Electrolyzer

Электрическая нагрузка для электролизера.

Тип: AcausalElectricPowerSystems.Sources.Electrolyzer

Путь в библиотеке:

/Physical Modeling/Electrical/Sources/Electrolyzer

Описание

Блок Electrolyzer представляет собой электрическую нагрузку, связанную с электролизером. Электролизер состоит из анода и катода, разделенных электролитом. Блок рассчитывает количество произведенного водорода на основе предоставленной электрической энергии и температуры воды в резервуаре.

В электролизерах с полимерной электролитной мембраной (PEM) эти химические реакции определяют анодные и катодные преобразования:

Электролизер состоит из нескольких последовательно соединенных отдельных ячеек-электролизеров. Используйте параметр Assumption pH, чтобы моделировать зависимость от либо с постоянным .

Уравнения

Блок Electrolyzer рассчитывает электрическую мощность с помощью:

где — напряжение, а — полное сопротивление. Полное сопротивление, , определяется как:

где

— внешнее сопротивление;
— эта величина представляет собой резистивный член, полученный из площади поперечного сечения отверстия , расстояния между анодом и катодом и удельного электрического сопротивления раствора .

Молярная энергия, запасенная в электрической нагрузке, обеспечивает процесс электролиза воды и рассчитывается по этому уравнению:

Для проведения электролиза электролизеру требуется минимальное количество энергии:

где

— энтальпия воды;
— энтропия реакции;
— температура воды;
— эталонная температура.

Если электрической энергии недостаточно для диссоциации воды, электролизер не производит водород. Поэтому в блоке Electrolyzer рассчитывается мольная скорость электрона, , и мольная скорость водорода, :

где

— постоянная Авогадро;
— энергия электрона;
— количество ячеек;
— зависящая от температуры эффективность электролиза.

Ток, протекающий через резервуар электролизера, вычисляется как:

где — постоянная Фарадея.

Блок Electrolyzer рассчитывает массовые доли потребляемой воды и вырабатываемого водорода с помощью этих уравнений:

где — молярная масса воды, а — молярная масса водорода.

Чтобы вычислить воды в резервуаре, блок использует

где

улавливает плавающие в растворе гидроны ( );
— количество моль воды;
— объем;
— плотность воды в резервуаре.

Остаточные протоны в растворе внутри электролизера со временем естественным образом повышают и электропроводность воды в резервуаре. Увеличение электропроводности приводит к появлению убегающих электронов. Чтобы предотвратить такое явление, необходимо очистить воду в резервуаре, удалив из него весь объем и заполнив его чистой водой.

Переменные

Используйте группу параметров Initial Targets, чтобы установить приоритет и начальные целевые значения для переменных параметров блока перед моделированием. Для получения дополнительной информации см. Настройка физических блоков с помощью целевых значений.

Порты

Ненаправленные

# + — положительный
электричество

Details

Ненаправленный порт, связанный с анодом резервуара электролизера.

Имя для программного использования

p

# – — отрицательный
электричество

Details

Ненаправленный порт, связанный с катодом резервуара электролизера.

Имя для программного использования

n

Вход

# purge — вход продувки
скаляр

Details

Входной порт, связанный с продувкой, безразмерная величина. Этот сигнал позволяет заменить воду в резервуаре.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# vol — объем воды, м³
скаляр

Details

Входной порт, связанный с объемом воды в баке электролизера, в м³.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# T — температура воды, K
скаляр

Details

Входной порт, связанный с температурой воды, в К.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Выход

# volPurging — объем очищенной воды, м³
скаляр

Details

Выходной порт, связанный с объемом воды, израсходованной на продувку, в м³.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# pH — pH воды
скаляр

Details

Выходной порт, связанный с воды в резервуаре электролизера, безразмерная величина.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# mdotH2 — массовый расход водорода, г/с
скаляр

Details

Выходной порт, связанный с массовым расходом водорода, в г/с.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

# mdotH2O — массовый расход потребляемой воды, г/с
скаляр

Details

Выходной порт, связанный с массовым расходом потребленной воды, в г/с.

Типы данных	`Float64`
Поддержка комплексных чисел	Нет

Параметры

Основные

# Assumption pH — постоянный или динамический pH
Constant | Dynamic

Details

Укажите, постоянный или динамический в резервуаре электролизера.

Значения	`Constant` \| `Dynamic`
Значение по умолчанию	`Constant`
Имя для программного использования	`pH_model`
Вычисляемый	Нет

# Resistance — внешнее сопротивление
Ohm | mOhm | kOhm | MOhm | GOhm

Details

Величина внешнего сопротивления.

Единицы измерения	`Ohm` \| `mOhm` \| `kOhm` \| `MOhm` \| `GOhm`
Значение по умолчанию	`10.0 Ohm`
Имя для программного использования	`R_external`
Вычисляемый	Да

# Cross-sectional transport area — площадь поперечного сечения отверстия
m^2 | um^2 | mm^2 | cm^2 | km^2 | in^2 | ft^2 | yd^2 | mi^2 | ha | ac

Details

Площадь попереченого сечения, перпендикулярного вектору, соединяющему анод и катод. Положительно заряженные ионы перемещаются по этой области от анода к катоду, где они восстанавливаются и образуется водород.

Единицы измерения	`m^2` \| `um^2` \| `mm^2` \| `cm^2` \| `km^2` \| `in^2` \| `ft^2` \| `yd^2` \| `mi^2` \| `ha` \| `ac`
Значение по умолчанию	`0.04 m^2`
Имя для программного использования	`area`
Вычисляемый	Да

# Distance anode-cathode — расстояние между анодом и катодом
m | um | mm | cm | km | in | ft | yd | mi | nmi

Details

Расстояние между анодом и катодом, погруженными в электролитический раствор.

Единицы измерения	`m` \| `um` \| `mm` \| `cm` \| `km` \| `in` \| `ft` \| `yd` \| `mi` \| `nmi`
Значение по умолчанию	`0.01 m`
Имя для программного использования	`distance`
Вычисляемый	Да

# Number of cells — количество ячеек

Details

Количество ячеек в электролизере.

Значение по умолчанию	`50`
Имя для программного использования	`cell_count`
Вычисляемый	Да

# Initial pH — начальный pH

Details

Начальное значение воды в резервуаре.

Значение по умолчанию	`0.0`
Имя для программного использования	`pH_start`
Вычисляемый	Да

# Constant pH — постоянный pH

Details

Постоянное значение воды в резервуаре.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Assumption pH значение Constant.

Значение по умолчанию	`6.0`
Имя для программного использования	`pH_const`
Вычисляемый	Да

# pH vector, pH_vec — вектор pH

Details

Вектор значений . Этот параметр должен иметь такое же количество элементов, как и вектор значений параметра Electrical resistivity vector, rho_vec.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Assumption pH значение Dynamic.

Значение по умолчанию	`[5.0, 5.5, 6.0, 6.5, 7.0]`
Имя для программного использования	`pH_vector`
Вычисляемый	Да

# Electrical resistivity vector, rho_vec — вектор значений электрического сопротивления
m/S | m/mS | m/nS | m/uS | MOhm*cm

Details

Вектор значений электрического сопротивления. Этот параметр должен иметь то же количество элементов, что и вектор значений параметра pH vector, pH_vec.

Зависимости

Чтобы использовать этот параметр, установите для параметра Assumption pH значение Dynamic.

Единицы измерения	`m/S` \| `m/mS` \| `m/nS` \| `m/uS` \| `MOhm*cm`
Значение по умолчанию	`[0.2, 0.75, 2.5, 8.0, 18.2] MOhm*cm`
Имя для программного использования	`resistivity_vector`
Вычисляемый	Да

Details

Вектор температур для определения эффективности электролиза. Этот параметр должен иметь такое же количество элементов, что и параметр Electrolysis efficiency vector, efficiency(T).

Единицы измерения	`K` \| `degC` \| `degF` \| `degR` \| `deltaK` \| `deltadegC` \| `deltadegF` \| `deltadegR`
Значение по умолчанию	`[273.0, 298.0, 323.0, 348.0, 373.0] K`
Имя для программного использования	`T_efficiency_vector`
Вычисляемый	Да

# Electrolysis efficiency vector, efficiency(T) — вектор эффективности электролиза

Details

Вектор значений эффективности электролиза. Этот параметр должен иметь то же количество элементов, что и параметр Temperature vector for efficiency, T_vec.

Значение по умолчанию	`ones(5)`
Имя для программного использования	`efficiency_vector`
Вычисляемый	Да