当前，国内PEM电解水市场正处于蓬勃发展阶段，但同国外知名电解水公司（如ITM、Proton on site、Plug、Cummins等）还存在一定差距，这些差距可能表现在性能、成本、寿命等方方面面，但对于更后端的用户（如大部分风光电企业）来讲，一纸参数表则是更直观的说明。本文针对国内外PEM厂家公布的参数计算过程及意义进行剖析，以期对大部分初入此行的从业职具有一定的帮助。
以Proton on site（图1）、Cummins（图2）、Plug（图3）三家PEM电解堆厂家公布的技术参数为例，技术参数表主要涵盖用户输入参数（电堆功率、耗水量、能耗等）、产出参数（氢气产量、压力、纯度）、操作参数（启动时间、变载能力、电解堆效率、宽功率范围、去离子水品质、流量等），下文将针对这些主要技术参数的计算参数的计算过程及意义进行解读。
一、输入参数
1、电堆功率
电堆功率是衡量产氢能力与电耗的主要参数，计算较为简单，即为P（W）=输入电流*小室电压*电堆节数*电堆数量。
2、耗水量
耗水量一般指的是电解堆运行期间去离子水的消耗速率，通常包括水分解的反应消耗量、阴极渗透水（如果不循环）及水蒸发等消耗量，其中主要是水分解电化学反应的反应消耗量，其计算公式一般为q(L/h)=输入电流*18*0.001*3600*小室节数/(2*96500)，通常对于200标方电解堆，其反应耗水量在160L/h左右，需要注意的是，电解堆实际进水量是要远高于反应耗水量（通常需要200倍以上）,以满足换热等需求。
3、能耗（直流电耗）
能耗是点解堆用户最为关心的参数，其含义一般为生成1N·m3(1 atm，0℃） or 1 kg 所消耗的电能，单位通常为k Wh/Nm3 or k Wh/kg，换算公式为1 k Wh/kg =11.12 k Wh/N m3。其中，
每小时耗电量为：输入电流*单节电压*小室节数*0.001*1 kWh;
每小时产氢量： 电流*22.4*3600*小室节数/(2*96500*1000) Nm3;
因此，直流电耗=单节电压/0.4178;
可见，电解堆电耗仅与小室电压有关，与工作电流等无关，存在一定程度牺牲电解堆性能（成本）而获得较低能耗的漂亮数据的可能性，因此控制工作电密（成本）的前提下，比较能耗才具有说服力。
二、产出参数
1、氢气产量
电解堆核心目的既是产生绿氢，因此氢气产量是最为重要的参数，对各PEM电解堆供应商来说，氢气产量也是其划分产品线的主要依据。氢气产量的计算公式为电流*小室节数*22.4*3600/(2*96500*1000）Nm3，其中需要说明的是，尽管Nm3指的是1atm，0℃，但此计算公式仍适用于其他压力和温度下。
2、氢气压力
当前国外领先PEM电解槽氢气出口压力一般大于30 bar，像Plug出氢压力大于40 bar，也有部分企业采用常压出氢，如simens，高压出氢可减少后处理氢气储运等环节的周期，也更适合未来发展的需要，但也对电解槽密封提出了更高的要求，后续如果读者有需要，可当前各厂商的密封方式进行介绍。
3、氢气纯度
电解槽阴极出口氢气通常含有膜透过水、氧气及极少量N2，未经纯化的氢气纯度通常在三个九左右，需经进一步纯化过程才能直接应用。其中，阴极水排出量对电解堆设计较为重要，氢中氧含量对系统安全至关重要，需相应仪表实时检测。
三、操作参数
1、启动时间及变载能力
当前，主要厂商公布的冷启动时间小于5 min，本人暂时对启动时间及变载能力这两个参数还不太明晰，是否是指开机至额定制氢能力下的时间（包含达到操作温度）,如有专业人士，烦请评论区告知，不胜感谢。
2、电解堆效率
电解水相关的效率对不同空间环节存在一定差异，通常包括法拉第效率（实际产氢量与理论产氢量比值，与膜渗透相关）、电压效率（定义为热中性电压与实际电压比值，其中主要表示了极化的影响，对热中性电压等相关知识如有需要可在后续中连载），直流效率（综合考虑法拉第效率及电压效率，实值为两者乘积，也是应该在stack技术参数中明确标明的stack效率），系统效率则包含了后续BOP的环节的损耗，是整个制氢系统的重要参数。
由于法拉第效率通常接近于1，因此电压效率与直流效率较为接近，电压效率 计算公式为=热中性电压（温度相关的函数，1.48V左右）/单节电压，如对于单节电压为1.8V的电解堆，其直流效率接近82.2%。
结合一.3中对直流电耗的描述，两者仅与单节电压相关，可得，
直流效率=3.54/直流电耗。
3、宽功率范围
宽功率范围，顾名思义，为功率最小至最大的区间范围，可由一.1中电堆功率计算公式得出，也是最大制氢量能力的表现，同时也是制定自家额定工作点的重要参考，如proton on site 上限功率100%，Cummins 125%，国内电解堆厂商治臻公布的为150%，主要影响因素是电压、电流上限对电解堆的影响。
4、去离子品质及流量
由于PEM电解堆膜及催化剂的特性，对反应物水的品质有较高的要求，主要是金属离子对膜的影响。主要参数是电阻率（电导率），通常标准有ISO 3696 Grade 1、ASTM D1193 Type等。
去离子水流量主要作用是提供反应物及满足换热需求，提供反应物可参考一.2耗水量计算；满足换热需求是去离子水的主要作用，通常是耗水量的数百倍，如下图中Giner公司（已被Plug收购）250kW的去离子水量为240L/min，后续如有需要可进行换热这一环节的专项解读。
注：本文限于作者知识水平的局限，出现差错烦请读者指正。另，本文仅代表作者个人看法，不代表作者服务公司的观点。
原文始发于微信公众号（PEM水电解）：【干货】PEM电解堆参数说明详解
