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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, bei dem man elektrische Leistung aus dem Netz bezieht und dazu eine gleichzeitige Primärspannung mittels eines Transformators auf eine gleichrichterseitige Sekundärspannung heruntertranformiert, welche mit einem zur Bereitstellung eines für einen den Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugenden und seinen Zustand im Verlauf seiner Lebensdauer ändernden Elektrolyseur vorgesehenen Gleichstroms eingestellten Gleichrichter gleichgerichtet wird, sowie eine zur Ausübung dieses Verfahrens ausgelegte Vorrichtung.
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Diese Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff sind gut bekannt. Da ein Elektrolyseur mit Gleichstrom betrieben wird, kann er seine elektrische Verbrauchsleistung nicht unmittelbar aus dem Netz beziehen, sondern der aus dem Netz gelieferte Wechselstrom ist vorher mittels eines Gleichrichters gleichzurichten. Zudem ist für in größerem Maßstab verwendbare erzeugte Wasserstoffmengen die erforderliche elektrische Leistung so groß, dass der Gleichrichter unter Zwischenschaltung eines Transformators an das Mittelspannungsnetz angeschlossen wird, dessen Spannungsniveau in Deutschland bei 20 kV liegt.
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Neben der Hauptaufgabe des Gleichrichtens der gleichrichterseitigen Sekundärspannung des Transformators übernimmt die Leistungselektronik des Gleichrichters in geeigneter Weise noch die Aufgabe einer Spannungsregulierung. Denn der Zustand des Elektrolyseurs ändert sich im Verlauf seiner Lebensdauer, die Zellen beispielsweise eines Elektrolyseurs vom Stapel-Typ degradieren und benötigen daher eine höhere Spannung zur Aufrechterhaltung des gewünschten Stromflusses, zu dem die Wasserstofferzeugung des Elektrolyseurs proportional ist. Die Leistungselektronik des Gleichrichters kann dabei durch Phasensteuerung die eingangs des Gleichrichters anliegende Sekundärspannung des Transformators auf eine gewünschte niedrigere, am Elektrolyseur anliegende Spannung steuern. Elektrolyseur und Transformator werden daher so aufeinander abgestimmt, dass die Sekundärspannung am Transformator ohne zusätzliche Spannungsverminderung durch den Gleichrichter zu einer am Elektrolyseur anliegenden Spannung führt, die der Elektrolyseur gegen Ende seiner Lebensdauer benötigt. Der zu Beginn der Lebensdauer niedrigere Spannungsbedarf, der sich im Verlauf der Lebensdauer dann erhöht, wird durch Regelung der Leistungselektronik des Gleichrichters passend bereitgestellt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art weiter zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird von der Erfindung in verfahrensgemäßer Hinsicht durch eine Weiterbildung des Verfahrens der eingangs genannten Art gelöst, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass man eine netzseitige Anzapfung des Transformators in Abhängigkeit des Elektrolyseurzustands fortlaufend und in abgestufter Weise ändert.
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Im Rahmen der Erfindung ist nämlich erkannt worden, dass es bei dem oben erläuterten Verfahren zu einer Rückeinkopplung von Blindleistung in das elektrische Versorgungsnetz kommt, die als störend angesehen wird. Diese hängt damit zusammen, dass die Phasensteuerung der Leistungselektronik des Gleichrichters über sinα zu einer Blindleistungsrückeinspeisung ins Netz kommt, die umso größer ist, je größer die Differenz zwischen der aufgrund der am Gleichrichter anliegenden Sekundärspannung potentiell erreichbaren maximalen Ausgangsspannung des Gleichrichters und der tatsächlichen zum Betrieb des Elektrolyseurs geregelten Spannung am Gleichrichterausgang ist.
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Die Erfindung sieht nun vor, die netzseitige Anzapfung des Transformators in Abhängigkeit des Elektrolyseurzustands zu ändern. Durch Änderung der Anzapfung des Transformators ändert sich die primärseitige Windungszahl und dadurch bei konstanter netzseitiger Primärspannung die am Gleichrichter anliegende Sekundärspannung des Transformators. Dadurch ist es möglich, eine Sekundärspannung bereitzustellen, die niedriger ist als die für einen Elektrolyseur am Ende seiner Lebensdauer, d. h. mit degradierten Elektroden, erforderlich. Vielmehr kann eine auf den aktuellen Elektrolyseurzustand abgestimmte niedrigere Sekundärspannung bereitgestellt werden, und die störende Rückkopplung ins Netz dadurch verringert oder sogar vermieden werden. Mit fortlaufender Änderung des Zustands des Elektrolyseurs wird die netzseitige Anzapfung nachgeführt, so dass die passenden Bedingungen fortlaufend erhalten bleiben.
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Unter dem ”Zustand” des Elektrolyseurs ist zunächst allgemein das Zusammenwirken der aktuellen Materialeigenschaften sowie der das Elektrolyseverfahren beeinflussenden Faktoren zu verstehen, die dafür bestimmend sind, welche Spannung der Elektrolyseur zum Erreichen des Stromflusses benötigt, für den er ausgelegt ist. Dazu können Temperatur der Umgebung, des Elektrolyts/Wassers, aber insbesondere die Beschaffenheit der katalytischen Beschichtung der Elektrodenoberfläche zählen, die mit der Zeit degradiert. In spezieller Hinsicht sind es gerade diese Alterungserscheinungen der Elektrolyse-Stacks, die sich nicht durch eine Temperaturregelung oder einen Austausch des Elektolyts/Wasser kompensieren lassen. All diese Faktoren verändern die Elektrolyseur-Kennlinie und damit den Arbeitspunkt des Elektrolyseurs.
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Unter dem ”Netz” ist das elektrische Versorgungsnetz zu verstehen, insbesondere auf Mittelspannungsebene, also in Größenordnungen von mehreren tausend Volt, in Deutschland typischerweise 20 kV.
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In einer bevorzugten Verfahrensgestaltung weicht der vorgesehene Gleichstrom bei der aktuellen Anzapfung nicht mehr als eine vorgegebene Differenz von dem Maximalstrom ab, für den der Elektrolyseur ausgelegt ist. Es besteht das Bestreben, diese Differenz möglichst gering zu halten, da die Wasserstoffproduktionsrate proportional zum fließenden Gleichstrom ist, und daher der vorgesehene Gleichstrom optimalerweise möglichst groß ist. Andererseits sollen überhöhte Ströme vermieden werden. Die vorgegebene Differenz kann daher lediglich in einer regelungstechnischen Toleranzschwelle bestehen. Es ist jedoch auch möglich, eine bewusste, über eine regelungstechnisch erforderliche Toleranz hinausgehende Differenz vorzugeben.
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Desweiteren wird in einer bevorzugten Verfahrensgestaltung eine Abweichung der Sekundärspannung von der zur Bereitstellung des vorgesehenen Gleichstroms am Gleichrichtereingang erforderlichen Spannung bis zu einem vorgegebenen Maß über eine Steuerung des Gleichrichters ausgeglichen. Da erfindungsgemäß die Sekundärspannung ohnehin durch die abgestufte Änderung der netzseitigen Anzapfung des Transformators in Abhängigkeit des Elektrolyseurzustands angepasst wird, kann das vorgegebene Maß auch ein Maximum sein, d. h., die Leistungselektronik des Gleichrichters wird zu einer Feinsteuerung der aufgrund der nur abgestuften Änderung immer noch verbleibenden Spannungsunterschiede herangezogen, wenn auch auf deutlich niedrigerem Abweichungsniveau. Es kann jedoch auch vorgesehen werden, dass die Spannungsregulierung nicht vollständig über den Gleichrichter erfolgt, sondern vielmehr die Abweichung durch Änderung des am Elektrolyseur eingestellten Arbeitspunkts erreicht wird, beispielsweise über eine zusätzliche Steuerung/Regelung der Temperatur.
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Auch ist denkbar, dass man das vorgegebene Maß durch eine gewünschte Begrenzung der in Folge des Ausgleichs in das Netz rückgekoppelten Blindleistung bestimmt. Das heißt, es ist durchaus vorgesehen, dass lieber der Arbeitspunkt des Elektrolyseurs geändert wird, um das vorgegebene Maß jedenfalls gering zu halten und dadurch eine Blindleistungseinspeisung ins Netz weiter zu minimieren. In diesem Zusammenhang offenbart die Erfindung somit auch für ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 eine Einstellung des Arbeitspunkts des Elektrolyseurs in Abhängigkeit der in das Netz zurückgekoppelten Blindleistung.
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Besonders bevorzugt wird jedoch eine Abstimmung zwischen dem vorgegebenen Maß und der vorgegebenen Differenz auf eine Minimierung der vorgegebenen Differenz hin erfolgen, d. h. in Richtung auf die gewünschte maximale Wasserstoffproduktionsrate hin. Ist dabei eine Begrenzung der ins Netz rückgekoppelten Blindleistung zwingend vorgegeben, unterliegt die Abstimmung einer entsprechenden Rand- oder Zwangsbedingung.
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Sofern verlässliche Daten für die erwartete Degradation, also Zustandsänderung des Elektrolyseurs bekannt sind, könnte die Änderung der primärseitigen Anzapfung nach einem vorgegebenen Schema erfolgen. Beispielsweise könnte man 20 zusätzliche Anzapfstellen vorsehen, und bei einem auf eine Lebensdauer von etwa 20 Jahren konzipierten Elektrolyseur jedes Jahr die primärseitige Anzapfung um eine Stufe ändern, so dass zu Beginn die geringste Sekundärspannung und zuletzt die höchste Sekundärspannung am Transformator erzeugt wird. Zweckmäßigerweise wird man jedoch den Zustand des Elektrolyseurs überwachen, insbesondere die Elektrolyseur-Kennlinie, und die Änderung der primärseitigen Anzapfung bei Erreichen einer vorgegebenen Schwelle vornehmen. In die Bestimmung der Schwelle können die oben genannten Gesichtspunkte des vorgegebenen Maßes und auch der vorgegebenen Differenz einfließen. Aus diesen Gesichtspunkten heraus kann es bei bestimmten Betriebszuständen auch günstiger sein, zwischenzeitlich bei höherer vorgegebener Differenz zu arbeiten, wobei bevorzugt spätestens dann die Anzapfung geändert wird, wenn andernfalls die Sekundärspannung am Generator nach Gleichrichtung für die Bereitstellung des gewünschten Stromflusses nicht mehr ausreicht, die Änderung der Anzapfung kann allerdings aufgrund der Zwangsbedingung aber auch später erfolgen.
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Bevorzugt ist die Abstufung der primärseitigen Anzapfungen auf die Einhaltung der gewünschten Begrenzung bei optimierter Abstimmung ausgelegt. So ist es bevorzugt, dass wenigstens 7, bevorzugt wenigstens 13, insbesondere wenigstens 17 Anzapfstellen an der Primärseite des Transformators vorgesehen sind, wobei durchaus auch 21 oder noch mehr Anzapfstellen denkbar sind. Bezieht man die relative Abstufung prozentual auf die halbierte Differenz zwischen minimaler und maximaler primärseitiger Windungszahl, so wird bevorzugt eine Stufe der Abstufung 3% oder weniger, bevorzugt 2,5% oder weniger, insbesondere 2% oder weniger betragen. Je nach einzuhaltender Begrenzung kann jedoch auch vorgesehen werden, dass die prozentuale Abstufung einer Stufe 1,67 oder weniger, 1,5 oder weniger, 1,3 oder weniger oder auch 1,25 oder weniger beträgt. Beispielsweise ist eine einfache einprozentige Abstufung denkbar. Noch geringere Abstufungen sind ebenfalls vorstellbar, ggf. unter Erhöhung der Anzahl der Anzapfstellen.
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Die Änderung der Anzapfung selbst kann manuell erfolgen, wobei die Anzapfungen etwa über geschraubte Verbindungslaschen verbunden werden. In diesem Fall würde man den Trafo vom Netz nehmen und erforderliche Sicherheitsmaßnahmen vornehmen, wie Ausschalten des Transformators, Erdung und Sicherung. Anschließend könnte die Lasche mittels eines Schraubenschlüssels manuell neu verbunden werden und der Trafo anschließend wieder zugeschaltet werden.
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Alternativ könnte die Änderung durch eine gesteuerte Betätigung erfolgen, beispielsweise über einen Laststufenschalter (”tap changer”). Derartige Laststufenschalter sind kommerziell erhältlich, beispielsweise von der Firma Maschinenfabrik Reinhausen GmbH Dazu sind grundsätzlich zwei Schaltungsarten denkbar, zum einen eine Offline-Schaltung, bei der der nachgeschaltete Elektrolyseur ausgeschaltet wird, und ein primärseitiger Trafotrenner geöffnet und die Spannungsstufe mittels der Anlagenbedienung verstellt wird, und eine Online-Schaltung, bei der die Verstellung der Spannungsstufe mittels der Anlagensteuerung auch bei eingeschaltetem Elektrolyseur möglich ist.
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Für das Verfahren ist insbesondere vorgesehen, dass die Primärspannung im wesentlichen konstant ist, d. h. bis auf die üblichen, unvermeidbaren Schwankungen. Dies wird durch das lokal feste Aufstellen der entsprechenden Vorrichtung gewährleistet sein. In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen werden, die z. T. regional schwankende Spannung des Mittelspannungsnetzes insoweit zu berücksichtigen, dass die Spannung des Mittelspannungsnetzes am Aufstellungsort festgestellt wird, und die Transformator-Auslegung hinsichtlich der abgestuften Anzapfstellen in Abhängigkeit der lokal vorliegenden Primärspannung ausgelegt wird.
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Zweckmäßig ist die zur geringsten Sekundärspannung führende Anzapfung der Primärseite des Transformators größenordnungsmäßig auf den Elektrolyseur im Neuzustand ausgelegt, d. h. noch ohne Degradation. Genauer gesagt wird man den zuerst gewählten Spannungswert um den Abstand einer Stufe oder annähernd einer Stufe höher legen als im Neuzustand erforderlich, um bei der einsetzenden Degradation bereits die volle Stromstärke aufrechterhalten zu können.
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Ein Elektrolyseur ist vorzugsweise vom Stapel-Typ, wobei eine Anzahl von durchaus 40, 60 oder mehr Zellen verbunden werden, durchaus auch 80 oder mehr. Ist die Zelle, wie zweckmäßig vorgesehen, für eine Nennspannung (nicht degradiert) von größer als 1,4 V, insbesondere größer als 1,6 V ausgelegt, beispielsweise ca. 1,8 V. So ergibt sich ein Spannungsbedarf am Elektrolyseur vom Stapel-Typ in einem Bereich, der grundsätzlich noch aus dem Niederspannungsnetz (Bereich von 200 V) abgedeckt werden könnte, mit einer Tendenz zu einem höheren Spannungsbedarf, der über das Niederspannungsnetz nicht mehr erreichbar ist, oder zumindest bei fortschreitender Degradation aus dem Niederspannungsnetz nicht mehr mit maximalem Stromfluss betreibbar ist. Im Rahmen der Degradation wird ein erhöhter Spannungsbedarf von durchaus 20% oder mehr erwartet, wobei man üblicherweise bei einem um 25% erhöhten Spannungsbedarf den Elektrolyseur als soweit degradiert betrachtet, dass ein Austausch vorgenommen werden sollte.
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Andererseits ist der Spannungsbedarf selbst im degradierten Zustand in der Regel noch geringer als 300 V für einen Elektrolyseur vom Stapel-Typ, so dass herkömmliche standardisierte Mittelspannungstransformatoren mit einer Sekundärspannung von 400 V +– 10% eher nicht geeignet sind. Vielmehr sollten die Transformatoren in Abstimmung auf den Elektrolyseur optimiert hergestellt werden.
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Bezogen auf einen Elektrolyseur vom Stapel-Typ ist grundsätzlich vorgesehen, dass der Elektrolyseur für eine Leistung von wenigstens 30 kW ausgelegt ist, bevorzugt wenigstens 120 kW, insbesondere wenigstens 240 kW, und/oder einer Gleichstromversorgung von wenigstens 1000 A, bevorzugt wenigstens 2000 A, insbesondere wenigstens 4000 A unterliegt. Es können jedoch auch Leistungswerte von 300 kW erreicht und auch überschritten werden, dergleichen Gleichstromversorgungen von 8000 bis 10.000 A ebenfalls durchaus erreicht oder überschritten werden.
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Insoweit ist zweckmäßig vorgesehen, dass die aufgrund der Maximal- und Minimal-Abzapfung maximal erreichbare sekundärseitige Spannungsdifferenz des Transformators auf einen für den Elektrolyseur im Verlauf seiner Lebensdauer erwarteten, durch Degradation bedingten erhöhten Spannungsbedarf ausgelegt ist.
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Die Änderung der Anzapfung des Transformators erfolgt entsprechend je nach Anzahl der vorhandenen Stufen nicht nur einmalig, sondern mehrfach, also fortlaufend über die Lebensdauer des Elektrolyseurs. Dabei kann eine Zeitskala der fortlaufenden Änderung wenigstens zwei Wochen, bevorzugt wenigstens einen Monat, insbesondere wenigstens drei Monate betragen. Das heißt, man ändert auf vergleichsweise großen Zeitskalen im Vergleich zu Regelungen im Bereich von Minuten oder einer oder mehreren Stunden, und trägt damit der schleichenden Degradierung des Elektrolyseurs Rechnung.
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In einer weitergehenden Verfahrensgestaltung kann jedoch die Möglichkeit der mehreren Anzapfstellen, die auch mehrstufig übersprungen werden könnten, dazu herangezogen werden, den Elektrolyseur mit einer niedrigeren Auslastung zu fahren. Dazu könnte man die vorgegebene Differenz aus Anspruch 2 auf einen gewünschten Wert hochsetzen, und dadurch bei einer temporär gewünschten niedrigeren Wasserstofferzeugungsrate die netzseitige Anzapfung des Transformators ebenfalls ändern, in Richtung auf eine niedrigere Sekundärspannung, wobei dies auch auf kürzeren Zeitskalen möglich ist. Im letzteren Fall sollten allerdings Online-Leistungsstufenschalter verwendet werden.
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Insoweit offenbart die Erfindung auch als eigenständig schutzwürdig ein Verfahren zur Herstellung von Wasserstoff, bei dem man elektrische Leistung aus dem Netz bezieht und dazu eine netzseitige Primärspannung mittels eines Transformators auf eine gleichrichterseitige Sekundärspannung heruntertransformiert, welche mit einem zur Bereitstellung eines für einen den Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugenden Elektrolyseur vorgesehenen Gleichstroms eingestellten Gleichrichters gleichgerichtet wird, das dadurch gekennzeichnet ist, dass eine zeitliche Variation des vorgesehenen Gleichstroms vorgegeben wird und man eine netzseitige Anzapfung des Transformators in Abhängigkeit der vorgegebenen Variation in abgestufter Weise ändert.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht ist noch eine Vorrichtung zur Herstellung von Wasserstoff mit einem an das Netz gekoppelten Transformator, einem an den Transformator angekoppelten Gleichrichter und einem dem Gleichrichter nachgeschalteten und über den Transformator und den Gleichrichter elektrische Leistung aus dem Netz beziehenden, den Wasserstoff durch Elektrolyse erzeugenden und seinen Zustand im Verlauf seiner Lebensdauer ändernden Elektrolyseur unter Schutz gestellt, die im wesentlichen dadurch gekennzeichnet ist, dass die Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Aspekte ausgelegt ist und der Transformator dazu netzseitig mehrere in Abstimmung auf den Elektrolyseur abgestufte Anzapfstellen aufweist.
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Die Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den oben erläuterten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens. Dazu kann die Vorrichtung insbesondere eine Überwachungseinrichtung aufweisen, die den Zustand des Elektrolyseurs überwacht und signalisiert, wenn eine Änderung der Anzapfung vorzunehmen ist. Je nach Automatisierungsgrad, insbesondere unter Verwendung von Online-Leistungsstufenschaltern kann eine Steuerung der Vorrichtung auch zur automatischen Steuerung der Vorrichtung gemäß einem oder mehreren der oben erwähnten Verfahrensaspekte ausgelegt sein.
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Die Vorrichtung kann auch in einer Anlage zur katalytischen Methanisierung integriert sein, mit welcher aus einem Eduktgas, das Kohlenoxid, z. B. CO2 aus einer Kohlenoxid-Quelle und Wasserstoff aus einer Wasserstoff-Quelle aufweist, ein methanreiches Produktgas erzeugt wird, bei der die Wasserstoff-Quelle die oben erläuterte Vorrichtung ist/der verwendete Wasserstoff gemäß einem Verfahren mit einem oder mehreren der obigen Verfahrensaspekte bereitgestellt wird.
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Für die Gleichrichter-Komponente wird ein wenigstens sechspulsiger Gleichrichter bevorzugt. Während auch noch höherpulsige Drehstrom-Gleichrichter denkbar sind, wird besonders bevorzugt ein Zwölf-Puls-Gleichrichter eingesetzt. Als Halbleiter-Bauelemente des Gleichrichters kommen Dioden und Thyristoren in Frage, wobei insbesondere Thyristoren bevorzugt sind. Mit letzteren kann insbesondere die Ausgangsleistung des Gleichrichters bei Bedarf deutlich, d. h. bis auf die Hälfte oder sogar nur 20% der maximalen Ausgangsleistung heruntergeregelt werden, wodurch ein weiteres Instrument zur Stütze des Versorgungsnetzes im Falle ungewollter Netzschwankungen vorhanden ist.
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Idealerweise verläuft die stufenweise durchgeführte Änderung der primärseitigen Anzapfung undirektional, nur von niedrigen, zu höheren Sekundärspannungen, solange der Elektrolyseur nicht ausgetauscht oder aufbereitet wird.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Figuren, von denen
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1 schematisch einen Netzanschluß einer Elektrolyseanlage zeigt, und
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2 schematisch die mehreren Anzapfstellen für die netzseitigen Primärwindungen zeigt.
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Zunächst ist in 1 ein Beispiel für den Anschluß einer gleichstromversorgten Elektrolyseanlage 100 an das Mittelspannungsnetz 30 gezeigt. Zwei aus einem auf eine niedere Spannungsebene in der Größenordnung der Niederspannungsebene transformierende Transformatoren 14 mit nachgeschalteten Elektrolyseeinheiten aus Gleichrichtern 20 und Elektrolyseuren 10 sind voneinander unabhängig an das Mittelspannungsnetz ankoppelbar. Die dazu vorgesehene Schalteinheit 16 wird von einer nicht gezeigten Steuerung geschaltet, beispielsweise erfolgt eine Zuschaltung bevorzugt bei im Netz vorhandener Überschussleistung.
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Bei den Gleichrichtern 20 handelt es sich um Zwölfpuls-Dreiphasengleichrichter, die in Stern-Dreieck-Kopplung an den Transformator 14 anschließen. Jeder einzelne Elektrolyseur 10 besteht in diesem Ausführungsbeispiel aus einem einzelnen Elektrolyseur vom Stapeltyp mit einer Nennleistung von 300 kW.
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Der Transformator 14 ist auf der linken Seite von 2 nochmals schaltungstechnisch dargestellt, nebst der gleichrichterseitigen Stern-Dreieck-Kopplung. Im rechten Teil von 2 sind schematisch die Primär- und Sekundärwindungen des Transformators 14 dargestellt. Zur Seite der Sekundärwindungen 12 sind die Windungen für die Stern(12a)- und Dreieck(12b)-Kopplung dargestellt, die die gleiche Sekundärspannung Usec erhalten. Auf der Primärseite 13 sind schematisch die anzapfbaren Anzapfstellen zu unterschiedlichen Windungszahlen dargestellt, wobei in diesem Ausführungsbeispiel 21 im wesentlichen äquidistant beabstandete Anzapfstellen vorgesehen sind. Gegenüber der zentralen Anzapfstelle (mit 0% bezeichnet) liefert die größte Windungszahl eine in diesem Ausführungsbeispiel um p% = 25% erhöhte primärseitige Windungszahl, die Anzapfstelle mit der geringsten Windungszahl ist entsprechend zur zentralen Anzapfstelle um 25% geringer. Die Anzapfung selbst ist durch den Pfeil 13a angedeutet.
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Der Elektrolyseur 10 und der Transformator 14 sind aufeinander abgestimmt (im Neuzustand) so ausgelegt, dass die konstante primärseitige Spannung bei netzseitiger Anzapfung maximaler Windungszahl zu einer sekundärseitigen Spannung Usec führt, die zur Aufrechterhaltung eines maximalen Stromflusses im Elektrolyseur 10 auch dann ausreicht, wenn die dort anliegende Spannung durch die Leistungselektronik des Gleichrichters 20 nicht durch zusätzliche Phasenregelung herabgesetzt wird. Idealerweise ist diese Sekundärspannung noch geringfügig höher, im vorliegenden Fall nicht mehr als 2,5% höher als eine solche minimal erforderliche sekundäre Spannung am Transformator.
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Der Steuerung der Elektrolyseanlage wird nun ein Spannungswert zugewiesen, der diesen Betriebszustand (Arbeitsstellung des „neuen” Elektrolyseurs) charakterisiert, beispielsweise die Eingangsspannung des Elektrolyseurs. Zudem wird eine Schwelle festgelegt, die in diesem Ausführungsbeispiel eine prozentual um ca. 2,5% höhere Spannung ist. Sobald sich der Zustand des Elektrolyseurs 10, etwa durch Degradierung der katalytischen Beschichtung an den Elektrodenoberflächen seiner Zellen ändert und dadurch die Spannung erhöht, die zur Beibehaltung des maximalen Stromflusses erforderlich ist, wird dem Bediener der Steuerung ein entsprechendes Signal ausgegeben. Das Signal kann auch mit einer Vorlaufzeit ausgegeben werden, also auf eine aufgrund des beobachteten Verlaufes der zur Beibehaltung des Maximalstroms erforderlichen Spannung in die Zukunft extrapolierte Bewertung zum Erreichen der Schwelle gestützt sein.
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Bei oder rechtzeitig vor Erreichen der Schwelle wird die Anzapfung an der Netzseite des Transformators geändert, auf die nächste Stufe mit um in diesem Ausführungsbeispiel 2,5% geringerer Windungszahl und somit (gleichbleibende Primärspannung) einer um entsprechend 2,5% erhöhten Sekundärspannung, die nun an dem Gleichrichter 20 anliegt, so daß wieder ein für den maximalen Stromfluß ausreichend hohes Spannungsniveau bereitsteht, allerdings wiederum ein um nicht mehr als 2,5% höherer Wert als erforderlich, sofern die Leistungselektronik des Gleichrichters 20 die Spannung nicht zusätzlich herabreguliert.
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Auf diese Weise wird fortlaufend mit zunehmender Degradation des Elektrolyseurs die netzseitige Windungszahl durch Anzapfen einer Anzapfstelle mit nächstniedriger Windungszahl die Sekundärspannung auf einen ausreichenden und passenden, also nur moderat überhöhten Wert gebracht. Bei der vorliegenden Ausführungsform erfolgt diese Anpassung durch Änderung der Primäranzapfung ca. ein Mal pro Jahr, beispielsweise im Rahmen üblicher Wartungsarbeiten, und zwar manuell.
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Zudem kann eine weitere, nicht dargestellte Überwachung vorgesehen werden, welche die aufgrund der Wirkung der Leistungselektronik des Gleichrichters 20 ins Netz 30 rückgekoppelte Blindleistung erfasst und mit einem Grenzwert vergleicht, der nicht überschritten werden soll. Sollte es zu einer nicht akzeptablen fortwährenden Überschreitung dieses Grenzwertes kommen, besteht neben der Möglichkeit, zeitweilig höhere als gewünschte Eingangsspannungen am Elektrolyseur zuzulassen oder die Anlage abzuschalten, ebenfalls die Möglichkeit, primärseitig durch Anzapfen einer Anzapfstelle höherer Windungszahl die sekundärseitige Spannung zu verringern und den Gleichrichter 20 somit zu entlasten, gegebenenfalls unter Inkaufnahme eines geringeren Stroms als des gewünschten Maximalstroms im Elektrolyseur.
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Bei der üblicherweise vorgesehenen Steuerung wird eine solche Maßnahme allerdings vermeidbar sein, indem eine Änderung der primärseitigen Anzapfung erst dann vorgenommen wird, wenn die dadurch generierte Erhöhung auf der Sekundärspannungsseite eine Spannungsregelung im Gleichrichter ermöglicht, deren Blindleistungseinspeisung ins Netz 30 im vorgesehenen (erlaubten) Rahmen bleibt.
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In dem Ausführungsbeispiel ist eine Änderung der Anzapfung von Hand beschrieben worden. Es könnten jedoch auch gesteuert betätigte Leistungsstufenschalter zum Einsatz kommen, die oben ausführlicher beschrieben wurden, etwa Online- oder Offlineschalter.
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Anstelle der hier dargestellten 21 Anzapfstellen könnte auch eine andere Anzahl verwendet werden; ebenso ist die Abstufung von in diesem Ausführungsbeispiel 2,5% durch andere Abstufungen ersetzbar, die allerdings eher noch kleiner als im gezeigten Ausführungsbeispiel ausfallen sollten, beispielsweise eine 1,25%-Abstufung. Für eine optimale Ausnutzung wird man die Maximal- und Minimalwerte der primärseitigen Windungen an den Elektrolyseurzustand ohne Degradation und mit maximaler Degradation (vor Austausch) anpassen, was den Gesamtumfang der sekundärseitig erreichbaren Spannungsänderungen betrifft, und die Anzahl der Abstufungen, also den sekundärseitigen Spannungsunterschied zwischen zwei primärseitigen Anzapfungen dahingehend abstimmen, daß nach Anzapfung eine Spannungsfeinregelung der Leistungselektronik des Gleichrichters 20 noch zu unterkritischen Blindleistungseinspeisungen ins Netz 30 führen.
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Insoweit ist die Erfindung nicht auf das in der Figurenbeschreibung dargestellte Ausführungsbeispiel eingeschränkt. Vielmehr können die Merkmale der Beschreibung und der nachstehenden Ansprüche einzeln oder in Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
