在可再生能源制氢加速发展的背景下，制氢装备能否有效适应波动性绿电输入，已成为绿氢技术走向规模化应用的关键环节。质子交换膜（PEM）电解槽因具备高电流密度、快速启动和优良动态响应等优势，被广泛认为是面向风光耦合制氢的重要技术路线。然而，上游电源波动所引发的冷热启动与频繁变载，将直接影响系统的效率、动态稳定性及服役寿命。为应对该挑战，本研究针对PEM电解槽系统开展了深入的实验研究。该研究通过构建系统化的实验平台，对PEM电解槽在冷启动、热启动及复杂负载调节过程中的动态特性进行了全面刻画。研究利用熵权法与TOPSIS综合评价方法，建立了涵盖电压响应速度、能效水平及产氢率的多指标量化评价框架，揭示了不同运行策略对系统性能的影响规律。相关研究成果以“Experimental study on multi-mode start-up and dynamic characteristics of proton exchange membrane (PEM) electrolyzer system”为题，发表于期刊《The Innovation Energy》。研究由李期斌教授团队完成，研究主要结论如下：

（1）识别了冷启动过程中的最优操作路径。研究通过对比直接冷启动、单步冷启动和双步冷启动发现，单步冷启动在启动速度与运行效率之间实现了最佳平衡。其实验测得的电压上升速率为2.32 mV/s，平均效率达69.68%，产氢速率为1.324 mmol/s。这一发现证明了在冷启动初期通过合理的阶跃控制，可以有效兼顾响应速度与系统能效。

（2）揭示了热启动工况下的渐进式优势。实验结果表明，在设备具有一定热状态基础时，多步热启动策略显著优于直接热启动。多步热启动的平均效率高达71.92%，且电压上升过程更为平缓，为4.25 mV/s。这提示在实际工程中，热态下的“科学分阶段启动”比单纯追求速度更能改善系统的响应品质和稳定性。

（3）量化证实了分步负载调节在应对波动电源时的优越性。针对风光电源的骤升骤降，研究发现无论在升载还是降载过程中，分步调节策略均全面优于直接调节。特别是在降载工况下，分步调节的相对贴近度高达0.9804，而直接调节仅为0.0196。分步策略能显著减小由于电功率骤变带来的扰动幅度，对于维持系统长寿命运行具有重要意义。

（4）构建了面向工程应用的多动态工况定量评价体系。研究成功将复杂的动态实验数据纳入统一的决策框架，为PEM电解槽在不同工程场景下的运行策略优选提供了明确的定量依据。该成果有助于推动绿氢制备从传统的稳态运行向针对动态波动的精细化控制转变，为高比例可再生能源背景下的氢能系统建设提供了理论支撑和技术指南。

图1. 实验系统的原理图

文章链接：https://doi.org/10.59717/j.xinn-energy.2026.100160

作者信息：Hao Zhang, Pengyun Wang, Lin Zhao, Qibin Li*, Haoshui Yu, Tao Yang*, Jun Shen