text: 基于PLC的PEM电解水制氢系统设计
  引言随着各行各业对氢的需求量逐步增大，氢气的来源与成本对行业的发展起到关键性作用。氢主要以化合物的形式存在于水和化石燃料中，要通过制氢技术来提取氢气。中国作为全球最大的制氢国，工业制氢能力约为2500万吨/年，其中煤炭制氢约为1000万吨/年，所占比例最大，其次是工业副产品制氢，约为800万吨/年。可以看出，大部分氢气来源于煤炭或化石燃料。据统计，全球每年依然有95%以上的氢气来自于化石燃料，化石能源制氢技术已经成熟，且成本低，目前已经已大规模使用，但在生产过程二氧化碳的排放量却很高。根据生产方式的不同，氢能可分为灰氢、蓝氢和绿氢。灰氢是通过化石能源燃烧产生的，天然气重整而产生的氢气称为蓝氢，以可再生能源为基础制造出来的氢气称为绿氢。目前，全球年产氢量为5000万吨，其中96%以上为灰氢和蓝氢。截至目前，每年仅有约4%的氢气是通过水来获取的。站在碳达峰和碳中和的战略角度，只有利用可再生能源大量生产绿氢才是可行的途径。绿氢是可再生能源的搬运工，除灰氢和蓝氢外，每年只有极少量的氢来源于电解水。目前，我国处于碳达峰的关键阶段，为了减少化石燃料的消耗和二氧化碳等污染物的排放，基于可再生能源的电解水制氢是绿色可持续的替代方案。国外较早地意识到氢能是未来能源体系中的重要一环，早已开始积极布局。在氢能产业发展起步较早的韩国、日本和欧盟，其对氢能研究及发展的技术储备充足，氢能制取、储运、利用的全产业链雏形已见规模。中国关于氢能的发展已从探索阶段进入关键发展期。“十四五”期间，关于大力发展氢能的政策明显增多。国务院在《关于2030年前碳达峰行动方案的通知》中明确了全国碳达峰整体战略规划。国家能源局也明确了能源未来研究方向为氢能一体化、产业化发展。同时，确定氢能与可再生能源共同发展技术。国资委提出要关注氢能产业链一体化发展，完善制氢、储氢、运氢和用氢的体系，并结合相关产业部署氢能示范项目。1 电解水制氢方法在各种制氢技术中，被认为最具有发展前途的是通过电解水制得的绿氢。其能充分有效地利用可再生能源，也是实现氢能经济的最好方法。电解水的总反应式见式（1）。2HO----> O +2H （1）水在电解槽的正极和负极发生反应，分别生成氧气和氢气。随着对氢能研究的深入，电解水制氢的方法也在持续完善中，电解效率逐步提升。根据电解设备中电解槽的膜材料的不同，电解水制氢有碱性电解（AE）、高温固体氧化物电解（SOEC）和质子交换膜（PEM）电解三种方式。1.1碱性水电解制氢碱性水电解制氢常用双极性电解槽，其是由多个单位组构成，各单元组有规则地进行堆积，形成电解组的槽体。由极框、双极性主极板、阴阳极、隔膜和垫片组成。电解槽内阳极反应和阴极反应见式（2）、式（3）。阳极：4OH--->2HO+4e+O （2）阴极：4HO + 4e--->