Kesimpulan: Pada kombinasi kondisi operasi yang paling menuntut, yang melibatkan beban parsial dan operasi bertekanan, desain sirkuit shunt harus diterapkan, bersama dengan penerapan strategi yang efisien untuk keseimbangan tingkat dan konsentrasi cairan agar konsentrasi kotoran tetap berada dalam batas aman. Penelitian menunjukkan bahwa adaptabilitas sirkulasi elektrolit bersama terhadap kombinasi kondisi operasi ini sangat sensitif dan tidak stabil.
IV. Manajemen Pemadaman Listrik dan Tegangan Rendah
Dengan asumsi bahwa konsentrasi kotoran tetap berada dalam batas aman, sistem dapat secara singkat mentoleransi operasi di bawah batas beban bawah, tetapi tegangan elektroda harus dikontrol secara ketat:
Tegangan proteksi katoda: Ketika tegangan katoda turun di bawah sekitar 0,25 V, kerusakan (seperti korosi dan pelarutan) pada bahan elektroda akan mempercepat secara signifikan.
Redundansi keamanan: Bahkan jika konsentrasi kotoran dapat dikendalikan, begitu tegangan mendekati ambang batas ini, sistem harus segera dimatikan untuk melindungi elektroda.
Tindakan penanggulangan:
Penanggulangan efek kapasitif: Struktur elektroda komposit multi-lapisan modern dapat menunjukkan efek kapasitif tertentu (setara dengan kapasitor internal yang besar). Eksperimen telah menunjukkan bahwa setelah pemadaman listrik total, efek ini dapat memperlambat laju penurunan tegangan elektroda, memberikan waktu bagi sistem untuk dimulai kembali. Data penelitian menunjukkan bahwa jika daya dapat dipulihkan dalam waktu 10 menit setelah pemadaman listrik, mungkin dapat menghindari pemadaman dan mempertahankan operasi berkelanjutan, secara signifikan meningkatkan kemampuan sistem untuk mengatasi fluktuasi sementara.
V. Kerumitan Manajemen Suhu
Operasi beban parsial juga menimbulkan tantangan besar terhadap pengendalian suhu sistem:
Rentang efisiensi optimal yang sempit: Elektrolisis alkali biasanya mencapai efisiensi optimal antara 50-80°C (dengan konduktivitas tinggi dan tidak ada kerusakan material yang signifikan).
Panas yang tidak cukup pada beban yang berkurang: Seiring dengan penurunan beban, panas reaksi (panas ohmik dan entalpi reaksi) juga berkurang. Pada suhu lingkungan yang rendah atau dengan isolasi yang tidak cukup, sistem kesulitan untuk menjaga suhu di atas minimum 50°C (yang mengorbankan efisiensi dan keamanan).
Beban tinggi dan suhu tinggi membutuhkan pembuangan panas: Pada beban penuh atau suhu lingkungan tinggi, sistem pendingin yang efektif diperlukan untuk mencegah suhu melebihi batas atas (biasanya 80-90°C) agar tidak mempercepat degradasi material atau memperburuk korosi.
VI. Strategi Eksternal untuk Mengatasi Fluktuasi Beban Parsial
Untuk secara efektif mengatasi fluktuasi daya di bawah batas beban bawah (seperti 10%-25%) dan menghindari seringnya start dan stop, sering kali diperlukan strategi eksternal agar submodul elektroliser tetap beroperasi pada beban yang lebih tinggi:
Penanganan fluktuasi daya: Integrasikan sistem penyimpanan energi (seperti baterai, superkondensor, atau roda gila) untuk meratakan fluktuasi cepat pada energi terbarukan dan memberikan input DC yang stabil.
Operasi pengelompokan tumpukan elektroliser: Bagi sistem elektrolisis besar menjadi beberapa submodul mandiri. Ketika total daya permintaan menurun, beberapa submodul dapat dimatikan (dimasukkan ke dalam mode shutdown atau standby), sambil mempertahankan operasi submodul yang tersisa mendekati beban terukur mereka.
Tantangan teknis:
Algoritma distribusi beban: secara efisien dan fleksibel mendistribusikan fluktuasi daya ke berbagai submodul.
Manajemen kondisi termal: mengelola kenaikan, penurunan, dan persyaratan isolasi suhu saat start dan stop berbagai submodul.
Pencatatan dan analisis riwayat operasional: secara akurat melacak dan mencatat waktu start-up, durasi operasi, dan kurva beban setiap submodul untuk mengevaluasi status penuaan, memprediksi masa pakai, menyusun rencana pemeliharaan yang tepat (seperti penggantian elektroda), dan mengoptimalkan strategi operasional.
