以1000Nm3/h的碱性电解水制氢电解槽为例，说明对于碱性电解槽整体的设计与计算流程。

一、设计边界：对于碱性电解槽来讲，需要输入的设计条件主要有电解槽制氢量、设计电流密度以及电解槽的有效活性面积。

      产氢量按照1000Nm3/h进行设计，产氧量为产氢量的一半，为500Nm3/h，设计电流密度按照目前常用的电流密度3000 A/cm2进行设计（可能低了一点），电解槽有效活性区域直径为200cm，温度压力为90℃、1.6MPa。三个主要的总体设计值确定后，我们就可以依据这些参数进行电解槽的总体设计和计算。
二、电解槽参数计算
1、电解小室数计算：根据设计电流密度及有效电解区域直径可计算出电解槽电流：I=i*S=3000*3.14=9420 A；制氢电解槽产氢量与电解总电流成正比（法拉第电流），可以通过总电流和制氢量设计值计算出电解槽的小室数量；首先需要清楚制取1 Nm3氢气到底需要多少电量。根据电解水的整体反应式，制取1 molH2需要2 mol的电子，2 mol电子的电荷量为2 mol * 96485 C/mol，再把这些电荷量的单位由C转换为A.h，为（2 mol * 96485 C/mol /3600 s ） A.h。标准状况下，1 molH2的体积为22.4 L，也就是0.00224 m3。综上，制取1 Nm3氢气需要的电量Q0为：
Q0=（2 mol * 96485 C/mol /3600 s ）/0.00224 m3=2380 A.h/Nm3H2（这个数据是很重要的，一定要把这个数字牢记）；假设电解槽在9420 A的电流下运行了1h，那么消耗的电量为9420 A.h，标准状况下制取1 Nm3氢气需要的电荷量为2380 A.h，那么单个小室的产氢量为：V1=9420/2380=3.95 Nm3/h
那么一台1000 Nm3/h的碱性电解槽的小室数N为N=1000/3.95=253；实际的电解槽设计中，一般小室数会取10%的余量，小室数为280个左右。
2、电解槽整体电流、电压及电功率计算值：在这小室电压取目前的经验值，在3000 A/m2的电流密度下小室电压E0取1.85 V，且电解槽采用“中间正，两边负”的接线方式，相当于140个小室串联，另外140个小室串联，这两套140个小室之间是并联关系，关系如下图所示。

*那么电解槽的总电压E为：E总=140*1.9=266 V；电解槽总电流I为：I总=9420*2=18840 A；电解槽总功率P为：P总=E总*I总=266*18840=5.01 MW也就是说1台1000Nm3/h的碱性电解槽功率为5 MW，制氢的直流电耗为5 kW.h/Nm3H2。

3、耗水量：根据反应式的质量守恒，生成1mol H2需要消耗1 mol水，那么生成 1Nm3 H2需要消耗的反应水的体积为0.8 L，那么整体电解槽的反应水消耗量为800 L/h。单个电解小室的反应水耗量为2.85 L/h。

三、设计参数分析

1、电解槽的直流电耗只和小室电压有关。根据标准GB3211-2015，电解槽单位直流能耗值Wd（kW.h/Nm3）为Wd=2390*E0/1000；电解槽直流电耗的数值只和小室电压E0有关，小室电压越高，电解槽的直流电耗越高。以此降低电解槽能耗的优化思路就是在保持相同的操作电流密度下，想办法降低小室的电压。可以从减低阴阳极的电化学极化、降低接触电阻和欧姆极化等方面入手，这些在之前的文章中都有详细的阐述。

2、电解槽的最低直流电耗能到多少？

电解水的热中性电压为1.48 V，此时电解槽的效率为100%，对应的电解槽直流电耗为3.4 kW.h/Nm3。这个数据也希望大家记住，甄别一些吹牛吹过头的电解槽厂家。

3、如何减少电解槽的小室数量？目前在开发更大出力的电解槽方面（2000-3000 Nm3/h），更多的解决办法是采用大量小室的堆叠，但是这种方法会导致电解槽的设备体积过大，而且小室过多也会在密封和压紧方面带来问题，电解槽靠近中间极板的部分在重力的作用下有向下位移的趋势。