DE102010028823A1 - Demand-dependent control and/or grading of output power of energy-powered energy converter by geothermal and/or regenerative energy, where energy converter converts electrical energy into hydrogen in process powered by water electrolysis - Google Patents

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Abstract

The method for demand-dependent control and/or grading of an output power of energy-powered energy converter by geothermal and/or regenerative energy, is claimed. The energy converter converts an electrical energy into hydrogen in a process powered by water electrolysis, where the hydrogen is converted to a hydride with a carrier material (2) to be supplied to consumer via a pump. The hydrogen is produced in a high pressure electrolyzer (4a) and the carrier material is hydrogenated in an autoclave. The method for demand-dependent control and/or grading of an output power of energy-powered energy converter by geothermal and/or regenerative energy, is claimed. The energy converter converts an electrical energy into hydrogen in a process powered by water electrolysis, where the hydrogen is converted to a hydride with a carrier material (2) to be supplied to consumer via a pump. The hydrogen is produced in a high pressure electrolyzer (4a) and the carrier material is hydrogenated in an autoclave. The hydrogen produced by the electrolyzer is used under exploitation of the pressure in the autoclave for loading of the carrier material. An exchange of the carrier material and hydride takes place between consumers and autoclave simultaneously in the mutual exchange. An independent claim is included for a device.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erzeugen und Speichern von Wasserstoff für stationären und instationären Verbrauch nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.The invention relates to an apparatus and a method for generating and storing hydrogen for stationary and transient consumption according to the preamble of the first claim.

Nach dem Stand der Technik kann in einem Hochdruck-Elektrolyseur, insbesondere mit regenerativ erzeugtem Strom, Wasserstoff erzeugt werden. Weiterhin kann nach dem Stand der Technik ein flüssiges Hydrid in einem Autoklav, insbesondere mit regenerativ erzeugtem Wasserstoff, beladen werden. Auf diese Weise kann kohlendioxidfrei erzeugter Wasserstoff in chemisch gebundener Form bei Umgebungsdruck und Umgebungstemperatur dauerhaft gespeichert und transportiert werden. Die erforderlichen Einzelkomponenten, Autoklav und Hockdruck-Elektrolyseur, sind heutiger industrieller Standard.According to the prior art, hydrogen can be generated in a high-pressure electrolyzer, in particular with regeneratively generated electricity. Furthermore, according to the prior art, a liquid hydride can be loaded in an autoclave, in particular with regeneratively produced hydrogen. In this way, carbon dioxide-free generated hydrogen can be permanently stored and transported in chemically bound form at ambient pressure and ambient temperature. The required individual components, autoclave and high-pressure electrolyzer, are today's industrial standard.

Ein Autoklav ist ein gasdicht verschließbarer Druckbehälter, der für die thermische Behandlung von Stoffen im Überdruckbereich eingesetzt wird. Generell werden Vorgänge, bei denen Gase unter Druck zur Reaktion gebracht werden müssen, in Autoklaven durchgeführt, auch zum Beispiel die Hydrierung mit Wasserstoff.An autoclave is a gas-tight sealable pressure vessel, which is used for the thermal treatment of substances in the overpressure range. In general, processes in which gases have to be reacted under pressure are carried out in autoclaves, for example hydrogenation with hydrogen.

Ein Hochdruck-Elektrolyseur, zum Beispiel mit der Spezifikation Leistung: 5 kW, max. Druck: 120 bar, Temperatur: 80°C, zerlegt Wasser mittels elektrischem Strom und produziert reinen Wasserstoff mit einem Wirkungsgrad von etwa 90%.A high-pressure electrolyzer, for example with specification Power: 5 kW, max. Pressure: 120 bar, temperature: 80 ° C, decomposes water by means of electricity and produces pure hydrogen with an efficiency of about 90%.

Damit können die energetischen Funktionen von Wasserstoff, dessen Speicherfähigkeit und dessen Transportfähigkeit, für folgende Einsatzfelder genutzt werden:
Die Speicherung großer Mengen fluktuierenden Solarstroms sowohl in Inselsystemen als auch im Gesamtsystem, wenn sehr hohe regenerative Anteile gewünscht sind und konventionelles Lastmanagement oder Speicherung nicht mehr ausreicht.
Thus, the energetic functions of hydrogen, its storage capacity and its transportability, can be used for the following applications:
The storage of large amounts of fluctuating solar power both in island systems and in the overall system, when very high regenerative shares are desired and conventional load management or storage is no longer sufficient.

Der Transport solarer Energie über größere, interkontinentale Distanzen.The transport of solar energy over larger, intercontinental distances.

Die Forderung nach Null-Emission entweder in lokalen Bereichen oder im gesamten Energiesystem (CO2-freies Energiesystem). Dies erfordert die Versorgung von Nutzern auch in Bereichen, die für Strom nicht oder nur schwer zugänglich sind (z. B. Verkehr, speziell Luftverkehr; Anteile des industriellen Hochtemperaturwärmebedarfs) Kurz- und mittelfristig sind nur in diesem Einsatzgebiet Nutzungssegmente, zum Beispiel als Nischenmarkt im Verkehr, erschließbar.The demand for zero emission either in local areas or in the whole energy system (CO2-free energy system). This requires the supply of users even in areas that are difficult or impossible to access (eg traffic, especially aviation, parts of industrial high-temperature heat demand) Short-term and medium-term use segments are only in this area, for example as a niche market in the Traffic, accessible.

Die DE 10 2004 030 717 A1 beschreibt eine Vorrichtung und ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Regelung und Glättung der Ausgangsleistung eines mit geothermer und regenerativer Energie betriebenen Energie-Wandlers, wobei das Verfahren unter anderem dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus einer geothermen und regenerativen Quelle mit Energie gespeist und in einem Wandlungs-Prozess elektrische Energie umgewandelt und einem Verbraucher nebst einem mit Wasser gespeisten Elektrolyse-Prozess zugeführt wird, wobei die elektrische Energie im Elektrolyse-Prozess in Wasserstoff umgewandelt und Sauerstoff als Spaltprodukt freigesetzt wird, welcher eine Sauerstoff-Quelle speist, während mit dem Wasserstoff ein Wasserstoff-Verbraucher zu einem Teil und mit einem anderen Teil ein Synthesegas-Prozess gespeist wird. Die Vorrichtung zeichnet sich unter anderem dadurch aus, dass es sich bei der Elektrolyseur-Anlage um eine elektrochemische Zelle und um eine PEM-Brennstoffzelle handelt.The DE 10 2004 030 717 A1 describes an apparatus and method for on-demand regulation and smoothing of the output power of a geothermal and regenerative energy powered energy converter, the method being characterized inter alia by energizing it from a geothermal and regenerative source and in a conversion process electrical energy is converted and supplied to a consumer along with a water-fed electrolysis process, wherein the electrical energy in the electrolysis process is converted into hydrogen and oxygen is released as a fission product, which feeds an oxygen source, while the hydrogen is a hydrogen consumer to a part and with another part a synthesis gas process is fed. The device is characterized, inter alia, by the fact that the electrolyzer system is an electrochemical cell and a PEM fuel cell.

Allgemein ist aus regenerativ erzeugtem Strom mittels Elektrolyse hergestellter Wasserstoff mit Kostennachteilen gegenüber der konventionellen Erzeugung durch zum Beispiel Erdgasreformierung behaftet. Die heutigen Untersuchungen zu den Kosten der Erzeugung von Wasserstoff schließen die Umwandlung von regenerativ erzeugtem Strom in Wasserstoff mittels eines Elektrolyseurs ein. Weiterhin sind Leitungskosten oder Transportkosten für den Strom oder den erzeugten Wasserstoff zu berücksichtigen. Dabei tragen zu den noch hohen Kosten grundsätzlich die Nicht-Speicherbarkeit des erzeugten Stroms und Transportverluste des reinen Wasserstoffs bei.In general, hydrogen produced by means of electrolysis from regeneratively produced electricity is subject to cost disadvantages compared to conventional generation by, for example, natural gas reforming. Current research into the cost of producing hydrogen involves the conversion of regeneratively generated electricity into hydrogen by means of an electrolyzer. Furthermore, line costs or transport costs for the electricity or the hydrogen produced must be taken into account. The non-storability of the generated electricity and transport losses of pure hydrogen contribute to the still high costs.

Der apparative Aufwand, der für den Betrieb eines Hochdruck-Elektrolyseurs und eines Autoklaven erforderlich ist, steht einer kleinen Anlagenkapazität und geringen Betriebskosten, wie sie für eine stark dezentrale Anwendung – etwa für die Beladung von Trägermaterial zu LOHC im kundennahen privaten Umfeld – erforderlich sind, entgegen.The equipment required for the operation of a high-pressure electrolyzer and an autoclave, stands for a small plant capacity and low operating costs, as required for a highly decentralized application - such as for the loading of carrier material to LOHC in the customer-friendly private environment, opposite.

Die hier vorgeschlagenen Maßnahmen bezüglich der Hydrierung, beziehen sich auf die Beladung jedes pump- oder förderfähigen Hydrides mit Wasserstoff, insbesondere auf flüssige Hydride, beispielsweise flüssige organische Hydride, dabei insbesondere auf solche, die zur Gruppe der Carbazole gehören. Im Folgenden wird ein solches Material im mit Wasserstoff beladenen Zustand als „LOHC” und im teil- oder vollständig entladenen Zustand als „Trägermaterial” bezeichnet.The measures proposed here with regard to the hydrogenation relate to the loading of each pumpable or eligible hydride with hydrogen, in particular to liquid hydrides, for example liquid organic hydrides, in particular those which belong to the group of carbazoles. Hereinafter, such a material in the hydrogen-loaded state is referred to as "LOHC" and in the partially or fully discharged state as the "carrier material".

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein erweitertes Energiemanagementkonzept für eine dezentrale Versorgung eines mittels LOHC betriebenen Verbrauchers, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, bereitzustellen, das mit geringem apparativem und regelungstechnischem Aufwand, bei geringen Anschaffungskosten wartungsarm und sicher zu betreiben ist.The object of the present invention is to provide an expanded energy management concept for a decentralized supply of a consumer operated by LOHC, in particular of a motor vehicle, which requires little apparatus and control technology Low initial cost maintenance and safe to operate.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.The object is achieved with the characterizing features of claim 1. Further embodiments of the invention will become apparent from the dependent claims.

Nach der Erfindung ist, ein Verfahren zur bedarfsabhängigen Regelung und/oder Glättung der Ausgangsleistung eines mit, insbesondere geothermer und/oder regenerativer, Energie gespeisten Energie-Wandlers, der in einem Wandlungs-Prozess elektrische Energie über einen mit Wasser gespeisten Elektrolyse-Prozess in Wasserstoff umwandelt, der einem Verbraucher zugeführt wird, indem er mit einem Trägermaterial zu einem pump- und/oder förderfähigen Hydrid umgewandelt und dieses vom Verbraucher aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff in einem Hochdruck-Elektrolyseur erzeugt und das Trägermaterial in einem Autoklav hydriert wird, wobei der vom Hochdruck-Elektrolyseur erzeugte Wasserstoff unter Ausnutzung des dabei entstandenen Druckes im Autoklav zur Beladung des Trägermaterials verwendet wird.According to the invention, a method for demand-dependent control and / or smoothing the output of a, in particular geothermal and / or regenerative, energy-powered energy converter, in a conversion process, electrical energy via a water-powered electrolysis process in hydrogen which is supplied to a consumer by converting it with a carrier material to a pumpable and / or eligible hydride and this is taken up by the consumer, characterized in that the hydrogen is produced in a high-pressure electrolyzer and the carrier material is hydrogenated in an autoclave in which the hydrogen produced by the high-pressure electrolyzer is used to load the carrier material by utilizing the resulting pressure in the autoclave.

Das hat den Vorteil, dass mit dem beschriebenen Verfahren eine direkte, quasi simultane Beladung von Trägermaterial mit zeitnah, zum Beispiel aus Solar-Strom, erzeugtem Wasserstoff ermöglicht wird was die Speicherung von regenerativ erzeugter Energie erlaubt. Die Speicherung des Wasserstoffs erfolgt in dem verlustfrei lagerungsfähigen und leicht transportierbaren Hydrid-Speichermedium mittels des beanspruchten Verfahrens kostenminimiert.This has the advantage that with the method described a direct, quasi-simultaneous loading of carrier material with timely, for example from solar power, generated hydrogen is made possible which allows the storage of regeneratively generated energy. The storage of the hydrogen takes place in the lossless storable and easily transportable hydride storage medium by means of the claimed method cost minimized.

Ein bevorzugtes Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ein Austausch von Trägermaterial und Hydrid zwischen Verbraucher und Autoklav gleichzeitig im gegenseitigen Wechsel erfolgt.A preferred method is characterized in that an exchange of carrier material and hydride between the consumer and autoclave takes place simultaneously in mutual exchange.

Der Austausch von LOHC, also von wiederbeladenem Trägermaterial, und dem außerhalb der Anordnung – insbesondere in einem Doppelkammertank eines mit LOHC betrieben Fahrzeugs – angelieferten entladenen Trägermaterials kann so ohne Zwischenspeicher direkt vom Fahrzeugtank in die Anordnung erfolgen während diese zeitgleich das LOHC in das Fahrzeug abgibt. Diese mit der Anordnung so mögliche Pendelbetankung erlaubt vorteilhafterweise das zeitgleiche Betanken und Entleeren eines insbesondere fahrzeugseitigen Doppelkammertanks ohne dass dazu ein weiterer Zwischenspeichertank vorzuhalten ist. Des Weiteren das nur teilweise Betanken und Entleeren eines insbesondere fahrzeugseitigen Doppelkammertanks, womit sich der Fahrzeugbetriebsbereich selbst bei nur kurzen Fahrstrecken bzw. bei nur kurzen Zeiträumen zwischen zwei Fahrzeugbetankungen optimal ausweiten lässt.The exchange of LOHC, so re-loaded carrier material, and the outside of the arrangement - especially in a double chamber of a vehicle operated with LOHC - discharged unloaded carrier material can be done without buffer directly from the vehicle tank into the arrangement while the same time delivers the LOHC in the vehicle. This pendulum refueling, which is possible with the arrangement, advantageously allows the simultaneous refueling and emptying of a double-chamber tank, in particular on the vehicle side, without having to provide a further intermediate storage tank for this purpose. Furthermore, the only partial refueling and emptying of a particular on-board dual chamber tank, whereby the vehicle operating range can be optimally extended even with only short distances or only short periods between two vehicle refueling.

Eine vorteilhafte Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, dass druckführende Gehäuseteile von Hochdruck-Elektrolyseur und Autoklav konstruktiv und/oder funktional integriert sind. Eine funktionale Integration kann zum Beispiel vorteilhafterweise dadurch gekennzeichnet sein, dass drucktagende Gehäuse von Hochdruck-Elektrolyseur und Autoklav durch eine Wasserstoff führende Druckrohrleitung verbunden sind, während eine konstruktive Integration dadurch gekennzeichnet sein kann, dass Hochdruck-Elektrolyseur und Autoklav in einem gemeinsamen Druckgefäß angeordnet sind.An advantageous device for carrying out the method is characterized in that pressure-carrying housing parts of high-pressure electrolyzer and autoclave are structurally and / or functionally integrated. For example, a functional integration may advantageously be characterized in that pressure-type housing of high-pressure electrolyzer and autoclave are connected by a hydrogen-carrying pressure pipeline, while structural integration may be characterized in that the high-pressure electrolyzer and autoclave are arranged in a common pressure vessel.

Dadurch entsteht eine inhärent sicher zu betreibende Anordnung. Die integrierte Anordnung stellt eine Minimierung der Anlagenkonfiguration auf die unmittelbar funktions- und betriebsnotwendigen Bauelemente dar. Mit der Integration von Hochdruck-Elektrolyseur und Autoklav geht die Integration der Steuerung bzw. Regelung und Überwachung deren separater Betriebsprozesse einher, die so zur Vereinfachung des Regelungsaufwandes insgesamt beiträgt und die Voraussetzung für eine erhöhte Betriebssicherheit durch Limitierung der Betriebszustände schafft, insbesondere durch die Regelung der Stromzufuhr in den Hochdruck-Elektrolyseur in Abhängigkeit des Reaktionsdrucks bzw. der Betriebsdruckgrenze im Autokav. Weiterhin wird die inhärente Betriebssicherheit insbesondere gegen Überdruck im Autoklav dadurch hergestellt, dass die Wasserstoff-Produktionsrate des Hochdruck-Elektrolyseurs baulich begrenzt ist auf die Wasserstoff-Produktionsrate, deren Abwärme bei optimaler Wiederbeladung des Trägermaterials von der Außenwand des Druckgefäßes auch ohne Kühleinrichtung passiv in die Umgebung abgeführt werden kann. Ein Überhitzen oder Durchbrennen der Anlage ist somit systematisch für alle denkbaren Fehlerzustände ausschließbar.This creates an inherently safe to operate arrangement. The integrated arrangement minimizes the system configuration to the components that are required for immediate operation and operation. With the integration of the high-pressure electrolyzer and autoclave, the integration of the control or regulation and monitoring of their separate operating processes is accompanied, thus contributing to the simplification of the overall control effort and creates the prerequisite for increased operational safety by limiting the operating conditions, in particular by regulating the power supply to the high-pressure electrolyzer as a function of the reaction pressure or the operating pressure limit in the autoclave. Furthermore, the inherent reliability especially against overpressure in the autoclave is made by the fact that the hydrogen production rate of the high-pressure electrolyzer is structurally limited to the hydrogen production rate, the waste heat with optimal reloading of the carrier material from the outer wall of the pressure vessel without cooling device passive in the environment can be dissipated. Overheating or burning through of the system is thus systematically excludable for all conceivable fault conditions.

Aufgrund der minimierten Anzahl und reduzierten Komplexität ihrer Komponenten ist die integrierte Anordnung von Hochdruck-Elektrolyseur und Autoklav einfach und mit geringen Anschaffungskosten herzustellen sowie zuverlässig, wartungsarm und sicher zu betreiben.Due to the minimized number and reduced complexity of their components, the integrated arrangement of high-pressure electrolyzer and autoclave is simple and inexpensive to produce and reliable, low-maintenance and safe to operate.

Vorzugsweise ist das gemeinsame Druckgefäß das des Autoklaven, in dessen Gasraum der Hochdruck-Elektrolyseur angeordnet ist. So wird ein möglichst einfacher Aufbau erzielt, insbesondere wenn sich das zu beladende Trägermaterial im Druckgefäß befindet und in das Druckgefäß hinein eine Leitung für elektrischen Strom und eine Leitung für Sauerstoff führt.Preferably, the common pressure vessel is that of the autoclave, in the gas space of which the high-pressure electrolyzer is arranged. Thus, the simplest possible structure is achieved, in particular if the carrier material to be loaded is located in the pressure vessel and leads into the pressure vessel into a line for electrical current and a line for oxygen.

Im Falle einer funktionalen Integration ist es dagegen vorteilhaft, wenn sich das zu beladende Trägermaterial im Druckgefäß befindet und wenn wenigstens eine Leitung für elektrischen Strom und wenigstens eine Leitung für Sauerstoff in den Hochdruck-Elektrolyseur hinein führt.In the case of a functional integration, however, it is advantageous if the substrate to be loaded is in the pressure vessel and if at least one line for electrical power and at least one line for oxygen into the high-pressure electrolyzer leads into it.

Weitere bauliche Ausgestaltungen können je nach Bedarf hinzugefügt werden. So kann zum Beispiel innerhalb des Druckgefäßes ein als Katalysator wirkendes Material, z. B. Platin oder ein Platin enthaltendes Stoffgemisch, angeordnet sein, außerdem können Sensoren, zum Beispiel Druck- oder Temperatursensoren, angeordnet sein. Ferner ein Rührer, zum Beispiel ein mechanisches Rührwerk, mit dem insbesondere eine Durchmischung von Trägermaterial und Katalysator erreicht wird. Es kann auch ein Spritzschutz, zum Beispiel als fest angebrachtes Stahlblech oder eine durchlässige Keramikfasermatte angeordnet werden, mit der sich im Druckgefäß vorteilhafterweise Zonen unterschiedlicher Temperatur herstellen lassen. Weiterhin kann die Einmündung des Wasserstoff leitenden Druckrohres so angeordnet sein, dass im Betrieb das eintretende Wasserstoff-Gas das Trägermaterial durchströmt, zum Beispiel derart, dass die aufsteigenden Gasblasen, als ein Bestandteil des Gasraums, die effektive Reaktionsfläche zwischen Gasraum und Trägermaterial vergrößern, oder zur Durchmischung von Trägermaterial und Katalysatormaterial beitragen. Ein Heizer, zum Beispiel ein katalytisches Wasserstoff-Heizelement, das von über die Druckleitung zugeführtem Wasserstoff-Gas betrieben wird, kann zur Temperaturerhöhung im Druckgefäß genutzt werden. Des Weiteren kann die Anordnung Absperreinrichtungen, zum Beispiel Ventilhähne oder Strömungsdrosseln, insbesondere Venturi-Blenden, enthalten, mit denen ein kontrolliertes Strömen von Wasserstoff-Gas oder Trägermaterial oder LOHC ermöglicht wird. Eine LOHC-Förderpumpe, insbesondere eine Zahnradpumpe, kann so angeordnet sein, dass mit dieser insbesondere das Befüllen des Druckgefäßes oder der Druckaufbau im Druckgefäß ermöglicht ist. Über weitere Anschlüsse, insbesondere Rohrverschraubungen oder Schnellverschlusskupplungen, können insbesondere Gas oder Flüssigkeiten, zum Beispiel Reinigungsmittel, in die Anordnung eingebracht werden.Other structural designs can be added as needed. Thus, for example, within the pressure vessel, a material acting as a catalyst, for. As platinum or a platinum-containing mixture, be arranged, also sensors, for example pressure or temperature sensors, may be arranged. Furthermore, a stirrer, for example a mechanical stirrer, with which in particular a thorough mixing of carrier material and catalyst is achieved. It can also be a splash guard, for example, as a firmly attached sheet steel or a permeable ceramic fiber mat can be arranged, with which can advantageously produce zones of different temperature in the pressure vessel. Furthermore, the junction of the hydrogen-conducting pressure tube can be arranged so that in operation, the incoming hydrogen gas flows through the carrier material, for example, such that the rising gas bubbles, as a component of the gas space, increase the effective reaction area between the gas space and the carrier material, or Mixing of carrier material and catalyst material contribute. A heater, for example a catalytic hydrogen heating element operated by hydrogen gas supplied via the pressure line, can be used to increase the temperature in the pressure vessel. Furthermore, the arrangement may include shut-off devices, for example, valve cocks or flow restrictors, in particular Venturi orifices, with which a controlled flow of hydrogen gas or carrier material or LOHC is made possible. An LOHC delivery pump, in particular a gear pump, can be arranged so that in particular the filling of the pressure vessel or the pressure build-up in the pressure vessel is made possible with this. In particular, gas or liquids, for example cleaning agents, can be introduced into the arrangement via further connections, in particular pipe fittings or quick-action couplings.

Die integrierte Anordnung von Hochdruck-Elektrolyseur und Autoklav lässt sich in ein erweitertes Energiemanagementkonzept, insbesondere im dezentralen privaten Wirtschaftsbereich des Nutzers eines mittels LOHC betriebenen Fahrzeugs, einfügen, wobei folgende Vorteile entstehen:
Nutzung von selbst erzeugtem regenerativen Strom insbesondere aus Solarzellen oder einem Blockheizkraftwerk zum Betrieb des Hochdruck-Elektrolyseurs;
Nutzung von selbsterzeugten Stromüberschüssen z. B. – aus Solarzellen oder einem Blockheizkraftwerk, insbesondere zu (Tages-)Zeiten geringer öffentlicher Einspeisevergütungen;
Nutzung von öffentlich angebotenem Überschussstrom insbesondere verbilligtem Nachstrom oder Strom zur Lastpufferung eines öffentlichen Stromnetzes;
Wirtschaftliche Optimierung der Verwendung selbsterzeugten Stromes, insbesondere mittels Regelgerät durch gleichzeitige Berücksichtigung momentaner Einspeisevergütungen und des Wiederbeladezustandes vom Trägermaterial;
Nutzung der erheblichen Abwärmemenge bei der Wiederbeladung des Trägermaterials, insbesondere durch Einleitung dieser Wärme in einen Speicher zur Warmwasserbereitstellung oder zur Unterstützung einer Heizung z. B. durch Rücklaufanhebung;
Kombination mit einem Wasserstoff-Druckspeicher, in den, insbesondere zu Zeiten von Solarstromüberschuss und bei gleichzeitig bereits beladenem Trägermaterial, überschüssiger Wasserstoff bis zum maximalen Förderdruck des Hochdruck-Elektrolyseurs zunächst zwischengespeichert werden kann. Dieser quasi kostenfreie Wasserstoff steht dann zu gegebener Zeit anderen Wasserstoff-Nutzungen insbesondere einem Wasserstoff-Gasherd oder einem katalytischen Heizer zur Verfügung. Dieser Wasserstoff kann zum Teil sogar wieder zum späteren Beladen von Trägermaterial verwendet werden, falls zum Beispiel nach einer Betankung im Wechsel kein billiger Strom zur erneuten Wiederbeladung zur Verfügung steht.
The integrated high-pressure electrolyzer and autoclave arrangement can be integrated into an extended energy management concept, in particular in the decentralized private sector of the user of a LOHC-powered vehicle, with the following advantages:
Use of self-generated renewable electricity, in particular from solar cells or a combined heat and power plant to operate the high-pressure electrolyzer;
Use of self-generated electricity surpluses z. B. - from solar cells or a combined heat and power plant, especially at (day) times low public feed-in tariffs;
Use of publicly offered surplus electricity, in particular cheaper downstream electricity or electricity for load buffering of a public power grid;
Economic optimization of the use of self-generated electricity, in particular by means of a control device by simultaneous consideration of instantaneous feed-in tariffs and the reloading state of the carrier material;
Use of the considerable amount of waste heat during the reloading of the carrier material, in particular by introducing this heat into a store for hot water supply or to support a heating z. B. by return flow increase;
Combination with a hydrogen pressure accumulator, in which, especially at times of solar power surplus and at the same time already loaded carrier material, excess hydrogen can be temporarily stored up to the maximum discharge pressure of the high-pressure electrolyzer. This quasi-free hydrogen will be available in due course to other hydrogen uses, in particular a hydrogen gas stove or a catalytic heater. In some cases, this hydrogen can even be used again for later loading of carrier material if, for example, after refueling alternately, no cheap electricity is available for recharging.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von vier Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Erfindungswesentlich können sämtliche näher beschriebenen Merkmale sein. Gleiche Bezugsziffern in verschiedenen Figuren bezeichnen dieselben Bauteile. Es zeigen:In the following, the invention will be explained with reference to four exemplary embodiments. Essential to the invention may be all features described in more detail. Like reference numbers in different figures indicate the same components. Show it:

1: eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum Erzeugen und Speichern von Wasserstoff für stationären und instationären Verbrauch mit einem Hochdruck-Elektrolyseur und einem Autoklav in schematischer Darstellung, 1 : a device according to the invention for carrying out a method for generating and storing hydrogen for stationary and transient consumption with a high-pressure electrolyzer and an autoclave in a schematic representation,

2: eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend 1 mit einer Steuereinrichtung, 2 A second embodiment of a device according to the invention 1 with a control device,

3: eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend 1 mit einer Einrichtung zum gleichzeitigen Befüllen und Entleeren des Autoklaven und 3 A third embodiment of a device according to the invention 1 with a device for simultaneous filling and emptying of the autoclave and

4: eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entsprechend 3 mit weiteren Einrichtungen zur Ausgestaltung des Betriebsumfelds. 4 A fourth embodiment of a device according to the invention 3 with further facilities for the design of the operating environment.

1 zeigt ein baulich integriertes Wasserstoff-Erzeugungs- und Trägermaterial-Wiederbeladesystem, bei dem ein Hochdruck-Elektrolyseur 4a und ein Autoklav in einem gemeinsamen Druckgefäß 1 angeordnet sind, das vom Druckgefäß 1 des Autoklavs gebildet wird, in dessen Gasraum 3 der Hochdruck-Elektrolyseur 4a angeordnet ist. In dieser Ausführungsform sind druckführende Gehäuseteile von Hochdruck-Elektrolyseur 4a und Autoklav konstruktiv integriert. Das zu beladende Trägermaterial 2 befindet sich im Druckgefäß 1, wobei durch einen drucktragenden Teil des Druckgefäßes 1 hindurch wenigstens eine elektrischen Strom leitende Leitung 5 und wenigstens eine druckfeste Sauerstoff leitende Druckrohrleitung 6 führt. 1 shows a structurally integrated hydrogen production and carrier recharging system in which a high pressure electrolyzer 4a and an autoclave in a joint pressure vessel 1 are arranged, that of the pressure vessel 1 of the autoclave is formed, in the gas space 3 the high-pressure electrolyzer 4a is arranged. In this embodiment, pressure-carrying housing parts of high-pressure electrolyzer 4a and autoclave constructively integrated. The carrier material to be loaded 2 is in the pressure vessel 1 , wherein by a pressure-bearing part of the pressure vessel 1 through at least one electric current conducting line 5 and at least one pressure-resistant oxygen-conducting pressure pipeline 6 leads.

Diese Vorrichtung dient einem Verfahren zur bedarfsabhängigen Regelung und/oder Glättung der Ausgangsleistung des mit, insbesondere geothermer und/oder regenerativer, Energie gespeisten Energie-Wandlers, der in einem Wandlungs-Prozess elektrische Energie über einen mit Wasser gespeisten Elektrolyse-Prozess in Wasserstoff umwandelt, der einem Verbraucher zugeführt wird, indem er mit dem Trägermaterial 2 zu einem pump- und/oder förderfähigen Hydrid umgewandelt und dieses vom Verbraucher aufgenommen wird. Der Wasserstoff wird also im Hochdruck-Elektrolyseur 4a erzeugt und das Trägermaterial 2 wird im Autoklav hydriert, wobei der vom Hochdruck-Elektrolyseur 4a erzeugte Wasserstoff unter Ausnutzung des dabei entstandenen Druckes im Autoklav zur Beladung des Trägermaterials verwendet wird.This device serves a method for demand-dependent regulation and / or smoothing of the output power of the, in particular geothermal and / or regenerative, energy-fed energy converter, which converts electrical energy into hydrogen in a conversion process via a water-fed electrolysis process, which is supplied to a consumer by contacting with the carrier material 2 converted to a pumpable and / or eligible hydride and this is absorbed by the consumer. The hydrogen is thus in the high-pressure electrolyzer 4a generated and the carrier material 2 is hydrogenated in an autoclave, whereby the high-pressure electrolyzer 4a produced hydrogen using the resulting pressure in the autoclave to load the carrier material is used.

Bei dem in 2 dargestellten baulich integrierten Wasserstoff-Erzeugungs- und Trägermaterial-Wiederbeladesystem bilden die drucktagenden Teile des Gehäuses des Hochdruck-Elektrolyseurs 4b und das Druckgefäß 1 des Autoklaven durch eine drucktragende Verbindung 7, die als Wasserstoff leitendes Druckrohr gestaltet ist, einen gemeinsamen Druckraum. Druckführende Gehäuseteile von Hochdruck-Elektrolyseur 4b und Autoklav sind hier funktional integriert. Des Weiteren führt zum Hochdruck-Elektrolyseur 4b wenigstens eine elektrischen Strom leitende Leitung 5 und wenigstens eine Sauerstoff leitende Rohrleitung 6 und im Druckgefäß 1 ist das Trägermaterial 2 angeordnet und ein Gasraum 3 vorhanden. Ein in der Leitung 5 angeordnetes, elektrischen Strom schaltendes Schaltelement 10, insbesondere ein Schaltrelais, und ein statischen Druck sensierendes Bauelement 11, insbesondere ein piezoelektrischer Drucksensor, der mit seinem Messort mit dem Gasraum 3 verbunden ist bzw. in diesem angeordnet ist, sind über Signale führende Leitungen 9a, 9b mit einem Steuergerät 8, insbesondere einem Microcontroller, verbunden.At the in 2 illustrated structurally integrated hydrogen production and carrier material recharging system form the drucktagenden parts of the housing of the high-pressure electrolyzer 4b and the pressure vessel 1 of the autoclave through a pressure-bearing connection 7 , which is designed as a hydrogen-conducting pressure tube, a common pressure chamber. Pressurized housing parts of high-pressure electrolyzer 4b and autoclave are functionally integrated here. Furthermore leads to the high-pressure electrolyzer 4b at least one electric current conducting line 5 and at least one oxygen conducting pipeline 6 and in the pressure vessel 1 is the carrier material 2 arranged and a gas room 3 available. One in the lead 5 arranged, switching electrical current switching element 10 , in particular a switching relay, and a static pressure-sensing component 11 , In particular, a piezoelectric pressure sensor, with its location with the gas space 3 is connected or arranged in this, are via signals leading lines 9a . 9b with a control unit 8th , in particular a microcontroller connected.

Bei den in den 1 und 2 dargestellten Vorrichtungen kann eine Integration der Betriebs- und Prozessabläufe bewirken, dass die Erzeugung von Wasserstoff im Hochdruck-Elektrolyseur 4a, 4b und die Wiederbeladung des Trägermaterials 2 im Druckgefäß 1 mit eben diesem Wasserstoff zeitlich und örtlich im Wesentlichen direkt miteinander verknüpft ist, insbesondere dadurch, dass der erzeugte Wasserstoff-Massenstrom über die Druckleitung 7 in den Gasraum 3 einströmt oder über das Trägermaterial 2 selbst in den Gasraum 3 einsprudelt und vom Trägermaterial 2 unter zumindest zeitweise annähernd unverändertem Druck im Druckgefäß 1 chemisch gebunden wird.In the in the 1 and 2 illustrated devices, integration of the operating and process operations can cause the generation of hydrogen in the high pressure electrolyzer 4a . 4b and the reloading of the carrier material 2 in the pressure vessel 1 with this hydrogen is temporally and locally substantially directly linked, in particular by the fact that the generated hydrogen mass flow through the pressure line 7 in the gas space 3 flows in or over the carrier material 2 even in the gas room 3 bubbles in and from the substrate 2 under at least temporarily approximately unchanged pressure in the pressure vessel 1 becomes chemically bound.

Außerdem sind folgende Vorrichtungs- und Verfahrensmerkmale vorteilhaft:

  • – das Volumen des wiederzubeladenden Trägermaterials 2 liegt typischerweise zwischen 20 ltr und 400 ltr,
  • – der statische Betriebsdruck im Druckgefäß 1 und gegebenenfalls im drucktragenden Gehäuse des Hochdruck-Elektrolyseurs 4b und in der Druckleitung 7 liegt typischerweise zwischen 40 bar und 130 bar,
  • – die Betriebstemperatur im Trägermaterial 2 liegt typischerweise zwischen 80°C und 250°C oder für Carbazole vorzugsweise zwischen 130°C und 200°C,
  • – die Betriebszyklen, in denen die Wiederbeladung des Trägermaterials 2 erfolgt, liegen typischerweise zwischen 2 Stunden und einem Tag.
In addition, the following device and method features are advantageous:
  • - The volume of the substrate to be reloaded 2 is typically between 20 ltr and 400 ltr,
  • - the static operating pressure in the pressure vessel 1 and optionally in the pressure-bearing housing of the high-pressure electrolyzer 4b and in the pressure line 7 typically between 40 and 130 bar,
  • - the operating temperature in the carrier material 2 is typically between 80 ° C and 250 ° C or for carbazoles preferably between 130 ° C and 200 ° C,
  • - the operating cycles in which the reloading of the carrier material 2 typically takes between 2 hours and one day.

Allerdings kann von den vorgenannten Zahlenwerten der typischen Betriebsvolumina, -drücke, -temperaturen oder -Zeitverläufe in einzelnen Auslegungsfällen auch deutlich abgewichen werden, zum Beispiel, um äußere Betriebsrandbedindungen, insbesondere die Verfügbarkeit von Solarstrom oder die Nutzungszeiten des LOHC im Fahrbetrieb eines oder mehrerer Fahrzeuge, zu berücksichtigen.However, the above-mentioned numerical values of the typical operating volumes, pressures, temperatures or time courses in individual design cases may also deviate significantly, for example, external operating boundary conditions, in particular the availability of solar power or the service life of the LOHC when one or more vehicles are being driven. to take into account.

Mit der erweiterten Anordnung, die in 2 dargestellt ist, lässt sich

  • – ein druckgeregelter integrierter Betrieb von Hochdruck-Elektrolyseur 4b und Autoklav realisieren, bei dem der Gasdruck im Autoklav, im Druckgefäß 1, als Führungsgröße für die Stromzufuhr in den Hochdruck-Elektrolyseur 4b dient,
  • – die Herstellung des Betriebsdrucks im Druckgefäß 1 durch Betriebsvorlauf des Hochdruck-Elektrolyseurs 4b und damit ohne weitere Druckerzeuger, wie zum Beispiel eine LOHC-Hochdruck-Pumpe, umsetzen,
  • der Gasraum 3 als ein Zwischenspeicher für Wasserstoff verwenden, aus dem zum Beispiel zum Anheizen eines umgebungskalten Autoklavs Wasserstoff zum Betrieb eines katalytischen Startheizers noch vor Betriebsbereitschaft des Hochdruck-Elektrolyseurs 4b entnommen werden kann, oder mit dem Lastspitzen des Hochdruck-Elektrolyseurs 4b gedämpft werden können
  • – Wasserstoff als Inertgas im Gasraum 3 verwenden, mit dem zum Beispiel das Eindringen von Luftsauerstoff bzw. die Oxidation des Trägermaterials oder des LOHC vermieden werden kann.
With the extended arrangement in 2 is shown, can be
  • - a pressure-controlled integrated operation of high pressure electrolyzer 4b and autoclave, in which the gas pressure in the autoclave, in the pressure vessel 1 , as a reference for the power supply to the high pressure electrolyzer 4b serves,
  • - The production of the operating pressure in the pressure vessel 1 by operating flow of the high-pressure electrolyzer 4b and thus implement without further pressure generators, such as a LOHC high pressure pump,
  • - the gas space 3 use as a buffer for hydrogen, for example, for heating an ambient cold autoclave hydrogen to operate a catalytic starting heater before the operational readiness of the high-pressure electrolyzer 4b can be removed, or with the load peaks of the high-pressure electrolyzer 4b can be damped
  • - Hydrogen as inert gas in the gas space 3 use, for example, with the penetration of atmospheric oxygen or the oxidation of the support material or the LOHC can be avoided.

In 3 ist, in Ergänzung der 1 oder 2, der vom Druckgefäß 1 umschlossene Druckraum durch eine Trennwand 12 derart dichtend unterteilt, dass das Trägermaterial 2 in einem von zwei voneinander getrennten Bereichen angeordnet sein kann, die beide zum Gasraum 3 hin offen sind, wobei der andere, nicht mit Trägermaterial 2 angefüllte Bereich, dann Bestandteil des Gasraums 3 ist. Dabei weisen die beiden durch die Trennwand 12 im Druckgefäß 1 hergestellten Teilbereiche jeweils einen separaten Rohranschluss auf, die beide Bestandteile einer Rohr-Ventil-Pumpenanordnung 13 sind, mit der das Druckgefäß 1 und die Leitungskupplungen der Be- und Enttankungsleitungen 14 eines insbesondere fahrzeugseitigen Doppelkammertanks verbunden werden. Des Weiteren stellt die Rohr-Ventil-Pumpenanordnung 13 zeitgleich zwei jeweils in sich abgeschlossene Rohrleitungsverbindungen zwischen jeweils einem der durch die Trennwand 12 getrennten Bereiche im Druckgefäß 1 und jeweils einem der Anschlüsse 14 der Doppelkammerspeichers her und die Zuordnung dieser Rohrleitungsverbindungen, insbesondere durch Schalten von Ventilen, zum Beispiel 3-Wege-Ventilen, kann getauscht werden, oder die Rohrleitungsverbindungen können druckfest gesperrt werden. In 3 is, in addition to the 1 or 2 , the pressure vessel 1 enclosed pressure chamber through a partition wall 12 divided so tightly that the carrier material 2 can be arranged in one of two separate areas, both to the gas space 3 are open, with the other, not with carrier material 2 stuffed area, then part of the gas space 3 is. The two have through the partition 12 in the pressure vessel 1 each produced a separate pipe connection, which are both components of a pipe-valve-pump assembly 13 are with the pressure vessel 1 and the line couplings of the loading and Enttankungsleitungen 14 a particular on-board double chamber tanks are connected. Furthermore, the pipe-valve-pump arrangement 13 at the same time two self-contained pipe connections between each one of the through the partition 12 separate areas in the pressure vessel 1 and one of each of the connections 14 the dual-chamber memory ago and the assignment of these pipe connections, in particular by switching valves, for example, 3-way valves, can be replaced, or the pipe connections can be pressure-tight locked.

Mittels dieser Vorrichtung ist es möglich zwischen einem insbesondere fahrzeugseitigen, nicht gezeichneten Doppelkammertank, dessen eine Kammer mit LOHC zu betanken und dessen andere Kammer von Trägermaterial zu enttanken ist, und den in den 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen eine Rohrleitungsverbindung herzustellen, mit der das im Doppelkammertank enthaltene wiederzubeladende Trägermaterial und gleichzeitig das im Druckgefäß 1 enthaltene bereits wiederbeladene LOHC umgepumpt werden können, insbesondere derart im Pendelbetrieb, dass hierzu kein zusätzlicher Zwischenspeicher zur kurzzeitigen Aufnahme einer der umzupumpenden Materialien erforderlich ist. Bei dem Verfahren erfolgt ein Austausch von Trägermaterial 2 und Hydrid LOHC zwischen Verbraucher und Autoklav gleichzeitig im gegenseitigen Wechsel.By means of this device, it is possible between a particular vehicle-side, not shown double-chamber tank, whose one chamber to refuel with LOHC and the other chamber of carrier material is to be reimbursed, and in the 1 and 2 described devices to produce a pipeline connection, with the contained in the double-chamber tank wiederzubeladende support material and at the same time in the pressure vessel 1 contained already reloaded LOHC can be pumped around, in particular in such a pendulum mode that this no additional buffer for short-term recording of one of the umzupumpenden materials is required. In the process, an exchange of carrier material takes place 2 and hydride LOHC between consumer and autoclave at the same time in mutual exchange.

4 zeigt eine Anordnung wie 3, mit dem Unterschied, dass anstelle der Trennwand 12 hier ein flexibles Trennelement 15, zum Beispiel eine Kunststofffolie, angeordnet ist, insbesondere eine solche, die unter Einwirkung des geodätisch erzeugten statischen Drucks in der durch das Trägermaterial 2 gebildeten, insbesondere flüssigen, Materialsäule flexibel verformt werden kann und derart im Druckgefäß 1 angeordnet und befestigt ist, dass sich das im Druckgefäß 1 zur Wiederbeladung nutzbare Volumen um den ursprünglich abgetrennten und zum Gasraum 3 zuzurechnenden Bereich erweitert. 4 shows an arrangement like 3 , with the difference that instead of the dividing wall 12 here a flexible separating element 15 , For example, a plastic film is arranged, in particular one which, under the action of the geodetically generated static pressure in the by the carrier material 2 formed, in particular liquid, material column can be flexibly deformed and so in the pressure vessel 1 arranged and fixed, that is in the pressure vessel 1 Volume usable for reloading around the originally separated and to the gas space 3 extended area.

Des Weiteren sind in dieser Vorrichtung im weiteren Betriebsumfeld weitere Ausgestaltungen vorgenommen worden. Die Vorrichtung ist in ein erweitertes Energiemanagementkonzept integriert, insbesondere sind dabei folgende Merkmalskombinationen zusammen oder einzeln verwirklicht:

  • – wenigstens ein Photovoltaik-Solarpanel 16a oder eine elektrischen Strom wandelnde Einrichtung 16b, z. B. ein DC/DC-Wandler, ist mit der elektrischen Strom führenden Leitung 5 verbunden;
  • – innerhalb eines Blockheizkraftwerks ist wenigstens ein in 4 nicht dargestellter elektrischen Strom erzeugender Generator 17a oder eine ebenfalls in 4 nicht dargestellte elektrischen Strom wandelnde Einrichtung 17b, z. B. ein DC/DC-Wandler, mit der elektrischen Strom führenden Leitung 5 verbunden;
  • – eine mit einem öffentlichen Stromversorgungsnetz verbundene Messeinrichtung 18, insbesondere ein Stromzähler, ist mit der elektrischen Strom führenden Leitung 5 verbunden;
  • – ein Wasserstoff-Hochdruckspeicher 21a, z. B. eine 200 bar-Druckflasche, oder eine Absperreinrichtung 21b, z. B. ein Absperrventil, ist über eine Wasserstoff führende Druckrohrleitung 21c mit der Leitung 7 verbunden;
  • ein Wärmespeicher 20a, insbesondere ein Warmwasserspeicher oder z. B. ein Latentwärmespeicher, ist mittels wenigstens einer Wärmeüberträgermedium führenden Leitung 20b, z. B. einer zum Kühlkreislauf des Autoklavs gehörenden Kühlmittelleitung, mit dem Druckgefäß 1 oder einem Teil des zum Autoklav gehöhrenden Kühlkreislaufs verbunden;
  • ein Wärmespeicher 20a, insbesondere ein Warmwasserspeicher oder z. B. ein Latentwärmespeicher, ist mittels wenigstens einer Wärmeüberträgermedium führenden Leitung 20c, z. B. einer zum Kühlkreislauf des Hochdruck-Elektrolyseurs 4b gehörenden Kühlmittelleitung, mit dem Hochdruck-Elektrolyseur 4b oder einem Teil des zum Hochdruck-Elektrolyseur 4b gehöhrenden Kühlkreislaufs verbunden;
  • das Druckgefäß 1 und der Wärmespeicher 20a sind mit wenigstens einem Teil ihrer funktionsnotwendigen Wandungen als ein gemeinsames, Wärme leitendes Bauteil ausgestaltet, insbesondere durch eine gemeinsame Druckgefäß-Speicherwand-Fläche, die sowohl mit dem Trägermaterial 2 und dem Wärmeträgermedium in Speicher 20a, insbesondere mit Wasser, in thermisch leitenden Körperkontakt steht, insbesondere auch eine Anordnung, bei der das Druckgefäß 1 innerhalb des Speichers 20a angeordnet ist;
  • – der Hochdruck-Elektrolyseur 4b und der Wärmespeicher 20a sind mit wenigstens einem Teil ihrer funktionsnotwendigen Wandungen als ein gemeinsames, Wärme leitendes Bauteil ausgestaltet, insbesondere durch eine gemeinsame – Hochdruck-Elektrolyseur-Speicherwand-Fläche, die sowohl mit dem Hochdruck-Elektrolyseur 4b und dem Wärmeträgermedium in Speicher 20a, insbesondere mit Wasser, in thermisch leitenden Körperkontakt steht, insbesondere auch eine Anordnung, bei der der Hochdruck-Elektrolyseur 4b innerhalb des Speichers 20a angeordnet ist.
Furthermore, further embodiments have been made in this device in the wider operating environment. The device is integrated into an expanded energy management concept, in particular the following combinations of features are implemented together or individually:
  • - at least one photovoltaic solar panel 16a or an electric current converting device 16b , z. As a DC / DC converter, is connected to the electrical power line 5 connected;
  • - Within a combined heat and power plant is at least one in 4 unillustrated electric power generating generator 17a or one also in 4 not shown electric current converting device 17b , z. As a DC / DC converter, with the electrical power line leading 5 connected;
  • - a measuring system connected to a public electricity supply network 18 , especially an electricity meter, is connected to the electric power line 5 connected;
  • - a high-pressure hydrogen storage 21a , z. B. a 200 bar pressure bottle, or a shut-off device 21b , z. As a shut-off valve, is via a hydrogen-carrying penstock 21c with the line 7 connected;
  • - a heat storage 20a , in particular a hot water tank or z. B. a latent heat storage, is by means of at least one heat transfer medium leading line 20b , z. B. a belonging to the cooling circuit of the autoclave coolant line, with the pressure vessel 1 or part of the autoclave's associated cooling circuit;
  • - a heat storage 20a , in particular a hot water tank or z. B. a latent heat storage, is by means of at least one heat transfer medium leading line 20c , z. B. one to the cooling circuit of the high-pressure electrolyzer 4b belonging coolant line, with the high-pressure electrolyzer 4b or part of the high pressure electrolyzer 4b affiliated cooling circuit connected;
  • - the pressure vessel 1 and the heat storage 20a are configured with at least a part of their functionally necessary walls as a common, heat-conducting component, in particular by a common pressure vessel-storage wall surface, both with the carrier material 2 and the heat transfer medium in memory 20a , in particular with water, is in thermally conductive body contact, in particular also an arrangement in which the pressure vessel 1 inside the store 20a is arranged;
  • - the high pressure electrolyzer 4b and the heat storage 20a are configured with at least a part of their functionally necessary walls as a common, heat-conducting component, in particular by a common - high-pressure electrolyzer storage wall surface, with both the high-pressure electrolyzer 4b and the heat transfer medium in memory 20a , in particular with water, is in thermally conductive body contact, in particular also an arrangement in which the high-pressure electrolyzer 4b inside the store 20a is arranged.

Mit einer solchen erweiterten Vorrichtung gemäß 4 lassen sich die in den 1 bis 3 beschrieben Vorrichtungen günstig mit kundennahen Betriebsbedürfnissen bei der Erzeugung und Nutzung von insbesondere Strom und Wärmeenergie im dezentralen vor allem auch privaten Wirtschaftsbereich verbinden.With such an extended device according to 4 can be in the 1 to 3 described devices favorably connect with customer-related operating needs in the production and use of particular electricity and heat energy in the decentralized especially private sector.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102004030717 A1 [0008] DE 102004030717 A1 [0008]

Claims (8)

Verfahren zur bedarfsabhängigen Regelung und/oder Glättung der Ausgangsleistung eines mit, insbesondere geothermisch und/oder regenerativ erzeugter, Energie gespeisten Energie-Wandlers, der in einem Wandlungs-Prozess elektrische Energie über einen mit Wasser gespeisten Elektrolyse-Prozess in Wasserstoff umwandelt, der einem Verbraucher zugeführt wird, indem er mit einem Trägermaterial (2) zu einem pump- und/oder förderfähigen Hydrid umgewandelt und dieses vom Verbraucher aufgenommen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Wasserstoff in einem Hochdruck-Elektrolyseur (4a, 4b) erzeugt und das Trägermaterial (2) in einem Autoklav hydriert wird, wobei der vom Hochdruck-Elektrolyseur (4a, 4b) erzeugte Wasserstoff unter Ausnutzung des dabei entstandenen Druckes im Autoklav zur Beladung des Trägermaterials (2) verwendet wird.A method for demand-dependent control and / or smoothing the output of a, in particular geothermally and / or regeneratively generated, energy-powered energy converter, which converts electrical energy in a conversion process via a water-powered electrolysis process in hydrogen, the consumer supplied by a carrier material ( 2 ) is converted to a pumpable and / or eligible hydride and this is taken up by the consumer, characterized in that the hydrogen in a high-pressure electrolyzer ( 4a . 4b ) and the carrier material ( 2 ) is hydrogenated in an autoclave, wherein the high-pressure electrolyzer ( 4a . 4b ) generated hydrogen using the resulting pressure in the autoclave to load the carrier material ( 2 ) is used. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Austausch von Trägermaterial (2) und Hydrid zwischen Verbraucher und Autoklav gleichzeitig im gegenseitigen Wechsel erfolgt.Method according to claim 1, characterized in that an exchange of carrier material ( 2 ) and hydride between the consumer and autoclave takes place simultaneously in mutual exchange. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass druckführende Gehäuseteile von Hochdruck-Elektrolyseur (4a, 4b) und Autoklav konstruktiv und/oder funktional integriert sind.Device for carrying out the method according to one of the preceding claims, characterized in that pressure-carrying housing parts of high-pressure electrolyzer ( 4a . 4b ) and autoclave are structurally and / or functionally integrated. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Elektrolyseur (4b) und der Autoklav funktional integriert sind, indem deren drucktagenden Gehäuse durch eine Wasserstoff führende Druckrohrleitung (7) verbunden sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that the high-pressure electrolyzer ( 4b ) and the autoclave are functionally integrated by their pressure-sensitive housing by a hydrogen-carrying penstock ( 7 ) are connected. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Hochdruck-Elektrolyseur (4a) und der Autoklav konstruktiv integriert sind, indem sie in einem gemeinsamen Druckgefäß (1) angeordnet sind.Apparatus according to claim 3, characterized in that the high-pressure electrolyzer ( 4a ) and the autoclave are structurally integrated by placing them in a common pressure vessel ( 1 ) are arranged. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gemeinsame Druckgefäß (1) das des Autoklavs ist, in dessen Gasraum (3) der Hochdruck-Elektrolyseur (4a) angeordnet ist.Apparatus according to claim 5, characterized in that the common pressure vessel ( 1 ) that of the autoclave is in the gas space ( 3 ) of the high-pressure electrolyzer ( 4a ) is arranged. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zu beladende Trägermaterial (2) im Druckgefäß (1) befindet und dass in das Druckgefäß (1) hinein wenigstens eine Leitung (5) für elektrischen Strom und wenigstens eine Leitung (6) für Sauerstoff führt.Device according to one of claims 5 or 6, characterized in that the carrier material to be loaded ( 2 ) in the pressure vessel ( 1 ) and that in the pressure vessel ( 1 ) into at least one line ( 5 ) for electrical power and at least one line ( 6 ) for oxygen. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich das zu beladende Trägermaterial (2) im Druckgefäß (1) befindet und dass in den Hochdruck-Elektrolyseur (4b) hinein wenigstens eine Leitung (5) für elektrischen Strom und wenigstens eine Leitung (6) für Sauerstoff führt.Device according to claim 4, characterized in that the carrier material to be loaded ( 2 ) in the pressure vessel ( 1 ) and that in the high pressure electrolyzer ( 4b ) into at least one line ( 5 ) for electrical power and at least one line ( 6 ) for oxygen.
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