DE102019008670A1 - Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Elektrolyse und Anlage zur Elektrolyse - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage (100) zur Elektrolyse, bei der wenigstens eine Elektrolyseinrichtung (150, 160) elektrisch über einen Gleichspannungskreis (140) mit einem Stromrichter (130) verbunden ist, wobei der Stromrichter (130) mit einem Wechselspannungskreis (120) verbunden wird, um die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung (150, 160) mit elektrischer Energie zu deren Betrieb zu versorgen, wobei der Stromrichter (130) mittels einer Schwingungspaketsteuerung betrieben wird, sowie eine solche Anlage (100).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Elektrolyse z.B. zur Gewinnung von Wasserstoff, bei der wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung über einen Stromrichter mit elektrischer Energie versorgt wird, sowie eine solche Anlage.
  • Stand der Technik
  • Zur Gewinnung von Wasserstoff kann die sog. Elektrolyse eingesetzt werden, bei welcher z.B. Wasser durch elektrische Energie in Sauerstoff und Wasserstoff aufgespaltet wird. Hierbei wird auch von der Wasser-Elektrolyse gesprochen. Hier kommen dann wiederum auch die sog. alkalische Wasser-Elektrolyse (bzw. AEL für „Alkaline Electrolysis“) oder die sog. Protononaustauschmembran-Elektrolyse (bzw. PEM-Elektrolyse für „Proton Exchange Membrane“-Elektrolyse) in Betracht. Die Grundlagen hierzu sind an sich bekannt, z.B. aus „Bessarabov et al: PEM electrolysis for Hydrogen production. CRC Press.“ Daneben gibt es auch die sog. SOEC- („Solid Oxide Electrolysis Cell“) und die AEM- („Anion Exchange Membrane“) Elektrolyse, sowie die Proton-leitende Hochtemperatur-Elektrolyse, sog PCEs (Proton Ceramic Electrolysers) bei z.B. ca. 400°C bis 700°C, siehe z.B. Vollestad et al „Mixed proton and electron conducting double perovskite anodes for stable and efficient tubular proton ceramic electrolysers“ in Nature Materials, 2019.
  • Insbesondere diejenigen Elektrolyse-Technologien, die bei niedrigen Temperaturen erfolgen, also z.B. die PEM-, AEL- und AEM-Elektrolyse, eignen sich aufgrund der Möglichkeiten eines flexiblen Betriebs zur Unterstützung des Übergangs der Energiegewinnung hin zu erneuerbaren Energien. Hierzu ist ein Betrieb einer entsprechenden Anlage zur Elektrolyse zweckmäßig, bei dem die benötigte elektrische Energie aus z.B. einem Energieversorgungsnetz wie der öffentlichen Stromversorgung, bezogen wird. Ebenso kommen aber sog. Inselnetze in Betracht, wenn z.B. eine solche Anlage (direkt) an einer Windkraftanlage oder einem Windpark mit mehreren Windkraftanlagen betrieben wird.
  • Hierbei kann es jedoch aufgrund von Rückwirkungen auf das Energieversorgungsnetz zu Problemen kommen, wobei diese Rückwirkungen in der Regel umso stärker sind, je kleiner das Energieversorgungssetz ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, verbesserte Möglichkeiten zum Betreiben einer Anlage zur Elektrolyse anzugeben.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage zur Elektrolyse sowie eine solche Anlage mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
  • Vorteile der Erfindung
  • Ein erfindungsgemäßes Verfahren dient zum Betreiben einer Anlage zur Elektrolyse, bei der wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung elektrisch über einen Gleichspannungskreis (auch als Gleichspannungszwischenkreis bezeichnet) mit einem Stromrichter verbunden ist. Der Stromrichter wiederum ist bzw. wird mit einem Wechselspannungskreis verbunden, um die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung mit elektrischer Energie zu deren Betrieb zu versorgen. Bei dem Wechselspannungskreis kann es sich (direkt) um ein Energieversorgungsnetz handeln, typisch und zweckmäßig ist es jedoch, wenn der Wechselspannungskreis mittels eines Transformators elektrisch mit einem Energieversorgungsnetz verbunden wird. Damit kann die typischerweise sehr hohe Wechselspannung im Energieversorgungsnetz (zumindest bei Verwendung im industriellen Maßstab ist eine hohe Spannung typisch) auf einen niedrigeren, benötigen Wert der Wechselspannung herunter transformiert werden.
  • Als Energieversorgungsnetz kommt dabei die öffentliche Stromversorgung bzw. ein öffentliches Energieversorgungsetz in Betracht. Ebenso ist es aber bevorzugt, wenn als Energieversorgungsnetz ein Inselnetz verwendet wird, also ein (in sich) abgeschlossenes Energieversorgungsnetz wie z.B. eine Windkraftanlage oder ein Windpark mit meheren Windkraftanlagen.
  • Der Stromrichter ist nötig, um die Wechselspannung, wie sie für ein Energieversorgungsnetz typisch ist, in die für den Betrieb der Elektrolyseeinrichtung(en) nötige Gleichspannung zu wandeln. In diesem Sinne kann als Stromrichter ein sog. Inverter bzw. AC-DC-Konverter verwendet werden. An dieser Stelle sei jedoch angemerkt, dass grundsätzlich mit einem solchen Stromrichter auch die Wandlung von Gleichspannung in Wechselspannung möglich sein kann. Typischerweise weist ein solcher Stromrichter Halbleiterschalter wie IGBTs oder Thyristoren oder auch MOSFETs auf, die entsprechend verschaltet sind, meist in einer sog. Brückenschaltung, und dann zum Wandeln der Wechselspannung in eine Gleichspannung angesteuert werden.
  • Wenngleich die Anlage im Rahmen der vorliegenden Anmeldung vorwiegend in Bezug auf (nur) eine Elektrolyseeinrichtung beschrieben wird, so kann eine solche Anlage auch mehrere solcher Elektrolyseeinrichtungen aufweisen, die über den oder einen Gleichspannungskreis elektrisch mit dem Stromrichter verbunden sind. Denkbar ist auch, dass zudem oder alternativ weitere Elektrolyseeinrichtungen elektrisch über einen anderen Gleichspannungskreis und einen anderen (gleichartigen) Stromrichter und darüber dann mit dem Transformator verbunden sind bzw. werden.
  • Weiterhin kann die Anlage bevorzugt zur Wasser-Elektrolyse, also zur Gewinnung von Wasserstoff, verwendet werden. Hier kommen insbesondere die eingangs schon genannten Arten der Wasser-Elektrolyse in Betracht. Ebenso kann die Anlage - zusätzlich oder alternativ - aber auch zur Kohlenstoffdioxid-Elektrolyse (CO2-Elektrolyse) und/oder zur Co-Elektrolyse verwendet werden, bei der Kohlenstoffdioxid, bzw. Kohlenstoffdioxid und Wasser in verschiedene Produkte wie z.B. CO, Synthesegas oder auch Ethylen, Ethanol, Format umgewandelt werden. Ebenso kommt die Chlor-Alkali-Elektrolyse in Betracht. Außerdem kann die Anlage besonders bevorzugt zur Niedertemperatur-Elektrolyse und/oder zur Mitteltemperatur-Elektrolyse und/oder Hochtemperatur-Elektrolyse verwendet werden, wie sie eingangs teils beschrieben wurden. Z.B. werden die EPM, AEL und AEM als Niedertemperatur-Elektrolyse typischer bei weniger als 100°C betrieben, wenngleich Temperaturen bis 130°C auch möglich und mitunter sogar sehr effizient sind. Bei einer Mitteltemperatur-Elektrolyse wird in der Regel Dampf (und kein flüssiges Wasser) eingesetzt, wobei z.B. Temperaturen zwischen 150°C und 400°C in Betracht kommen. Bei der Hochtemperatur-Elektrolyse handelt es sich in der Regel um eine Elektrolyse, die keramische Membranen z.B. SOEC oder die beschriebene HT-PEM, in einem Temperaturbereich über 600°C. Hierzu sind die einzelnen Elektrolyseeinrichtungen dann entsprechend ausgebildet. Die konkrete Art der Elektrolyse, die mit der Anlage durchgeführt wird, ist für die vorliegende Erfindung jedoch weniger relevant, wie sich aus den nachfolgenden Erläuterungen noch ergibt, insbesondere kann die vorliegende Erfindung mit jeder Art von Elektrolyse auf Basis von Wasser und/oder Kohlenstoffdioxid als Einsatzmedium und auch zur Chlor-Alkali-Elektrolyse verwendet werden.
  • Bei der Versorgung der Elektrolyseeinrichtung mit elektrischer Energie über den Stromrichter treten, wie sich gezeigt hat, jedoch aufgrund dessen Betriebs bzw. der Ansteuerung der darin vorhandenen Halbleiterschalter Rückkopplungen bzw. Rückwirkungen in den Wechselspannungskreis bzw. das Energieversorgungsnetz auf. Diese Rückkopplungen bzw. Rückwirkungen beruhen vorwiegend auf den harmonischen Schwingungen (also Grundschwingung und insbesondere Oberschwingungen) in der Wechselspannung, die durch die bzw. bei der Gleichrichtung der Wechselspannung entstehen. Typischerweise erfolgt dann die Spannungsregelung durch eine Phasenanschnittsteuerung, diese wiederum verstärkt jedoch die (unerwünschten) harmonischen Schwingungen.
  • Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird nun der Stromrichter mittels einer Schwingungspaketsteuerung betrieben. Bei der Schwingungspaketsteuerung - auch als Wellenpaketsteuerung bezeichnet - wird - im Gegensatz zur Phasenanschnittsteuerung - ein Puls nur in oder zumindest nahe bei Nulldurchgängen geschaltet. Aus diesem Grund wird diese Art der Steuerung auch als „Zero Crossing Control“ bezeichnet. Der Schaltvorgang eines Halbleiterschalters erfolgt also dann, wenn die anliegende Schwingung der Wechselspannung bei Null liegt, bzw. ein schon vorher ausgelöster Schaltvorgang wird solange verzögert, bis ein solcher Nulldurchgang erfolgt. Dadurch werden Strom- und Spannungs-Transienten und damit Oberschwingungen zumindest weitgehend vermieden. Damit ist insbesondere auch eine Reduzierung der Spannung (hinsichtlich des Mittelwerts bzw. effektiven Mittelwerts) möglich.
  • Bei dieser Schwingungspaketsteuerung kann insbesondere eine Ganzwellensteuerung („Full Wave“) oder aber eine Halbwellensteuerung („Half Wave“) verwendet werden.
  • Bei der Ganzwellensteuerung werden immer ganze Perioden der Frequenz der Wechselspannung ein- oder ausgeschaltet. Dadurch treten keine Gleichanteile in der Stromaufnahme auf. Zur Erhöhung der Kontinuität der effektiven Spannung können auch Halbwellen geschaltet werden. Wenn Gleichstromanteile vermieden werden sollen, sollte dafür gesorgt werden, dass negative und positive Halbwellen gleich häufig auftreten.
  • Durch die Verwendung dieser Schwingungspaketsteuerung und die damit einhergehende Vermeidung oder zumindest Reduzierung von Rückkopplungen bzw. Rückwirkungen in das Energieversorgungsnetz können bisher nötige Filter (z.B. Tiefpassfilter, die die Frequenzen dieser Oberschwingungen herausfiltern) vermieden werden. Die Effizienz des Betriebs der Anlage wird damit erhöht. Zudem können aufgrund der nunmehr geringeren Rückwirkungen in das Energieversorgungsnetz auch mehr und/oder größere Anlagen zur Elektrolyse über ein Energieversorgungsnetz betrieben werden, da keine bzw. kaum Rückwirkungen auftreten, die anderswo Störungen verursachen könnten. Damit kann der eingangs schon erwähnte Übergang der Energiegewinnung hin zu erneuerbaren Energien noch besser unterstützt werden.
  • Wie schon erwähnt, wird meist ein Transformator verwendet, um die Wechselspannung des Energieversorgungsnetzes herunter zu transformieren auf einen Wert, der für den Stromrichter geeignet ist. Hierbei ist es dann bevorzugt, wenn der Transformator unter Verwendung eines Stufenschalters betrieben wird.
  • Stufenschalter (engl. „Tap Changer“) für Transformatoren, insbesondere Leistungstransformatoren, dienen zur Einstellung des Übersetzungsverhältnisses (der Amplitude der Wechselspannung zwischen Eingangsspannung und Ausgangsspannung). Die Wicklung des Transformators auf seiner Ober- oder Unterspannungsseite umfasst hierzu meist eine Stammwicklung und eine Regel- oder Stufenwicklung mit mehreren Anzapfungen, die an den Stufenschalter geführt werden. Auch die Leistungsregelung bei Parallelschaltung kann über den Stufenschalter realisiert werden.
  • Stufenschalter teilen sich in Laststufenschalter (OLTC für engl. „On Load Tap Changer“) und Umsteller (NLTC für engl. „No Load Tap Changer“, oder auch DETC 'für engl. „De-Energized Tap Changer“ oder OCTC für engl. „Off Circuit Tap Changer“, wobei diese Begriffe gleichbedeutend sind).
  • Laststufenschalter dienen zur unterbrechungsfreien Umschaltung unter Last und können in Lastwähler und Lastschalter unterteilt werden. Je nach zu bewältigenden Betriebsströmen und Einbauort in der Transformatorschaltung können Stufenschalter ein- oder dreiphasig verbaut werden. Das heißt, eine Stufenschaltersäule schaltet entweder eine oder drei Phasen. Drei einphasige Stufenschalter benötigen mehr Platz als ein dreiphasiger Stufenschalter. Der Einsatz dreiphasiger Stufenschalter setzt zumeist den Einbauort im Sternpunkt einer Sternschaltung voraus. Für größere Ströme, höhere Schaltleistung oder den Einsatz in einer Dreieckschaltung werden meist einphasige Schalter benötigt.
  • Umsteller erfüllen prinzipiell dieselben Aufgaben wie Laststufenschalter, können jedoch nur last- oder spannungsfrei verstellt werden. Umsteller werden üblicherweise mit wenigen Stufen ausgeführt und häufig nur von Hand betätigt, wenngleich eine automatisierte Betätigung natürlich ebenso möglich ist. Sie sind jedoch weitgehend wartungsfrei.
  • Aufgrund der Vermeidung von Rückkopplungen durch die verwendete Schwingungspaketsteuerung treten auch in dem Transformator keine solchen Rückwirkungen auf und es wird ein besonders effizienter und störungsfreier Schaltvorgang mittels des Stufenschalters ermöglicht. Der zur Verfügung stehende, stellbare Spannungsbereich kann ohne (negative) Auswirkungen auf Gleichstromrippel erhöht werden.
  • Die erwähnte Ganzwellensteuerung bei der Bereitstellung der Gleichspannung mittels des Stromrichters erlaubt grundsätzlich einen Spannungsbereich von 0% bis 100% der Eingangsspannung als Ausgangsspannung, wenn keine negativen Auswirkungen auf Gleichstromrippel erlaubt werden sollen ist jedoch ein Spannungsbereich von 70% bis 100%, bevorzugt 80% bis 100%, zweckmäßig (damit kann also insbesondere ein Gleichstrom-Rippel bei der Elektrolyse gering gehalten werden). Ein Stufenschalter erlaubt grundsätzlich Spannungsbereiche ohne Grenzen nach unten oder oben, wirtschaftlich bevorzugt ist jedoch einen Spannungsbereich von 90% bis 110%. Diese Spannungsbereiche bzw. Betriebsbereiche sind ausreichend, um Alterungseffekte bei der Elektrolyse bzw. einer Elektrolyseeinrichtung auszugleichen und die Gewinnungs- bzw. Produktionsrate von z.B. Wasserstoff über die Lebensdauer (und damit auch deren bisheriger Betriebsdauer) der Elektrolyseeinrichtung konstant zu halten.
  • Hintergrund ist hier, dass die nötige Spannung zum Betrieb einer Elektrolyseeinrichtung mit einer bestimmten Produktionsrate mit der Zeit ansteigt; sodass die bereitgestellte Spannung mit der Zeit erhöht werden muss, um die Produktionsrate (möglichst) konstant zu halten. Außerdem wird damit eine gewisse Flexibilität des Betriebs ermöglicht, d.h. die Produktionsrate kann erhöht oder reduziert werden. Außerdem ist es alternativ oder zusätzlich bevorzugt, einzelne Stacks einer Elektrolyseeinrichtung und/oder einzelner Elektrolyseeinrichtungen (insbesondere bei mehreren Elektrolyseeinrichtungen) je nach Bedarf vollständig aus- oder einzuschalten. Das Ein- bzw. Ausschalten einzelner Stacks erhöht den Arbeitsbereich weiter bzw. ermöglicht eine Anpassung des Lastbereichs.
  • Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Anlage zur Elektrolyse, mit wenigstens einer Elektrolyseeinrichtung und einem Stromrichter, wobei die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung elektrisch über einen Gleichspannungskreis mit dem Stromrichter verbunden ist, wobei der Stromrichter elektrisch mit einem Wechselspannungskreis verbindbar oder verbunden ist, um die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung mit elektrischer Energie zu deren Betrieb zu versorgen, wobei die Anlage dazu eingerichtet ist, den Stromrichter mittels einer Schwingungspaketsteuerung zu betreiben. Hinsichtlich der Vorteile sowie weiterer bevorzugten Ausgestaltungen der Anlage sei zur Vermeidung von Wiederholungen auf die Ausführungen zum Verfahren verwiesen, die hier entsprechend gelten.
  • Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert, welche eine Anlage gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Figurenliste
    • 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Anlage in einer bevorzugten Ausführungsform.
    • 2 zeigt schematisch die Funktionsweise einer Schwingungspaketsteuerung, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
    • 3 zeigt schematisch Spannungsverlaufe für den Betrieb einer Elektrolyseeinrichtung, die Teil einer erfindungsgemäßen Anlage sein kann.
  • Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
  • In 1 ist schematisch eine erfindungsgemäße Anlage 100 in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt. Die Anlage 100 dient zur Elektrolyse und weist einen Transformator 110, einen Wechselspannungskreis 120, einen Stromrichter bzw. Inverter 130, einen Gleichspannungskreis 140 sowie wie beispielhaft zwei Elektrolyseeinrichtungen 150 und 160 auf. Es versteht sich, dass auch nur eine Elektrolyseeinrichtung vorgesehen sein kann, oder aber, dass noch mehr Elektrolyseeinrichtungen vorgesehen sein können.
  • Der Transformator 110 weist einen Stufenschalter 110, z.B. einen Laststufenschalter, auf, und ist eingangsseitig (bzw. entsprechenden Anschlüssen) elektrisch mit einem Energieversorgungsnetz 200 und ausgangsseitig (bzw. entsprechenden anderen Anschlüssen) elektrisch mit dem Wechselspannungskreis 120 verbunden. Mittels des Transformators 110 kann somit die von dem Energieversorgungsnetz 200 bereitgestellte Wechselspannung heruntertransformiert werden, wobei durch Verwendung des Stufenschalters 111 das Transformationsverhältnis verändert werden kann.
  • Der Wechselspannungskreis 120 ist dann elektrisch mit dem Stromrichter 130 bzw. entsprechenden Anschlüssen bzw. Eingangsanschlüssen des Stromrichters 130 verbunden. Der Stromrichter 130 wiederum ist über entsprechende Anschlüsse bzw. Ausgangsanschlüsse elektrisch mit dem Gleichspannungskreis 140 verbunden. Der Stromrichter 130 weist zudem einen Ansteuereinheit 131 auf, mittels welcher in dem Stromrichter vorgesehenen Halbleiterschalter entsprechend angesteuert, d.h. geöffnet und geschlossen, werden können, um die Wechselspannung gleichzurichten.
    An dem Gleichspannungskreis 140 wiederum sind die Elektrolyseeinrichtungen 150 und 160 elektrisch angebunden.
  • Auf diese Weise kann mittels des Energieversorgungsnetzes 200 elektrische Energie zum Betreiben der Anlage 100 bzw. der davon umfassten Elektrolyseeinrichtungen 150, 160 bereitgestellt werden. Beispielhaft ist die Elektrolyseeinrichtung 150 zur Wasser-Elektrolyse ausgebildet, bei der Wasser a zugeführt und in mehreren Stacks (nur angedeutet) gespaltet und Wasserstoff b und Sauerstoff c erhalten und abgeführt und ggf. gespeichert werden. Die Elektrolyseeinrichtung 160 kann gleichartig aufgebaut sein oder auch anders. Wie eingangs schon erwähnt, ist die konkrete Art der Elektrolyseeinrichtung für die vorliegende Erfindung weniger relevant, vielmehr kommt es auf den Betrieb des Stromrichters 130 und ggf. des Transformators 110 an.
  • Wie erwähnt, werden zum Betrieb der Anlage 100 der Stromrichter 130 bzw. die darin enthaltenen Halbleiterschalter, insbesondere mittels der Ansteuereinheit 131, derart angesteuert, dass die Halbleiterschalter immer bei oder nahe eines Nulldurchgangs der betreffenden, anliegenden Schwingung der Wechselspannung schalten. Der Stromrichter 130 wird also mittels einer Schwingungspaketsteuerung betrieben. Der genaue Schaltzeitpunkt muss hierbei nicht exakt beim Nulldurchgang liegen, sondern kann z.B. bis zu 5% oder bis zu 10% (bezogen auf eine Periodendauer der Schwingung) vorher oder nachher liegen.
  • Auf diese Weise werden Rückkopplungen in den Wechselspannungskreis 120 und damit in den Transformator 110 sowie das Energieversorgungsnetz 200 verhindert. Ein Filter, zur Reduzierung solcher unerwünschter Oberschwingungen bzw. Rückkopplungen, wie er bisher nötig war und gestrichelt in der 1 gezeigt ist, vgl. Bezugszeichen 115, ist damit nicht mehr nötig.
  • In 2 ist schematisch eine Ansteuerung des Stromrichters mit der Schwingungspaketsteuerung und damit deren Funktionsweise, wie sie im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendet wird, dargestellt. Hierzu ist eine Spannung V über einer Zeit t aufgetragen und es sind Schwingungen bzw. Wellen der Wechselspannung, wie sie am Eingang des Stromrichters anliegen, dargestellt.
  • Mit to ist hierzu eine Schwingungspaketdauer von hier beispielhaft drei vollen bzw. ganzen Schwingungen gezeigt, mit tE eine Einschaltdauer von hier beispielhaft zwei vollen bzw. ganzen Schwingungen. Es wird hiermit immer nur bei Nulldurchgängen, also z.B. bei t=0, t=tE oder. t=t0 geschaltet, sodass keine unerwünschten Oberschwingungen auftreten können. Außerdem wird hier nur bei ganzen Schwingungen geschaltet.
  • In 3 sind schematisch und rein beispielhaft bzw. generisch Spannungsverlaufe für den Betrieb einer Elektrolyseeinrichtung, die Teil einer erfindungsgemäßen Anlage sein kann und wie sie beispielhaft in 1 gezeigt ist, dargestellt. Hierzu ist eine Spannung V über einer Stromdichte I (stattdessen kann dies auch eine Dichte an Wasserstoff sein) aufgetragen.
  • Die Kurve V1 stellt dabei den Zusammenhang zwischen der nötigen Spannung V und der damit erzielten Stromdichte I am Beginn der Lebensdauer der Elektrolyseeinrichtung dar, die Kurve V2 hingegen den entsprechenden Zusammenhang am Ende von deren Lebensdauer. Dabei ist zu sehen, dass hier mit zunehmender Lebensdauer eine immer höhere Spannung nötig ist, um dieselbe Stromdichte zu erreichen, der Unterschied zwischen Beginn und Ende der Lebensdauer ist hier mit ΔV gekennzeichnet.
  • Absolutwerte der Spannungen variieren in der Praxis meist je nach Elektrolysetechnologie und Anzahl der Zellen im Stack einer Elektrolyseeinrichtung. Insofern sind hier, wie erwähnt, nur beispielhafte bzw. generische Kurven gezeigt. Eine Steigung variiert ebenso je nach Elektrolysetechnologie, insofern sind diese hier ebenfalls nur beispielhaft bzw. generisch dargestellt.
  • Durch die vorstehend beschriebene Anlage und den vorgeschlagenen Betrieb einer solchen Anlage ist es jedoch möglich, die an der Elektrolyseeinrichtung anliegende Spannung zu verändern und so z.B. zu Beginn der Lebensdauer eine niedrigere Spannung zu wählen, die mit der Zeit immer weiter erhöht wird, um die Stromrichte und damit auch die Produktionsrate (möglichst) konstant zu halten.

Claims (15)

  1. Verfahren zum Betreiben einer Anlage (100) zur Elektrolyse, bei der wenigstens eine Elektrolyseinrichtung (150, 160) elektrisch über einen Gleichspannungskreis (140) mit einem Stromrichter (130) verbunden ist, wobei der Stromrichter (130) mit einem Wechselspannungskreis (120) verbunden wird, um die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung (150, 160) mit elektrischer Energie zu deren Betrieb zu versorgen, wobei der Stromrichter (130) mittels einer Schwingungspaketsteuerung betrieben wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei bei der Schwingungspaketsteuerung eine Ganzwellensteuerung oder eine Halbwellensteuerung verwendet wird.
  3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Wechselspannungskreis (120) mittels eines Transformators (110) elektrisch mit einem Energieversorgungsnetz (200) verbunden wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der Transformator (110) unter Verwendung eines Stufenschalters (111) betrieben wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Transformator (110) unter Verwendung eines Laststufenschalters oder eines Umstellers als Stufenschalter (111) betrieben wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem als Energieversorgungsnetz (200) ein öffentliches Energieversorgungsetz oder ein Inselnetz verwendet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine für die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung bereitgestellte Spannung in Abhängigkeit von einer bisherigen Betriebsdauer angepasst, insbesondere erhöht wird.
  8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei einer oder mehrere Stacks der wenigstens einen Elektrolyseeinrichtung je nach Bedarf ein- und/oder ausgeschaltet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anlage (100) zur Wasser-Elektrolyse und/oder zur Kohlenstoffdioxid-Elektrolyse und/oder zur Co-Elektrolyse und/oder zur Chlor-Alkali-Elektrolyse verwendet wird.
  10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Anlage (100) zur Niedertemperatur-Elektrolyse und/oder zur Mitteltemperatur-Elektrolyse und/oder Hochtemperatur-Elektrolyse verwendet wird.
  11. Anlage (100) zur Elektrolyse, mit wenigstens einer Elektrolyseeinrichtung (150, 160) und einem Stromrichter (130), wobei die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung (150, 160) elektrisch über einen Gleichspannungskreis (140) mit dem Stromrichter (130) verbunden ist, wobei der Stromrichter (130) elektrisch mit einem Wechselspannungskreis (120) verbindbar oder verbunden ist, um die wenigstens eine Elektrolyseeinrichtung (150, 160) mit elektrischer Energie zu deren Betrieb zu versorgen, wobei die Anlage (100) dazu eingerichtet ist, den Stromrichter (130) mittels einer Schwingungspaketsteuerung zu betreiben.
  12. Anlage (100) nach Anspruch 11, die dazu eingerichtet ist, den Stromrichter (130) mittels einer Schwingungspaketsteuerung zu betreiben, bei der eine Ganzwellensteuerung oder eine Halbwellensteuerung verwendet wird.
  13. Anlage (100) nach Anspruch 11 oder 12, weiterhin mit einem Transformator (110), der elektrisch mit dem Wechselspannungskreis (120) verbindbar oder verbunden ist, wobei der Transformator (110) elektrisch mit einem Energieversorgungsnetz (200) verbindbar ist, wobei der Transformator (110) bevorzugt einen Stufenschalter (111) zu dessen Betrieb aufweist.
  14. Anlage (100) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, die zur Wasser-Elektrolyse und/oder zur Kohlenstoffdioxid-Elektrolyse und/oder zur Co-Elektrolyse und/oder zur Chlor-Alkali-Elektrolyse eingerichtet ist.
  15. Anlage (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, die zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10 eingerichtet ist.
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