与压力， 19 B.3 热值基准 19 参考文献 20 1 T/CES 175—2022 前言 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。 本文件由中国电工技术学会提出。 本文件由中国电工技术学会标准化工作专家委员会储能技术专业分会工作组归口。 本文件起草单位：国网智能电网研究院有限公司、国网浙江省电力有限公司、武汉理工大学、北京 智慧能源研究院、北方工业大学、华北电力大学、中科院长春应化所、中科院大连化物所、天津大学、 浙江大学。 本文件主要起草人：邓占锋、徐桂芝、宋洁、赵波、谢长君、康伟、梁丹曦、韦巍、李根蒂、李建 林、刘一欣、章雷其、郭力、刘建国、邢巍、俞红梅、侯慧、刘敏、石英、彭笑东、梁立晓、刘海军、 叶青、蔡林海、崔虎宝、侯继彪、胡晓、捷、赵雪莹、朱玉婷、朱文超、岳骆、孙晓彤。 本文件为首次发布。 II T/CES 175—2022 质子交换膜水电解制氢系统性能试验方法 1范围 本文件规定了质子交换膜水电解制氢系统性能的试验方法。 本文件适用于工业用、商业用质子交换膜水电解制氢系统。 2规范性引用文件 下列文件对于本文件的应用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件， 凡是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/T5831气体中微量氧的测定比色法 GB/T5832.1气体湿度的测定第1部分：电解法 GB/T5832.2气体中微量水分的测定露点法 GB/T 6285 气体中微量氧的测定电化学法 GB/T 7445 纯氢、高纯氢和超纯氢 GB/T8984.1气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定第1部分：气体中一氧化碳、二 氧化碳和甲烷的测定气相色谱法 GB/T8984.2气体中一氧化碳、二氧化碳和碳氢化合物的测定第2部分：气体中一氧化碳、二 氧化碳和碳氢化合物总含量的测定气相色谱法 GB/T19774水电解制氢系统技术要求 GB/T24499氢气、氢能与氢能系统术语 GB32311水电解制氢系统能效限定值及能效等级 3术语和定义 下列术语和定义适用于本文件。 3.1 质子交换膜水电解制氢系统 proton exchange membrane electrolysis hydrogen generation system 采用质子交换膜为隔膜的若干电解小室组成的纯水电解槽和附属设备、管道及其附件、箱体等构成 的制氢系统。质子交换膜水电解制氢系统范围说明见附录A。 3.2 单位制氢能耗 E specific hydrogen production energy consumption 质子交换膜水电解制氢系统在额定运行状态下，生产标准状态下1m氢气所消耗的电量。 注：本文件中质子交换膜水电解制氢系统消耗的电量包含电解槽电耗与质子交换膜水电解制氢系统内部辅助设备 电耗。 3.3 制氢效率hydrogenproductionefficiency 质子交换膜水电解制氢系统在额定运行状态下，理论质子交换膜水电解制氢系统单位制氢能耗与实 际质子交换膜水电解制氢系统单位制氢能耗之比。 1 T/CES 175—2022 3.4 回收热量 recovered heat 从质子交换膜水电解制氢系统回收的热能。 3.5 热回收效率heatrecoveryefficiency 质子交换膜水电解制氢系统在额定运行状态下，生产标准状态下1m氢气对应的系统回收热量与实 际质子交换膜水电解制氢系统单位制氢能耗之比。 3.6 综合效率overall energy efficiency 质子交换膜水电解制氢系统制氢效率与热回收效率之和。 3.7 额定运行状态 rated operating state 系统产气压力1MPa，工作温度60℃，运行电密不低于0.7A/cm²。或在制造商规定的额定产氢量下 对应的运行状态。 3.8 启动时间start-uptime 从冷态或储存状态转变到有氢气产生的状态所需的时长。 3.9 关机时间shutdowntime 从额定运行状态下开始关机操作起，至达到制造商规定的冷态或储存状态的时刻之间的时间段。 3.10 辅助电功率输入auxiliaryelectricinputpower 供给质子交换膜水电解制氢系统内部辅助设备的电功率。辅助设备包含循环水泵、补水泵、冷水机、 控制器等。 3.11 冷态 cold state 质子交换膜水电解制氢系统在环境温度下，既没有功率输入也没有输出的状态。 3.12 储存状态storage state 质子交换膜水电解制氢系统的非运行状态。根据制造商规定的条件，可能需要输入热或电能防止部 件性能的衰减。 3.13 水消耗量waterconsumption 除首次加水外，（从试验边界以外）提供给质子交换膜水电解制氢系统的水。 3.14 可闻噪声等级audiblenoiselevel 在规定距离测量的制氢系统所有运行模式下产生的声压等级。 4 符号、代号和缩略语 下列符号、代号和缩略语适用于本文件。 t：温度 to：参考温度（K/℃） tHR1：热回收流体出口平均温度（K/℃） 2 T/CES 175—2022 tHR2：热回收流体进口平均温度（K/℃） p：压力 Po：参考压力（kPa） P：功率 Pin：总输入电功率（kW） Pex：辅助电功率输入（kW） U：电压 Uel：电解槽总直流电压（槽电压）（V） q：流量 qh：氢气产量（m²/h） vr：热回收流体平均体积流量（m²/s） qmr：热回收流体平均质量流量（kg/s） QimHR：热回收流体累计流动质量（kg） qivHR：热回收流体累计流动体积（m3） I：电流 lel：电解槽总直流电流（槽电流）（A） 2：功率因数 n:效率 Thy：制氢效率（%） nth：热回收效率（%） ntotal：综合效率（%） T：试验时间（s） Wh：单位制氢能耗（kWh/m²） PHR：热回收流体密度（kg/m²） SHR'：热回收流体在进出口温度中间值时的比热（kJ/(kg·K)) 5性能试验项目 制氢系统的性能评估应考虑以下两点： a）运行方面：在正常运行和变工况下测试系统的性能； b）环境方面：测试系统如何影响环境，测试系统对环境的适应性。 表1给出了运行性能试验和环境影响试验项目，表1中的试验项目适用于作为一个整体考虑的质子 交换膜水电解制氢系统， 表1试验项目 试验 项目 运行方面 环境方面 1 产氢性能试验 可闻噪声等级试验 2 电能消耗试验 环境适应性试验 3 热回收试验 4 效率试验 5 水消耗量试验 3 T/CES 175—2022 表1试验项目 (续） 试验 项目 运行方面 环境方面 6 启动/关机特性试验 7 产氢变化试验 8 功率变载性能试验 除非另有规定，原则上质子交换膜水电解制氢系统进行所有项目试验。由于系统设计和技术的不同， 部分试验项目可能会省略（例如，没有热回收的系统不需要热回收试验） 6试验准备 本条款描述在进行试验之前应考虑的典型项目。 6.1试验计划 应谨慎仔细地制定试验计划细节，尽量减少不确定因素。试验各方应以本部分为基础，准备详尽的 书面试验计划。 下列各项应列入试验计划： a）目的; b）试验规范； c）试验人员资质； d）质量保证标准（ISO9000或其他等效标准）； e）对试验仪器及设备的鉴定（见第7章）； f）估计试验参数范围； g）数据采集计划（见6.2)。 6.2数据采集计划 性能试验开始之前就应准备好符合要求的数据采集系统（如：数据采集时长和频次），和符合数据 采集频次、速度要求的数据记录设备。 6.3试验前检查 试验前检查步骤如下： a）试验前，应检查所有制造厂提供的各种合格证、技术文件、包括全部例行试验记录和证书、图 纸资料、压力容器产品安全质量监督检验证书等，这些文件、资料齐全，并逐一进行核对无误 后，才能进行试验； b）外观检查，整套水电解制氢系统组装完成后进行，主要是检查外观和各种相关尺寸；检查各类 液体、气体管路和电气线路连接的准确性等； c）整