水电解是制氢中最清洁的方法之一。这个过程一般分为三种方法，碱性电解，固体氧化物电解和质子交换膜（PEM）电解1。这些方法中的每一种都有其优点和缺点，必须根据不同的条件进行选择。在这个项目中，PEM电解用于生产氢气。其原因是这种方法的优越性，可以满足该项目的条件。起初，PEM电解的积极特性，包括高效率，高电流密度，高纯度的产氢和更高的产氢率，是选择的原因。选择此方法的另一个原因是其快速响应2。风能随着时间的推移不断波动。因此，为了避免发电机生产力的损失及其瞬间转化为氢气，应将快速方法与风力系统相结合。另一方面，较低的工作温度消除了对高温热源的需求，这在即时生产中也很重要。

风能生产系统涵盖范围很广。总的来说，基于风力涡轮机的系统已经在这一领域确立了多年的地位。风力涡轮机有不同的类别，其中一个类别是涡轮机轴。根据涡轮转子轴的取向，它们分为两类：水平轴和垂直轴。从小型到大型涡轮机，这两个类别都是在实验级和工业级生产和供应的3.这两种类型的选择应基于不同的条件。一般来说，水平轴风力涡轮机（HAWT）的优点是效率更高，发电量更大4;但另一方面，由于其复杂性增加，它们的实施和运营成本会增加。因此，垂直轴风力涡轮机（VAWT）通常用于家用机。它们的优点包括需要更小的基础、更低的建筑成本、由于涡轮发电机位于地面上而更容易维护以及噪音更小。这使它们成为城市环境和靠近住宅的更合适的选择5.

在这个项目中，目标是满足家庭的能源需求。空间限制以及涡轮机与家庭环境的接近导致在设计中考虑垂直轴涡轮机。

如前所述，风能是一种不稳定的能源，其生产必须立即进行。为此，对于未连接到电网的家用秤，储能系统是系统的基本支柱之一。存储风能有不同的方法，包括电池、飞轮等。6;但氢作为一种多功能能源载体，被选中来满足家庭对电力、天然气和汽车燃料的需求。通过这种方式，通过以氢气的形式存储风能，在很大程度上消除了两种系统的缺点，并满足了家庭的能源需求。

结合风能和电解水这两个想法是一个有吸引力的想法，多年来一直引导研究人员进行创新。在这个项目中，该方法与过去研究略有不同。想象一下，一个家庭每天需要一定的能量。必须建立什么条件才能提供这种能量？基本上，在这个项目的设计中已经考虑了向后看。这意味着最终目标是一定数量的能源生产量;因此，在此基础上，已经确定了所需的氢气量，电解槽的尺寸，风力涡轮机的尺寸，最后是风速的轮廓。本文提出了一系列概念来解决这个问题，“我们能可靠地看待风能吗？

第一步，问题已经得到解答，我应该有什么风廓线才能每天获得这么多的氢气或能量？这个问题已经通过使用具有伽马分布的随机数确定风廓线来研究。

在下一步中，研究了风源的类型，并提出了从每种风源中提取能量的解决方案。

在下一阶段，检查风力部门的组成部分，包括涡轮机和发电机的类型，为该项目选择最合适的类型。

在下一阶段，研究了PEM电解槽的工作条件及其最佳值。此外，还提出了一种延长细胞寿命的解决方案。

最后，开发了一种工作算法来计算分步制氢小工厂设计。该算法是完全开放的，可以针对更复杂的条件进行开发。该算法的代码是用Python编程语言编写的，这使得它更容易开发。

氢气迷你工厂

太阳能和风能是两种可再生能源，在世界大部分地区都可以找到。它们的强度和强度取决于各种因素。在住宅区以外的自然环境中，通常由于缺乏城市污染和高层建筑，可以很容易地获得太阳能。但另一方面，风能有些不可预测。所以今天，即使在高速公路周围，也可以找到一种强大而高效的风流14.此外，高层建筑通常会产生在其周围吹动的风道15.因此，与太阳辐射不同，即使在密集的城市环境中也可以发现风。出于这个原因，风的这种独特功能使其成为每个人都可以使用的资源。此外，世界上的一些地区，从伊朗的纳什蒂凡到英国的苏格兰，都有强大而永久的风流，这是能源生产的明确来源。

生产氢气的一般条件假设无法获得清洁水。因此，只有在风能的帮助下，必须提供蒸馏水来产生氢气，然后由PEM电解槽产生氢气。

要找到地球上某个点的风功率，有不同的解决方案，其中最准确的是借助风速计测量风速和风向16.该项目的隐藏目标是在世界任何地方建立一个生产工厂;因此，设计了一个通用过程来计算系统的整体尺寸，以便可以根据条件针对每种特定情况进行定制。

Azig D. Hydrogen mini-Factory for domestic purposes (wind version). Sci Rep. 2023 Aug 12;13(1):13154. doi: 10.1038/s41598-023-40205-6. PMID: 37573376.