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测试背景

[一] 大功率电解槽测试需求

水电解是目前最有前途的技术之一，与可再生能源结合后可在工业规模上生产氢气，用于实现无CO₂ 排放的可持续经济（即“绿氢”）。已知的水电解技术主要有四种：碱性水电解（ALK）、质子交换膜水电解（PEM）、阴离子交换膜水电解（AEM）和固体氧化物电解（SOEC），截止目前，ALK和PEM均实现了MW级工业应用^[1] 。由于电解槽能够在电网运营商要求时实现连接、断开或功率调节，原则上可作为柔性电力负载（即柔性需求），从而提供多种电网平衡服务，而电网平衡要求电解槽容量至少要达到MW级别^[2]。

MW级电解槽开发过程中，常采用与目标产品相同电化学活性面积、核心材料和结构设计一致，但堆叠的小室数量较少（例如10个小室）的全尺寸短槽进行测试——此举可聚焦核心验证、降低产品开发成本与风险、加速迭代优化；待开发完成进入验证阶段，需对MW级电解槽整槽开展全面的型式测试、出厂测试和第三方认证测试。核心原因在于：

（1）绿电波动工况下，电解槽在能源领域使用场景已不同于过往特殊场景，需匹配新场景的运行需求；

（2）单槽功率放大带来槽体设计、装配工艺等新难题，且更高电密与能效需求推动电极材料持续迭代；

（3）当前行业既缺乏边界和极限工况测试充分数据，厂家也缺少产品长期运行数据，例如中石化最近招标已明确要求供应商具备整槽测试能力，且作为能源化工装置，其市场准入、能效指标评价亟需统一的测试方法与手段。

因此，无论是MW级电解槽全尺寸短槽测试，还是整槽测试，均离不开精准、可靠、便捷的大功率电解槽测试系统。

[二] 大功率电解槽测试国内外现状

近年来，随着水电解制氢技术的蓬勃发展和示范项目的落地，国内外建设了多个大功率电解槽或制氢系统测试场站，各场站的侧重点各有不同，一类是电解槽制造商自建，用于对生产的大功率电解槽进行下线型式测试或出厂测试，保障产品出厂质量；另一类是第三方机构建设，核心功能是为电解槽或制氢系统的第三方认证测试，确保测试结果的公正性与权威性。

· 国内部分大功率电解槽测试场站

· 国外部分电解槽或制氢系统测试场站

经调研发现，国内外多数电解槽测试场站由设备厂家自行建设，主要服务于自身产品的测试与验证工作。但此类场站在适配不同规格电解槽时，常面临操作性不足、动态指标不高及运行范围受限等问题。与此同时，国内外头部企业及第三方机构已加快测试平台业务的布局步伐，加之多项电解槽测试国家标准的相继出台，如GB/T 45541-2025《PEM电解槽性能测试方法》，更为测试提供了更坚实的依据。

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测试系统与制氢系统BOP差异点

相较于传统的制氢系统BOP（Balance of Plant），电解槽测试系统在兼容性、功能和指标、安全可靠性、测试软件平台方面有着明显区别。

[一] 兼容性

（1）电源选型

为满足电解槽无载调压、10%额定电流/s以上的动态性等测试需求，电解槽测试常采用IGBT电源，（需宽输出电流/电压范围，兼容多数测试及高电密研发，输出电流最高30000A，适配一正两负电解槽时可达60000A）；短槽测试采用高精度、低纹波电源（输出电流精度≤±0.1% F.S.）。

（2）电解槽连接铜排或电缆设计

为兼容大电流工况下不同类型电解槽（一正一负、一正两负）、不同尺寸及接线方位电解槽供电需求，测试系统供电常采用铜编织带或多股电缆软连接。

（3）系统压力/碱液（纯水）流量/温度控制范围

测试系统压力控制范围宽，具备等压、差压控制功能，可满足电解槽常压活化、高压运行及阳极低压差压、高压电解槽的压力敏感或疲劳性能测试需求；碱液（纯水）流量及槽温控制范围宽，可满足电解槽介质杂质敏感、水平衡、流量敏感及槽温敏感性测试需求。

[二] 功能和指标

（1）碱液（纯水）加热功能

不同于制氢系统BOP，电解槽测试系统配备有碱液或纯水加热系统，可实现预升温功能，并满足低功率测试工况/热待机状态下槽温的精确控制，稳态控温精度≤±0.75℃、动态工况下槽温控制精度≤±1.5℃。

（2）动态性高

电解槽测试系统的动态性体现在氧中氢快速取样（功率变化到分析仪读数稳定时间≤2min）、升降压快（≥10kPa/s@＞50%额定产氢量或预增压工况）、压力变化响应时间短（＜1s）、升降温速率高（3~5℃/min）、碱液/纯水流量调节快（≤20s）等方面。电源最大变载速率≥25%额定电流/s，并且在变载工况下，压力控制精度≤±0.5%F.S.，温度控制精度≤±1.5℃，流量控制精度≤±1%F.S.，电流（功率）波动≤±1%F.S.。

（3）测点多、精度高

电解槽测试系统配置有大量高精度测量仪表，满足测试时充分表征电解槽性能的需求。

表1 测点位置

[三] 安全可靠性

大功率电解槽测试系统除满足制氢系统BOP所涉及的特种设备（压力容器、压力管道、安全附件）、防爆、接地、临氢/耐碱材质选择、脱油脱脂处理等安全要求外，出口产品还需符合ISO 22734、CE或IEC等相关认证要求。

此外，鉴于测试系统在电解槽上下限测试时存在安全风险高的特点，需依据IEC 61511、CCPS、AQ/T 3054、GB/T 50493、GB/T 50770等规范，开展HAZOP（危险与可操作性分析）、LOPA（保护层分析）等安全评估，并配备独立的SIS系统（安全仪表系统）和GDS系统（可燃气体和有毒气体检测报警系统）^[13-17]。

[四] 测试软件平台

不同于制氢系统通过组态软件实现的仅具备监控功能的软件平台，电解槽测试系统配备有专业测试软件平台，满足研发和下线不同测试场景应用。

（6）特色功能：可集成多品牌电化学工作站及其余外辅设备；脚本可调用国标与国际标准；可导入风光谱或电网调频调峰工况，自动循环执行；AI助手生成测试步骤、解答疑问；支持中英日俄多语言与多地区时间格式，适配国际化需求。

大功率电解槽测试系统功能

表3 电解槽测试系统功能

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Kewell大功率电解槽测试系统产品系列

Kewell 电解槽测试系统产品谱系

Kewell电解槽测试系统产品谱系涵盖PEM/ALK/AEM/SOEC多种类型，同时满足大功率电解槽测试需求，并可根据客户需求，在上述产品系列的基础上，提供定制化服务。

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Kewell大功率电解槽测试系统现场应用案例

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总结

在绿氢产业发展中，电解槽已实现MW级工业应用，而大功率电解槽测试是其开发与验证的必要环节—开发阶段需通过全尺寸短槽测试聚焦核心验证、降低成本与风险、加速迭代，验证阶段则需整槽测试应对绿电波动工况；叠加行业对边界/极限工况/耐久数据的需求、企业招标对整槽测试能力的明确要求，以及国家标准的推动，构建MW级测试平台已成为电解槽研发企业与第三方检测机构的必然趋势。

大功率电解槽测试系统与传统制氢系统差异显著，在多维度做了调整：兼容性上，常采用最高适配IGBT电源，适配不同类型、尺寸的电解槽；功能上，具备高精度控温、高动态响应及多维度精准测点；安全上，开展HAZOP/LOPA评估并配备SIS/GDS系统；软件上，支持自动化脚本、自动报表、标准调用及风光模拟等功能。

东升国际在电解槽测试装备领域成果突出，不仅构建了覆盖PEM、ALK、AEM和SOEC四大类型的测试系统产品谱系，还成功交付多套MW级及以上测试设备，成为目前国内 MW 级电解槽测试平台交付案例最丰富的企业。此外，东升国际还可提供符合国内外等标准的BOP原型系统开发服务，为绿氢产业规模化发展提供支撑。

参考出处：

[1] C. I. Bernäcker et al, A Powder Metallurgy Route to Produce Raney®-Nickel Electrodes for Alkaline Water Electrolysis, 2019 J. Electrochem. Soc. 166 F357A

[2]Tsotridis, G. and Pilenga, A., EU harmonised protocols for testing of low temperature water electrolysers, EUR 30752 EN, Publications Office of the European Union, Luxembourg, 2021, ISBN 978-92-76-39266-8, doi:10.2760/58880, JRC122565

[3]双良新能源微信公众号—《国际权威认证｜双良2000Nm³/h电解槽获得测试报告》

[4]阳光电源官网—氢能装备—优势特点

[5]上海电气微信公众号—《上海电气牵手TÜV莱茵提供电解水制氢全方位测试及行业认证服务》

[6]清华四川能源互联网研究院微信公众号—《清华四川院联合共建的大型碱性电解水制氢机组稳暂态特性试验检测平台入选国务院国资委重要名录》

[7]氢能联盟CHA微信公众号—《国际领先！我国电解水制氢装备检测核心技术取得重大突破》

[8]彭州绿氢中心微信公众号—《解决电解槽零部件产品验证难题，彭州绿氢中心试点运行》

[9]中国电力报微信公众号—《我国可再生能源电解水制氢装备实现新突破！》

[10]FCW:McPhy Italy Makes Major Advancements in Electrolyzer Testing (fuelcellsworks.com)

[11]FCW:MegaWatt Test Centre Produces Its First Green Hydrogen (fuelcellsworks.com)

[12]Bollmann, Jonas & Sudhagar, Pitchaimuthu & Kühnel, Moritz. (2023). Challenges of Industrial-Scale Testing Infrastructure for Green Hydrogen Technologies. Energies. 16. 3604. 10.3390/en16083604

[13]IEC61511:2016 Functional safety-Safety instrumented systems for the process industry sector

[14]CCPS. Layer of Protection Analysis—Simplified Process Risk Assessment. New York: American Institute of Chemical Engineers, Center for Chemical Process Safety, 2001

[15]AQ/T 3054-2015《保护层分析（LOPA）方法应用导则》

[16]GB/T 50493-2019《石油化工可燃气体和有毒气体检测报警设计标准》

[17]GB/T 50770-2013《石油化工安全仪表系统设计规范》