ICS27.010 F01 中华人民共和国国家标准 GB32311—2015 水电解制氢系统能效限定值及能效等级 Minimumallowablevaluesofenergyefficiencyandenergyefficiencygrades forhydrogenproducingsystemsbywaterelectrolysis 2015-12-10发布 2017-01-01实施 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局 中国国家标准化管理委员会发布前 言 本标准第4.3条为强制性的,其余为推荐性的。 本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起草。 本标准由国家发展和改革委员会资源节约和环境保护司、工业和信息化部节能与综合利用司提出。 本标准由全国能源基础与管理标准化技术委员会(SAC/TC20)归口。 本标准主要起草单位:中国标准化研究院、苏州竞立制氢设备有限公司、中国船舶重工集团公司第 七一八研究所,天津市大陆制氢设备有限公司、中国电子工程设计院、四川鑫通新材料有限责任公司、苏 州电器科学研究院股份有限公司、浙江和利氢能科技股份有限公司。 本标准主要起草人:张祥春、张碧航、王赓、周振芳、薛贺来、许卫、吴金兰、李燕、安志星、钱幼平、 何秀明、梁宝明、帅星如。 ⅠGB32311—2015 水电解制氢系统能效限定值及能效等级 1 范围 本标准规定了水电解制氢系统(以下简称制氢系统)的能效限定值、节能评价值、能效等级、试验方 法和检验规则。 本标准适用于固定式或移动式制氢系统,其水电解槽结构为双极性、压滤式、压力型﹑ 产量≥5m3/h。 本标准不适用于常压水电解制氢设备、产量<5m3/h的小型制氢设备、固体聚合物电解质电解槽 (SPE)和氢氧发生器。 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/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 3 术语和定义 GB/T24499界定的以及下列术语和定义适用于本文件。 3.1 制氢系统单位能耗 specificenergyconsumptionvaluesforhydrogenproducingsystemsbywater electrolysis 制氢系统运行时在额定工况条件下,生产标准状态下1m3氢气所消耗的电量。 注1:本标准中的氢、氧气体体积为标准状态,即0℃,101.325kPa(绝压)状态下的气体体积,单位为m3。 注2:本标准中制氢系统能耗指水电解槽直流电耗及制氢系统内碱液循环泵、补水泵及控制用交流电耗。 3.2 制氢系统能效值 theenergyefficiencyvaluesforhydrogenproducingsystemsbywaterelectrolysis 制氢系统运行时在额定工况条件下,理论制氢系统单位能耗与实际制氢系统单位能耗之比。 3.3 制氢系统能效限定值 theminimumallowablevaluesofenergyefficiencyforhydrogenproducing systemsbywaterelectrolysis 在额定工况条件下,制氢系统的最低允许能效值。 3.4 制氢系统节能评价值 theevaluatingvaluesofenergyconservationforhydrogenproducingsystems bywaterelectrolysis 在额定工况条件下,节能制氢系统的最低允许能效值。 4 技术要求 4.1 基本要求 本标准所适用的水电解制氢系统应符合GB/T19774的要求。 1GB32311—2015 4.2 能效等级 制氢系统能效等级分为3级,各级制氢系统单位能耗不能高于、制氢系统能效值不能低于表1的 规定。 表1 制氢系统能效等级 制氢系统类型 能效等级制氢系统单位能耗 kW·h/m3制氢系统能效值 % 小型 (≤60m3/h)1 4.5 79 2 4.8 74 3 5.1 69 大中型 (>60m3/h)1 4.3 82 2 4.6 77 3 4.9 72 4.3 能效限定值 制氢系统能效限定值为表1中能效等级的3级。 4.4 节能评价值 制氢系统节能评价值为表1中能效等级的2级。 5 试验方法 5.1 制氢系统单位能耗保留一位小数,能效值为整数。 5.2 测试工作在制氢系统的额定工况下进行,额定工况是指水电解槽运行的直流电流密度为2000A± 50A,制氢系统的工作温度为90℃±2℃,工作压力为0.8MPa~5.0MPa。 5.3 能效测试用的原料水及碱液的技术指标应符合GB/T19774的相关要求。 5.4 试验用仪表等级要求,直流电流表和电流电压表不低于0.5级,其他仪表不低于1级,所用仪表应 符合相应的技术标准及规程。 5.5 单位直流能耗测试次数不宜少于6次,间隔10min,取平均值。 5.6 单位交流能耗采用交流功率表(累计式),接入相应的回路中,测试时间为1h。 5.7 根据测得的直流电流值,电解槽的小室数,按附录A计算出制氢系统的氢气产量。 5.8 根据测得的直流电压值,电解槽的小室数,按附录B计算出电解槽平均小室电压及单位直流能耗。 5.9 根据测得碱液泵、补水泵及控制用电功率,按附录B计算出制氢系统的单位交流能耗。 单位直流能耗与单位交流能耗相加得到制氢系统单位能耗。 5.10 根据制氢系统单位能耗,按附录C计算出制氢系统能效值,按照表1确定能效等级。 6 检验规则 6.1 产品能效测试可在生产厂或用户处进行,能效实测值满足规定的要求视为合格产品,否则视为不 2GB32311—2015 合格产品;同型号批量产品的测试可抽样检查,若不满足要求,再抽2台检查,实测值均应满足规定要 求,否则判定该批产品不合格。 6.2 产品能效等级测试应在产品调试验收前进行,当用户与生产厂对产品能效等级测试产生异议时, 可由具有相关资质的第三方专业机构仲裁。 3GB32311—2015 附 录 A (规范性附录) 电流测试值计算气体产量 A.1 原理摘要 根据电解定律———任何物质在电解过程中,数量上的变化服从法拉第定律。 A.2 水电解制氢时的法拉第定律 在标准状态下,用2×96500C电量,可电解1moL水,制取1moL氢和0.5moL氧。 1moL氢气在标准状态下的体积为22.43×10-3m3。 故在标准状态下,制取1m3氢气所需理论电量为式(A.1): 2×96500×1000 3600×22.43=2390A·h/m3…………………………(A.1) A.3 电流测试值计算气体产量 电流测试值计算气体产量按式(A.2)进行。 Q=Inη0 2390…………………………(A.2) 式中: Q———氢气产量,单位为立方米每时(m3/h); I———通过水电解槽小室的直流电流,单位为安(A); n———电解小室数,个; η0———电流效率,可设定为100%。 4GB32311—2015 附 录 B (规范性附录) 单位能耗值的计算 B.1 单位能耗值W的计算 单位能耗值W由两部分组成,即直流单位能耗值Wd和交流单位能耗值Wa。 B.2 直流单位能耗值Wd的计算 B.2.1 根据电解槽的直流电压U及电解小室数n,按式(B.1)求出电解槽平均小室电压E。 E=U n…………………………(B.1) 式中: E———平均小室电压,单位为伏(V); U———电解槽直流电压,单位为伏(V); n———电解小室数,个。 注:当通电方式为一正两负(即中间电极接正极,两端电极接负极)电解小室数目减半。 B.2.2 直流单位能耗值Wd按式(B.2)计算。 Wd=2390E 1000…………………………(B.2) 式中: Wd———直流单位能耗值,单位为千瓦时每立方米(kW·h/m3); 2390———见附录A; 1000———换算系数。 B.3 交流单位能耗值Wa的计算 交流用电的功率由3部分组成:P1、P2和P3。 交流单位能耗值Wa按(B.3)计算: Wa=P1+P2+P3 Q…………………………(B.3) 式中: Wa———交流单位能耗值,单位为千瓦时每立方米(kW·h/m3); P1———碱液泵功率,单位为千瓦(kW); P2———补水泵平均功率,单位为千瓦(kW); P3———控制用电功率,单位为千瓦(kW)。 B.4 单位能耗值W的计算 单位能耗值W可按式(B.4)计算: W=Wd+Wa …………………………(B.4) 5GB32311—2015 附 录 C (规范性附录) 能效的计算 能效η的计算根据电化学原理,当小室电压为热中性电压时,则水电解槽工作时不产生废热,此时 的能效设定为100%。 能效值η可按式(C.1)计算: η=1.48×2390 1000W% …………………………(C.1) 式中: η———能效; 1.48———热中性电压,单位为伏(V); W———单位能耗值,单位为千瓦时每立方米(kW·h/m3)。 6GB32311—2015