本文发表在《全球能源互联网》2022年第5期“综合智慧能源关键技术”专题上，欢迎点击品读。受国家重点研发计划项目（2021YFE0191200）、浙江省重点研发计划（2021C01100）资助。

随着用户负荷需求的多样化以及可再生能源电力的大规模并网，电力系统的平衡调节压力日益凸显。氢储能是一种实现电、氢/氢基燃料之间灵活高效转换的电化学技术，其长周期储能特性（时间灵活性）以及储能介质的多领域应用（空间灵活性）可为电网调频提供新思路。电解池作为氢储能的核心器件，包含碱性电解池（alkaline electrolysis cell，AEC）、质子交换膜电解池（proton exchange membrane electrolysis cell，PEMEC）以及高温固体氧化物电池（reversible solid oxide cell，RSOC）多种技术路线，其中RSOC技术依靠其可逆运行、低成本、高效率等特性，具备了在电力调频服务市场规模化推广的潜力。基于上述情况，本文针对一种新型内嵌微流道的扁管式RSOC电堆，从动态响应以及长时间运行2个角度进行试验分析，以期为RSOC电堆在调频场景下的控制应用提供相关指导。

首次从调频应用的角度，分析了当前RSOC电堆层级面临的动态响应问题和长周期功率输出可靠性问题。进一步通过试验获取了RSOC电堆稳、动态以及长周期运行性能指标，基于试验结果给出了相关控制参量的选择建议与调频场景应用结论，能够为RSOC电堆在电力辅助服务市场的控制策略设计提供相关指导。

良好的电化学动态响应性能以及功率输出的长期耐久性是高温可逆固体氧化物电池（reversible solid oxide cell，RSOC）应用于调频等电力辅助服务的技术基础。针对一种新型内嵌微流道的扁管式电堆，从调频控制的角度，试验考察了RSOC电堆的发电/电解工作控制特性、负荷动态响应特性以及长时间运行衰减特性。结果表明，新型电堆燃料传质特性良好，可优先选择氢气流量、水氢比、工作温度等参数实现对应发电/电解模式下的调频应用控制。在温度控制不变的情况下，动态试验表明了新型电堆受传质/传热影响，电压弛豫时间难以达到秒级，单一电参量的调控难以满足调频控制精度需求，需要进行电压环、电流环的串级控制，才可实现精准调频。可靠性方面，相较单电解工作模式，发电/电解工作模式反复切换下，新型电堆出现了工作性能优化现象，故认为通过合理的工作模式切换策略，RSOC电堆可用于长期可逆动态运行工况，满足辅助调频的寿命要求。

RSOC电堆实验主要分为电堆可控变量影响分析、动态响应分析以及长时间运行衰减分析三大类。发电模式下，不同可控变量对电堆运行性能的影响对比：

⬆ 图1  不同氢气流量、空气流量及温度工况下I-V扫描曲线对比

电解模式下，不同可控变量对电堆运行性能的影响对比：

⬆ 图2  不同水氢比、温度、燃料侧流量工况下I-V扫描曲线对比

电流负荷在阶跃变化条件下，电堆电压的动态响应特性曲线：

⬆ 图3  电流连续阶跃变化电堆动态响应曲线

电流负荷在斜坡变化下，电堆电压的动态响应特性，并进行了不同变化速率下的响应特性对比：

⬆ 图4  电流不同变化速率下电堆动态响应曲线

长周期运行下，电堆工作模式切换运行与单一模式运行条件下对应的电压衰减实验对比：

⬆ 图5  长时间运行电堆电压响应曲线对比

 研究团队