电力储能用固定式金属氢化物储氢装置充放氢性能试验方法征求意见

近日，中电联发布关于征求中电联标准《电力储能用固定式金属氢化物储氢装置充放氢性能试验方法》意见的函，

电力储能用固定式金属氢化物储氢装置充放氢性能试验方法(征求意见稿)

前 言

本部分依据GB/T 1.1-2009《标准化工作导则 第1部分：标准的结构和编写》给出的规则起草。

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本标准由全国电力储能标准化技术委员会提出并归口。

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本标准首次发布。

本部分在执行过程中的意见或建议反馈至中国电力企业联合会标准化管理中心(北京市白广路二条一号，100761)

电力储能用固定式金属氢化物储氢装置充放氢性能试验方法

1 范围

本标准规定了电力储能用固定式金属氢化物储氢装置的气密性、额定储氢容量、额定充氢速率、额定放氢速率、充氢、放氢和充放氢循环试验方法。

本标准适用于电力储能用固定式金属氢化物储氢装置，包括空气换热型和液体换热型金属氢化物储氢装置。

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，仅所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/T 24499 氢气、氢能与氢能系统术语

GB/T 3634.2 氢气 第2部分：纯氢、高纯氢和超纯氢

GB/T 16943 电子工业用气体 氦

3 术语和定义

GB/T 24499界定的以及下列术语和定义适用于本标准。

3.1

金属氢化物储氢装置 metal hydride hydrogen storage system

以金属氢化物作为储氢介质的储氢装置，包含有储氢容器、氢气管路、阀门、泄压装置、换热部件、监测部件及其他附属配件。

3.2

额定充氢压力 rated ging pressure

金属氢化物储氢装置的许用充氢压力。

3.3

额定储氢容量 rated hydrogen storage capacity

在规定的试验条件下，金属氢化物储氢装置所能提供的氢气量。

3.4

额定充氢速率 rated ging rate

金属氢化物储氢装置能持续恒速率充氢80%额定储氢容量的最大恒流充氢速率。

3.5

额定放氢速率 rated disging rate

金属氢化物储氢装置能持续恒速率放氢80%额定储氢容量的最大恒流放氢速率。

4 试验条件

4.1 一般要求

4.1.1 试验应使用完全活化的金属氢化物储氢装置。

4.1.2 储氢装置充氢所用氢气纯度应达到GB/T 3634.2规定的纯氢要求。

4.1.3 试验环境温度应在25±5℃之间。

4.1.4 试验场所的照明、供水、供电、供气系统等满足试验要求。

4.1.5 试验场所应整洁、安全，有必要的安全警示标志，试验区域应进行有效隔离。试验场所应有必要的防护用品。

4.2 试验仪器设备要求

试验仪器设备应按规定检验合格。需进行法定检验的，应当经法定检验合格，并且在检验有效期内。试验仪器设备应符合下列具体要求：

4.2.1 氢气质量流量控制器的精度不低于±(1%Rdg + 0.2%F.S.)，重复性不低于0.2%F.S.。

4.2.2 压力传感器的精度不低于±0.5%F.S.。

4.2.3 冷热源装置的控温精度不低于±1℃。

4.2.4 真空泵的极限压力不低于10−2mbar。

5 气密性试验

5.1 试验要求

5.1.1 金属氢化物储氢装置的气密性应采用氦气保压法进行试验。

5.1.2 在气密性试验前，应将储氢装置完全放氢。

5.1.3 气密性试验应在1.05倍的额定充氢压力下进行。

5.1.4 所用氦气纯度应满足GB/T 16943中高纯氦的要求。

5.2 试验准备

按照图1所示的示意图将金属氢化物储氢装置与高压氦气源、减压阀、真空泵、压力传感器、热源等设备相连。

图1 气密性试验的仪器设备连接示意图

5.3 试验步骤

5.3.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置，按照以下试验步骤进行：

a)关闭阀门V1、V2、V3。

b)打开真空泵，并缓慢打开阀门V2，对储氢装置抽真空24小时以上。

c)关闭阀门V1、V2、V3，将减压阀出口压力设置为1.05倍额定充氢压力。

d)打开阀门V1，对储氢装置充氦气至1.05倍额定充氢压力，恒压保持1小时后，关闭阀门V1，开始记录压力传感器的数值，记录时长24小时以上。

5.3.2 对于液体换热型金属氢化物储氢装置，按照以下试验步骤进行：

a)关闭阀门V1、V2、V3。

b)打开真空泵，并缓慢打开阀门V2，对储氢装置抽真空，同时，打开阀门V3，为储氢装置提供换热热源，热源温度设置为储氢装置的放氢温度。抽真空放氢时间为24小时以上。

c)关闭阀门V1、V2、V3，将减压阀出口压力设置为1.05倍额定充氢压力。

d)打开阀门V1，对储氢装置充氦气至1.05倍额定充氢压力，恒压力保持1小时后，开始记录压力传感器的数值，记录时长24小时以上。

e)试验完成后，及时抽净氦气，并置换为氢气。

5.4 合格指标

金属氢化物储氢装置在氦气保压过程中，应无压力下降。

6 额定储氢容量试验

6.1 试验准备

6.1.1 按照图2所示的连接示意图将金属氢化物储氢装置与高压氢气源、减压阀、氢气质量流量控制器、压力传感器、冷热源等仪器设备连接起来。

6.1.2 对气路系统进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄露。

图2 额定储氢容量试验的仪器设备连接示意图

6.2 试验步骤

6.2.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置，按照以下试验步骤进行：

a)关闭阀门V1、V2、V3，将减压阀1出口压力设置为额定充氢压力。

b)打开阀门V1，对储氢装置充氢至额定充氢压力，恒压保持5小时后，关闭阀门V1。

c)调节减压阀2出口压力为0.2兆帕，打开阀门V2。

d)设定氢气质量流量控制器的流量控制值为100标准升每分钟，打开阀门V4开始放氢，同时开始记录瞬时流量值、压力值、放氢时间等数值。

e)当放氢流量降至1标准升每分钟时，关闭阀门V2、V4，停止放氢。

f)采用积分法计算储氢装置的累积放氢量，即为额定储氢容量。

6.2.2 对于液体换热型金属氢化物储氢装置，按照以下试验步骤进行：

a)将冷源的温度调至储氢装置的充氢温度，并打开阀门V3为储氢装置提供冷源，并恒温1小时以上。

b)关闭阀门V1、V2、V4，将减压阀1出口压力设置为额定充氢压力。

c)打开阀门V1，对储氢装置充氢至额定充氢压力，恒压保持5小时后，关闭阀门V1，同时关闭冷源和阀门V3。

d)开启热源，将热源温度设定为储氢装置的放氢温度。

e)调节减压阀2出口压力为0.2兆帕，打开阀门V2。

f)设定氢气质量流量控制器的放氢流量控制值为100标准升每分钟，打开阀门V4开始放氢，同时开始记录瞬时流量值、压力值、放氢时间等数值。

g)当储氢装置内部压力值下降至1兆帕时，打开阀门V3为储氢装置提供热源。

h)当放氢流量降至1标准升每分钟时，关闭阀门V2、V4，停止放氢。

i)采用积分法计算储氢装置的累积放氢量，即为额定储氢容量。

7 额定充氢速率试验

7.1 试验要求

7.1.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置，直接在试验环境温度下进行测定;对于液体换热型金属氢化物储氢装置，应提供储氢装置充氢和放氢所需的冷源和热源。

7.1.2 试验前，应将储氢装置完全放氢。

7.2 试验准备

7.2.1 按照图3所示的连接示意图将金属氢化物储氢装置与高压氢气源、减压阀、充氢用氢气质量流量控制器、压力传感器、真空泵、冷热源等仪器设备连接起来。

7.2.2 对气路系统进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄露。

图3 额定充氢速率测定的仪器设备连接示意图

7.3 试验步骤

a)将金属氢化物储氢装置完全放氢，具体按照“5.3.1(a−b)”和“5.3.2(a−b)”的流程进行操作。

b)减压阀的出口压力设置为储氢装置的额定充氢压力，充氢用氢气质量流量控制器的流量值设置为某一数值，同时用该氢气流量对储氢装置进行恒速率充氢。当实际充氢速率低于设定值98%时，停止充氢，并用积分法计算恒流充氢容量，求得其与额定储氢容量的比值。

c)若恒流充氢容量与额定储氢容量的比值大于81%，则提高恒流充氢流量值，重复步骤a−b继续进行试验;若恒流充氢容量与额定储氢容量的比值低于79%，则降低恒流充氢流量值，重复步骤a−b继续进行试验;当恒流充氢容量与额定储氢容量的比值在79−81%范围内时，则停止试验，该恒流充氢流量值即为储氢装置的额定充氢速率。

8 额定放氢速率试验

8.1 试验要求

8.1.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置，直接在试验环境温度下进行测定;对于液体换热型金属氢化物储氢装置，应提供储氢装置充氢和放氢所需的冷源和热源。

8.1.2 试验前，应将储氢装置充氢至额定充氢压力。

8.2 试验准备

8.2.1 按照图2所示的连接示意图将金属氢化物储氢装置与高压氢气源、减压阀、氢气质量流量控制器、压力传感器、冷热源等仪器设备连接起来。

8.2.2 对气路系统进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄露。

8.3 试验步骤

a)将金属氢化物储氢装置充氢至额定充氢压力，具体按照“6.2.1(a−b)”和“6.2.2(a−b)”的流程进行操作。

b)用某一放氢流量值对储氢装置进行恒速率放氢。当实际放氢速率低于设定值98%时，停止放氢，并用积分法计算恒流放氢容量，求得其与额定储氢容量的比值。

c)若恒流放氢容量与额定储氢容量的比值大于81%，则提高恒流放氢流量值，重复步骤a−b继续进行试验;若恒流放氢容量与额定储氢容量的比值低于79%，则降低恒流放氢流量值，重复步骤a−b继续进行试验;当恒流放氢容量与额定储氢容量的比值在79−81%范围内时，则停止试验，该恒流放氢流量值即为储氢装置的额定放氢速率。

9 充氢试验

9.1 试验要求

9.1.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置的充氢试验，直接在试验环境温度下进行充氢性能试验;对于液体换热型金属氢化物储氢装置的充氢试验，应提供换热冷源。

9.1.2 应在额定充氢速率下进行充氢性能试验。

9.1.3 试验前，应将储氢装置完全放氢。

9.2 试验准备

9.2.1 按照图3所示的连接示意图将金属氢化物储氢装置与高压氢气源、减压阀、充氢用氢气质量流量控制器、压力传感器、真空泵、冷热源等仪器设备连接起来。

9.2.2 对气路系统进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄露。

9.3 试验步骤

a)将金属氢化物储氢装置完全放氢，具体按照“5.3.1(a−b)”和“5.3.2(a−b)”的流程进行操作。

b)对于空气换热型金属氢化物储氢装置的充氢试验，应先将储氢装置在试验环境温度下放置5小时以上，以确保储氢装置的温度与试验环境温度一致，再进行充氢试验;对于液体换热型金属氢化物储氢装置的充氢试验，应将充氢用换热冷源连接到储氢装置，并按充氢温度设置冷源温度。

c)开启充氢用氢气质量流量控制器，根据储氢装置的额定充氢速率设定充氢流量值，然后开启储氢装置充氢阀门以开始充氢试验，同时记录充氢时间、瞬时充氢速率、储氢装置内部压力值。

d)当实际充氢速率降至额定充氢速率的5%时，停止充氢。

e)利用积分法计算储氢装置的恒速率充氢容量和停止充氢时的总充氢容量。

10 放氢试验

10.1 试验要求

10.1.1 对于空气换热型储氢装置，直接在试验环境温度下进行放氢试验;对于液体换热型金属氢化物储氢装置的放氢试验，应提供放氢用换热热源。

10.1.2 应在额定放氢速率下进行放氢试验。

10.1.3 放氢试验前，应将储氢装置充氢至额定充氢压力。

10.2 试验准备

10.2.1 按照图2所示的连接示意图将金属氢化物储氢装置与高压氢气源、减压阀、氢气质量流量控制器、压力传感器、冷热源等仪器设备连接起来。

10.2.2 对气路系统进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄露。

10.3 试验步骤

a)将金属氢化物储氢装置充氢至额定充氢压力，具体按照“6.2.1(a−b)”和“6.2.2(a−b)”的流程进行操作;

b)对于空气换热型金属氢化物储氢装置的放氢试验，应先将储氢装置在试验环境温度下放置5小时以上，以确保储氢装置的温度与试验环境温度一致;对于液体换热型金属氢化物储氢装置的放氢试验，应将放氢用换热热源连接到储氢装置，并按放氢温度设置热源温度。

c)开启放氢用氢气质量流量控制器，根据储氢装置的额定放氢速率设定放氢流量值，然后开启储氢装置放氢阀门以开始放氢试验，同时记录放氢时间、瞬时放氢速率、储氢装置内部压力值。

d)当实际放氢速率降至额定放氢速率的5%时，停止放氢。

e)利用积分法计算储氢装置的恒速率放氢容量和停止放氢时的总放氢容量。

11 充放氢循环试验

11.1 试验要求

11.1.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置的循环试验，直接在试验环境温度下测试循环性能;对于液体换热型金属氢化物储氢装置的循环试验，应提供充氢用换热冷源和放氢用换热热源。

11.1.2 在一个循环充放氢过程中，应先将储氢装置充氢至额定充氢压力，再采用额定放氢速率进行恒速率放氢。

11.2 试验准备

11.2.1 按照图2所示的连接示意图将金属氢化物储氢装置与高压氢气源、减压阀、氢气质量流量控制器、压力传感器、冷热源等仪器设备连接起来。

11.2.2 对气路系统进行气密性检查，确保检测气路无氢气泄露。

11.3 试验步骤

11.3.1 对于空气换热型金属氢化物储氢装置，按以下步骤进行试验：

a)将储氢装置在试验环境温度下放置5小时以上，以确保储氢装置的温度与试验环境温度一致。

b)将储氢装置充氢至额定充氢压力，并恒压保持1小时，关闭充氢阀门以结束充氢。充氢完成后，打开放氢用氢气质量流量控制器，采用额定放氢速率对储氢装置放氢，同时记录循环次数、放氢时间、瞬时放氢速率、储氢装置内部压力值。当实际放氢速率低于额定放氢速率98%时，停止放氢。

c)利用积分法计算储氢装置在该次循环下的恒速率放氢容量。

d)重复步骤(a−c)，当某次的恒速率放氢容量低于首次的恒速率放氢容量80%时，停止循环试验。循环次数即为储氢装置的循环寿命。

11.3.2 对于液体换热型金属氢化物储氢装置，按以下步骤进行试验：

a)将储氢装置与充氢用换热冷源连接，然后将储氢装置充氢至额定充氢压力，并恒压保持1小时。

b)断开换热冷源，将储氢装置与放氢用换热热源连接，换热温度设置为储氢装置的放氢温度。

c)打开放氢用氢气质量流量控制器，采用额定放氢速率对储氢装置放氢，同时记录循环次数、放氢时间、瞬时放氢速率、储氢装置内部压力值。当实际放氢速率低于额定放氢速率98%时，停止放氢。

d)利用积分法计算储氢装置在该次循环下的恒速率放氢容量。

e)重复步骤(a−d)，当某次的恒速率放氢容量低于首次的恒速率放氢容量80%时，停止循环试验。循环次数即为储氢装置的循环寿命。