DE102020213236A1

DE102020213236A1 - power supply device

Info

Publication number: DE102020213236A1
Application number: DE102020213236.4A
Authority: DE
Inventors: Thomas Danne; Martin Hering; Gabriele Michalke
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2020-10-20
Filing date: 2020-10-20
Publication date: 2022-04-21

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung (1) zur Versorgung eines Verbrauchers (30), insbesondere zumindest einer Informationsverarbeitungsvorrichtung (31, 32, 33), vorzugsweise eines Rechenzentrums, aufweisend mehrere, mindestens zwei, Brennstoffzellenmodule (40, 40a-40j), wobei die Brennstoffzellenmodule (40, 40a-40j) Energie zur Versorgung des Verbrauchers (30) erzeugen. Es wird vorgeschlagen, dass ein Lastmanagementsystem (100) vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf des zu versorgenden Verbrauchers (30) die Last, insbesondere gleichmäßig, auf die Brennstoffzellenmodule (40, 40a-40j) verteilt.The invention relates to an energy supply device (1) for supplying a consumer (30), in particular at least one information processing device (31, 32, 33), preferably a data center, having a plurality of, at least two, fuel cell modules (40, 40a-40j), the fuel cell modules (40, 40a-40j) generate energy to supply the consumer (30). It is proposed that a load management system (100) be provided, which distributes the load, in particular evenly, to the fuel cell modules (40, 40a-40j) depending on the power requirement of the consumer (30) to be supplied.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieversorgungseinrichtung zur Versorgung eines Verbrauchers, insbesondere zumindest einer Informationsverarbeitungsvorrichtung und ein Rechenzentrum mit einer Energieversorgungseinrichtung.The invention relates to an energy supply device for supplying power to a consumer, in particular at least one information processing device and a computer center with an energy supply device.

Stand der TechnikState of the art

Es sind Rechenzentren bekannt, die ihre Energie aus einem Wechselstromnetz beziehen.Data centers are known which obtain their energy from an AC network.

1 zeigt ein bekanntes Versorgungsnetzes 5 für ein Rechenzentrum. Die Versorgung erfolgt aus einem Netzanschluss 11, 21, insbesondere an das öffentliche Versorgungsnetz. Aus Gründen der Ausfallsicherheit sind meistens zwei getrennte Netzanschlüsse vorgesehen. Weiterhin sind Back-UP-Systeme, wie beispielsweise Generatoren 12, 22 ausgebildet. Die Generatoren 12, 22 springen ein, wenn z.B. das Netz 11, 21 ausfällt. Automatic Transfer Switches 13, 23 ermöglichen das Umschalten zwischen dem Netzanschluss 11, 21 und dem Generator 12, 22. Die Power Distribution Units (PDU) 16, 26 verteilen den Strom an die einzelnen Komponenten des Rechenzentrums. Unterbrechungsfreie Spannungsversorgung (USV) 14, 15, 24, 25 stellen die unterbrechungsfreie Versorgung der einzelnen Komponenten 31, 32,33 des Rechenzentrums sicher. Hierbei handelt es sich um kritische Lasten. 1 shows a known supply network 5 for a data center. The supply is from a mains connection 11, 21, in particular to the public supply network. For reasons of reliability, two separate mains connections are usually provided. Furthermore, back-up systems such as generators 12, 22 are formed. The generators 12, 22 jump in if, for example, the network 11, 21 fails. Automatic transfer switches 13, 23 enable switching between the mains connection 11, 21 and the generator 12, 22. The power distribution units (PDU) 16, 26 distribute the electricity to the individual components of the data center. Uninterruptible power supply (UPS) 14, 15, 24, 25 ensure the uninterrupted supply of the individual components 31, 32,33 of the data center. These are critical loads.

Die Netzstruktur aus 1 stellt ein 2(N+1) System nach Rating 4 der Klassifizierung aus DIN EN 50600-1 und EN50060 2-2 dar. Die Versorgung erfolgt über zwei redundante Pfade 10, 20, in welchem nochmals jedes System zweifach redundant vorhanden ist. Die Komponenten 31, 32, 33 sind über Sammelschienen angebunden, über welche jeweils die komplette Leistung geleitet werden kann. Fällt ein Pfad 10, 20 aus, übernimmt der andere die gesamte Versorgung. Zum Umschalten zwischen zwei Sammelschienen ist ein Static Transfer Switch (STS) 19 ausgebildet, der die Versorgung in <4ms von einem auf den anderen Pfad 10, 20 schaltet. Allerdings ist der STS nicht immer zwingend notwendig, wenn beide Pfade stromführend sind und im Normalbetrieb jeder Pfad die halbe Leistung liefert.The network structure 1 represents a 2(N+1) system according to rating 4 of the classification from DIN EN 50600-1 and EN50060 2-2. The supply is provided via two redundant paths 10, 20, in which each system is again provided with double redundancy. The components 31, 32, 33 are connected via busbars, via which the entire power can be routed in each case. If one path 10, 20 fails, the other takes over the entire supply. A Static Transfer Switch (STS) 19 is designed for switching between two busbars, which switches the supply from one path 10, 20 to the other in <4 ms. However, the STS is not always absolutely necessary when both paths are live and each path supplies half the power during normal operation.

Nachteilig an einer solchen Versorgung eines Rechenzentrums ist die Abhängigkeit von Netzanschlüssen 11, 12 und damit von den Kosten für die Bereitstellung. Weiterhin steigt die Anzahl an Rechenzentren. In diesem Zusammenhang ist zu erwarten, dass diese auch an entlegenen Standorten gebaut werden, wo entweder der Netzanschluss an ein weniger zuverlässiges Netz erfolgt oder auch wesentlich höhere Netzanschlusskosten oder Netzausbaukosten anfallen. Dies ist beispielsweise bei Rechenzentren in den USA beobachtbar.A disadvantage of such a data center supply is the dependence on network connections 11, 12 and thus on the costs of provision. The number of data centers is also increasing. In this context, it can be expected that these will also be built in remote locations, where either the grid connection is to a less reliable grid or significantly higher grid connection costs or grid expansion costs. This can be observed, for example, in data centers in the USA.

Der Ausfall von Informationsverarbeitungsvorrichtungen führt zum Ausfall von IT-Diensten und Rechenleistung, was wiederum einen hohen finanziellen Schaden mit sich bringen würde. Die die Betreiber von Rechenzentren müssen grundsätzlich einen Ausfall ausschließen und eine Verfügbarkeiten von bis zu 99,999% ausweisen (<5,3min Standzeit pro Jahr).The failure of information processing devices leads to the failure of IT services and computing power, which in turn would result in high financial damage. Data center operators must always rule out a failure and have an availability of up to 99.999% (<5.3 minutes downtime per year).

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es eine Energieversorgungseinrichtung bereitzustellen, die eine zuverlässige Versorgungsstruktur für einen Verbraucher bereitstellt.The object of the present invention is to provide an energy supply device that provides a reliable supply structure for a consumer.

Vorteilhaft ist, dass die erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung einen Verbraucher, insbesondere unterbrechungsfrei, versorgt. Insbesondere verfügt der Verbraucher über zumindest eine Informationsverarbeitungsvorrichtung, vorzugsweise ist der Verbraucher als Rechenzentrums mit mehreren Informationsverarbeitungseinrichtungen ausgebildet. Die Energieversorgungseinrichtung weist mehrere, mindestens zwei, Brennstoffzellenmodule auf. Die Brennstoffzellenmodule erzeugen Energie zur Versorgung des Verbrauchers. Vorteilhaft ist, dass ein Lastmanagementsystem vorgesehen ist, welches in Abhängigkeit von dem Leistungsbedarf des zu versorgenden Verbrauchers die Last, insbesondere gleichmäßig, auf die Brennstoffzellenmodule verteilt. Die Brennstoffzellenmodule erzeugen in Abhängig von der ihr zugeordneten Last Energie, damit diese dem Verbraucher zur Verfügung gestellt werden kann. Es ergibt sich vorteilhaft neben der hohen Versorgungssicherheit auch eine gesteigerte Energieeffizienz und reduzierte C02 Emissionen. Auch entfallen durch den Einsatz von Brennstoffzellenmodulen der Netzausbau- und Netzanschlusskosten. Ferner ist die Energiewandlungskette verkürzt und somit die Gesamteffizienz gesteigert.It is advantageous that the energy supply device according to the invention supplies a consumer, in particular without interruption. In particular, the consumer has at least one information processing device; the consumer is preferably designed as a computer center with a number of information processing devices. The energy supply device has several, at least two, fuel cell modules. The fuel cell modules generate energy to supply the consumer. It is advantageous that a load management system is provided which, depending on the power requirement of the consumer to be supplied, distributes the load, in particular evenly, to the fuel cell modules. Depending on the load assigned to them, the fuel cell modules generate energy so that it can be made available to the consumer. In addition to the high security of supply, this also results in increased energy efficiency and reduced CO2 emissions. The use of fuel cell modules also eliminates the grid expansion and grid connection costs. Furthermore, the energy conversion chain is shortened and thus the overall efficiency is increased.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen ergeben sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung.The measures listed in the dependent claims result in advantageous developments and improvements of the energy supply device according to the invention.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass mindestens eines der Brennstoffzellenmodule zumindest eine Brennstoffzelle aufweiset, wobei die Brennstoffzelle insbesondere als Festoxidbrennstoffzelle, insbesondere eine Solid Oxid Fuel Cell (SOFC) ausgebildet sind. Die Versorgung der Brennstoffzellen erfolgt z.B. über einen Anschluss an das Gasnetz oder Wasserstoffnetz.An advantageous development is that at least one of the fuel cell modules has at least one fuel cell, the fuel cell being designed in particular as a solid oxide fuel cell, in particular a solid oxide fuel cell (SOFC). The fuel cells are supplied, for example, via a connection to the gas network or hydrogen network.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass die Brennstoffzellenmodule ein internes Netz, insbesondere ein Gleichstromnetz, aufweist und dass eine Leistungselektronik ausgebildet ist, welche insbesondere als Inverter ausgebildet ist, wobei die Leistungselektronik das interne Netz mit einem Wechselstromnetz verbindet.An advantageous development is that the fuel cell module has an internal network, in particular a DC network, and that a Power electronics is formed, which is designed in particular as an inverter, wherein the power electronics connects the internal network to an AC network.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass die Brennstoffzellenmodule ein internes Netz, insbesondere ein Gleichstromnetz, aufweist und dass eine Leistungselektronik ausgebildet ist, wobei die Leistungselektronik das interne Gleichstromnetz mit einem Gleichstromnetz verbindet. Die Leistungselektronik nimmt hierbei insbesondere eine Spannungswandlung vor.An advantageous development is that the fuel cell module has an internal network, in particular a direct current network, and that power electronics are formed, with the power electronics connecting the internal direct current network to a direct current network. In this case, the power electronics performs a voltage conversion in particular.

Eine Weiterbildung ist, dass mindestens eines der Brennstoffzellenmodule mindestens ein Peripheriegerät, insbesondere ein Gebläse, einen Reformer und/oder eine Gaszufuhr, aufweist, welches mit dem internen Netz oder dem Wechselstromnetz verbunden ist.A development is that at least one of the fuel cell modules has at least one peripheral device, in particular a blower, a reformer and/or a gas supply, which is connected to the internal network or the AC network.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind auch, dass mindestens eines der Brennstoffzellenmodule einen elektrischen Speicher aufweist, der insbesondere als Kondensator oder als Akkumulator ausgebildet ist.Advantageous developments are also that at least one of the fuel cell modules has an electrical storage device, which is designed in particular as a capacitor or as an accumulator.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass zumindest ein Lastmanagementsystem für jedes Brennstoffzellenmodul vorgesehen ist. Vorteilhaft wird die Ausfallsicherheit erhöht.An advantageous development is that at least one load management system is provided for each fuel cell module. The reliability is advantageously increased.

Als vorteilhafte Weiterbildung ist anzusehen, dass das Lastmanagementsystem das Wechselstromnetz überwacht und daraus die Last ermittelt und in Abhängigkeit von der Last die Brennstoffzellenmodule steuert.An advantageous development is that the load management system monitors the AC network and determines the load therefrom and controls the fuel cell modules as a function of the load.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass das Wechselstromnetz als Ringnetz ausgebildet ist. Es wird die Ausfallsicherheit erhöht.An advantageous development is that the AC network is designed as a ring network. The reliability is increased.

Eine vorteilhafte Weiterbildung ist, dass ein Schaltelement, insbesondere ein Static Transfer Switch, vorgesehen ist, welcher zwischen der Energieversorgungseinrichtung und einer weiteren zweiten Energieversorgungseinrichtung umschalten kann, bzw. umschaltet.An advantageous development is that a switching element, in particular a static transfer switch, is provided, which can switch or switches between the energy supply device and a further second energy supply device.

Die Erfindung betrifft auch ein Rechenzentrum aufweisend eine Energieversorgungseinrichtung, welche zumindest eine Informationsverarbeitungseinrichtung mit Energie versorgt. Wobei die Informationsverarbeitungseinrichtung Anfragen bearbeitet. Bei den Anfragen handelt es sich vorzugsweise um Aufträge zur Informationsverarbeitung (IT-Anfragen), insbesondere Serveranfragen. Vorzugsweise ist eine Anfrage im Rahmen der Erfindung eine Informationsverarbeitungs-Anfrage. Mit einer Anfrage, insbesondere einem Request, wird der Verbraucher, vorzugsweise die Komponente aufgefordert etwas zu berechnen, speichern, versenden, empfangen, steuern, regeln, suchen, anzeigen, lesen, schreiben usw.The invention also relates to a computer center having an energy supply device which supplies at least one information processing device with energy. The information processing device processes inquiries. The inquiries are preferably orders for information processing (IT inquiries), in particular server inquiries. Preferably, a request within the scope of the invention is an information processing request. With an inquiry, in particular a request, the consumer, preferably the component, is asked to calculate, save, send, receive, control, regulate, search, display, read, write, etc. something.

Im Folgenden soll die Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert werden, wobei gleiche beziehungsweise entsprechende Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind. Bezugszeichen ohne Buchstabenendung beziehen sich auch immer auf die gleichen Bezugszeichen mit Buchstabenendung. Es zeigen:

1 ein Rechenzentrum, welches mittels einer bekannten Versorgungsstruktur versorgt wird,
2 eine erfindungsgemäße Energieversorgungseinrichtung,
3a bis 3d ein Brennstoffzellenmodul,
4 eine Energieversorgungseinrichtung mit einem Lastmanagementsystem,
5 eine Energieversorgungseinrichtung mit mehreren Lastmanagementsystemen,
6 eine Energieversorgungseinrichtung mit netzparellelem Betrieb,
7 eine Energieversorgungseinrichtung mit einem ein Ring Netz und
8 eine Energieversorgungseinrichtung mit doppeltem Netz.

The invention is to be explained in more detail below with reference to the drawings, in which the same or corresponding elements are provided with the same reference symbols. Reference signs without a letter suffix also always refer to the same reference signs with a letter suffix. Show it:

1 a data center that is supplied by a known supply structure,
2 an energy supply device according to the invention,
3a until 3d a fuel cell module,
4 an energy supply facility with a load management system,
5 an energy supply facility with several load management systems,
6 an energy supply facility with mains-parallel operation,
7 a power supply facility with a ring network and
8th a power supply device with a double network.

In 1 ist Rechenzentrum dargestellt, welches mittels einer 2 (N+1) Versorgungsstruktur versorgt wird. Die Primärversorgung erfolgt aus einem Netzanschluss 11, 21, insbesondere aus dem öffentlichen Versorgungsnetz. Die Primärversorgung versorgt primär, insbesondere ausgenommen bei Ausfall, das Rechenzentrum. Die Sekundärversorgung erfolgt aus Back-up Systemen, insbesondere Generatoren. Die Sekundärversorgung ist die Versorgung, die immer Verfügbar sein muss, insbesondere dann, wenn die Primärversorgung ausfällt. Kritische Lasten sind elektrischen Verbraucher, die eine ununterbrochene gesicherte Stromversorgung benötigen, wie beispielsweise medizinische Geräte in Krankenhäusern aber auch Informationsverarbeitungsvorrichtungen, insbesondere IT System, vorzugsweise Server, deren Verfügbarkeit gewährleistet sein muss. Aus Gründen der Ausfallsicherheit sind meistens zwei getrennte Netzanschlüsse vorgesehen. Weiterhin sind Back-UP-Systeme, wie beispielsweise Generatoren 12, 22 ausgebildet. Die Generatoren 12, 22 springen ein, wenn z.B. das Netz 11, 21 ausfällt. Die Power Distribution Units (PDU) 16, 26 verteilen den Strom an die einzelnen Komponenten des Rechenzentrums. Unterbrechungsfreie Spannungsversorgung (USV) 14, 15, 24, 25 stellen die unterbrechungsfreie Versorgung von kritischen Lasten 31, 32, 33 sicher.In 1 data center is shown, which is supplied by a 2 (N+1) supply structure. The primary supply is from a mains connection 11, 21, in particular from the public supply network. The primary supply primarily supplies the data center, especially except in the event of a failure. The secondary supply comes from back-up systems, especially generators. The secondary supply is the supply that must always be available, especially when the primary supply fails. Critical loads are electrical consumers that require an uninterrupted, secure power supply, such as medical devices in hospitals, but also information processing devices, in particular IT systems, preferably servers, whose availability must be guaranteed. For reasons of reliability, two separate mains connections are usually provided. Furthermore, back-up systems such as generators 12, 22 are formed. The generators 12, 22 jump in if, for example, the network 11, 21 fails. The Power Distribution Units (PDU) 16, 26 distribute the power to the individual components of the data center. Uninterruptible power supply (UPS) 14, 15, 24, 25 ensure the uninterrupted supply of critical loads 31, 32, 33.

Im Gegensatz hierzu erfolgt bei der erfindungsgemäßen Energieversorgungseinrichtung die Energieversorgung, insbesondere die Primärversorgung und optional auch die Sekundärversorgung, des Verbrauchers, insbesondere der Informationsverarbeitungsvorrichtung, zumindest teilweise mit zumindest zwei Brennstoffzellenmodule. Vorzugsweise sind mehrere Brennstoffzellenmodule zur Erzeugung der Energie zum Betrieb des Verbrauchers vorgesehen. Die Brennstoffzellenmodule sind als Energiequelle in die Versorgungsstruktur des Netzes für Verbraucher 30 hier ein 2(N+1) System, eingebunden. Es wird durch die Brennstoffzellenmodule eine redundante zuverlässige Versorgung gewährleistet.In contrast to this, in the energy supply device according to the invention, the energy supply, in particular the primary supply and optionally also the secondary supply, of the consumer, in particular the information processing device, takes place at least partially with at least two fuel cell modules. A plurality of fuel cell modules are preferably provided for generating the energy for operating the consumer. The fuel cell modules are integrated as an energy source into the supply structure of the network for consumers 30, here a 2(N+1) system. The fuel cell modules ensure a redundant, reliable supply.

Erfindungsgemäß soll die primäre und/oder die sekundäre Energieversorgung des Verbrauchers 30 durch eine oder mehrere Brennstoffzellenmodule erfolgen. Ein Verbraucher 30 ist insbesondere ein Rechenzentrum. Wobei unter einem Rechenzentrum auch ein Datencenter zu verstehen ist. Der Verbraucher 30 weist vorzugsweise zumindest eine Komponente 31, 32, 33 auf. Die Komponente ist vorzugsweise als Informationsverarbeitungsvorrichtung, insbesondere als Sever, ausgebildet.According to the invention, the primary and/or the secondary energy supply of the consumer 30 should be provided by one or more fuel cell modules. A consumer 30 is in particular a data center. A data center is also to be understood as a data center. The consumer 30 preferably has at least one component 31, 32, 33. The component is preferably designed as an information processing device, in particular as a server.

Der Einsatz von Brennstoffzellensystemen als Energieversorgung eines Verbrauchers 30 ist hinsichtlich Kosten, Energieeffizienz und ökologischer Nachhaltigkeit vorteilhaft. Insbesondere die Wandlungskette vom Kraftwerk über das Versorgungsnetz bis hin zum Rechenzentrum ergibt eine „Fuel to Bit“-Efficiency von 19% gegenüber einer „Fuel to Bit“- Efficiency von 31% eines Brennstoffzellen betriebenen Rechenzentrums. Es ergibt sich eine C02 Reduktion.The use of fuel cell systems as an energy supply for a consumer 30 is advantageous in terms of costs, energy efficiency and ecological sustainability. In particular, the conversion chain from the power plant via the supply network to the data center results in a "fuel to bit" efficiency of 19% compared to a "fuel to bit" efficiency of 31% for a data center operated with fuel cells. The result is a CO2 reduction.

Im Folgenden werden drei Varianten der Energieversorgungseinrichtung 1 vorgestellt. Sie unterscheiden sich in der Anordnung einer oder mehrerer Brennstoffzellenmodule 40 in der Versorgungskette.

(1) Die Energieversorgung erfolgt insbesondere mittels mehrere, Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j. Die Anzahl der Brennstoffzellenmodule 40 ist abhängig von der vom Verbraucher benötigten Versorgungsleistung. Die Leistung eines Pfades im Rechenzentrum liegt heutzutage bei ca. 1MW. Somit werden zirka 100 Brennstoffzellenmodule je Pfad benötigt. Diese können durch Clusterung erreicht werden. Ein Cluster von 10 Brennstoffzellenmodule ergibt 100kW. Für 1MW werden 10 Cluster benötigt. Insbesondere kann alles was im Folgenden als ein Brennstoffzellenmodul angegeben ist, ebenfalls als ein Cluster ausgebildet sein. Somit mehr als eine Brennstoffzelle aufweisen. Und damit mehr als 10kW Leistung erzeugen. Das im Folgenden genauer beschriebene Lastmanagementsystem kann genauso auf ein Cluster angewendet werden und innerhalb des Clusters auf 10 Brennstoffzellenmodule heruntergebrochen werden. Das bedeutet anstelle des Netzanschlusses 11, 21 sind nun mehreren Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j im Einsatz (hier beispielhaft 10 Stück dargestellt). Die Brennstoffzellenmodule decken den Energiebedarf des Verbrauchers, insbesondere des Rechenzentrums. In dieser Ausführungsform der elektrischen Energieversorgungseinrichtung entfallen die elektrischen Netzanschlusskosten und Netzausbaukosten. Insbesondere wird ein (redundanter) Erdgasanaschluss oder Wasserstoffanschluss an ein nahegelegenes Netz oder Versorgungspipeline benötigt.
(2) Bei einer weiteren Variante der Energieversorgungseinrichtung 1 ersetzen die Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j den Netzanschluss sowie die Back-Up Generatoren 12, 22. Voraussetzung ist hierbei, dass mehrere Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j vorgesehen sind. Der Ausfall einer oder gar zwei Brennstoffzellenmodule kann durch Überdimensionierung oder Überlast der anderen Brennstoffzellenmodule abgefangen werden. Damit kann ein Energieversorgungseinrichtung 1 mit modulares Brennstoffzellenmodulen 40a bis 40j als genauso zuverlässig angesehen werden, wie die Energieversorgung mittels Netzanschluss 11, 21 plus die Back-up Generatoren 12, 22. Zusätzlich wird die Back-up Versorgung auf Basis von Erdgas und/oder Wasserstoff und nicht wie häufig über Dieselmotoren zur Verfügung gestellt. Somit wird nicht nur die Energieeffizienz gesteigert, sondern auch die CO2 Emission gesenkt. Bei einer optionalen Clusterung der Brennstoffzellenmodule kann bei einem Ausfall des Clusters dieses durch ein anderes Cluster ersetzt, insbesondere der Verbrauch durch andere Cluster überbrückt werden.
(3) Bei einer weiteren Variante der Energieversorgungseinrichtung 1 sind Speichermodule mit mindestens einem elektrischen Speicher vorgesehen. Die Speichermodule werden für dynamische Laständerungen benötigt. Die Speichermodule können ebenso als Kurzzeitüberbrückung von Versorgungsunterbrechungen dienen und arbeitet wie eine USV. Bei Variante 3 werden daher das USV System 14, 15, 24, 25 und somit die gesamte vorgelagerte Versorgungsstruktur des Rechenzentrums nicht benötigt.

Three variants of the energy supply device 1 are presented below. They differ in the arrangement of one or more fuel cell modules 40 in the supply chain.

(1) The energy is supplied in particular by means of a plurality of fuel cell modules 40a to 40j. The number of fuel cell modules 40 depends on the supply power required by the consumer. The power of a path in the data center is currently around 1MW. Approximately 100 fuel cell modules are therefore required for each path. These can be achieved through clustering. A cluster of 10 fuel cell modules gives 100kW. 10 clusters are required for 1MW. In particular, everything that is specified below as a fuel cell module can also be designed as a cluster. Thus having more than one fuel cell. And thus generate more than 10kW of power. The load management system described in more detail below can also be applied to a cluster and broken down into 10 fuel cell modules within the cluster. This means that instead of the mains connection 11, 21, several fuel cell modules 40a to 40j are now in use (10 are shown here as an example). The fuel cell modules cover the energy needs of the consumer, especially the data center. In this embodiment of the electrical energy supply device, there are no electrical network connection costs and network expansion costs. In particular, a (redundant) natural gas connection or hydrogen connection to a nearby network or supply pipeline is required.
(2) In a further variant of the energy supply device 1, the fuel cell modules 40a to 40j replace the mains connection and the back-up generators 12, 22. The prerequisite here is that several fuel cell modules 40a to 40j are provided. The failure of one or even two fuel cell modules can be intercepted by oversizing or overloading the other fuel cell modules. An energy supply device 1 with modular fuel cell modules 40a to 40j can thus be regarded as just as reliable as the energy supply via mains connection 11, 21 plus the back-up generators 12, 22. In addition, the back-up supply is based on natural gas and/or hydrogen and not, as is often the case, via diesel engines. This not only increases energy efficiency, but also reduces CO2 emissions. With an optional clustering of the fuel cell modules, if the cluster fails, it can be replaced by another cluster, in particular the consumption by other clusters can be bridged.
(3) In a further variant of the energy supply device 1, memory modules with at least one electrical memory are provided. The memory modules are required for dynamic load changes. The memory modules can also be used as short-term bridging of supply interruptions and works like a UPS. With variant 3, the UPS system 14, 15, 24, 25 and thus the entire upstream supply structure of the data center are not required.

Die Energieversorgungseinrichtung 1 ist aus mehreren Brennstoffzellenmodulen 40a bis 40j aufgebaut. Sie umfasst mehrere Brennstoffzellenmodule 40, mindestens jedoch 2. Ein Brennstoffzellenmodul 40a bis 40j hat beispielsweise eine Leistung im kW Bereich, mit denen die Gesamtleistung somit modular oder geclustert zusammengesetzt wird. Denkbar ist z.B. ein 100kW System bestehend aus zehn Modulen mit jeweils 10kW, wie dargestellt in 2. Gemäß einer Weiterbildung weist ein Pfad 1MW, also 100 Brennstoffzellenmodule mit jeweils 10kW auf. Die Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j sind elektrisch parallel verschaltet. Mit der Annahme, dass ein Brennstoffzellenmodul 40a-40j dauerhaft eine Überlast von größer 10% insbesondere größer 20% vorzugsweise zirka 25%, also 12,5kW erbringen kann, können auch weniger Module die Gesamtleistung erbringen.The power supply device 1 is made up of a plurality of fuel cell modules 40a to 40j built. It includes several fuel cell modules 40, but at least 2. A fuel cell module 40a to 40j has, for example, an output in the kW range, with which the overall output is thus assembled in a modular or clustered manner. For example, a 100kW system consisting of ten modules with 10kW each is conceivable, as shown in 2 . According to one development, a path has 1 MW, ie 100 fuel cell modules, each with 10 kW. The fuel cell modules 40a to 40j are electrically connected in parallel. With the assumption that a fuel cell module 40a-40j can permanently produce an overload of more than 10%, in particular more than 20%, preferably around 25%, ie 12.5 kW, fewer modules can also produce the overall output.

Das bedeutet, dass bei 10 Brennstoffzellenmodulen 2 Brennstoffzellenmodule gleichzeitig ausfallen können, gewartet werden können oder ausgetauscht werden können, während die anderen Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j die weggefallene Leistung ausgleichen. Mit diesem ist es möglich bei einer Annahme von 5%/Jahr Ausfallwahrscheinlichkeit einer Brennstoffzelle eine ebenso hohe Zuverlässigkeit von >99,999% wie es mit einem 2(N+1) System ausgewiesen ist, zu erreichen. Die Anzahl von 10 Brennstoffzellenmodule ist hier beispielhaft ausgeführt. Eine entsprechende Skalierung ist möglich.This means that with 10 fuel cell modules, 2 fuel cell modules can fail at the same time, can be serviced or can be exchanged, while the other fuel cell modules 40a to 40j compensate for the lost power. With this it is possible, assuming a 5%/year failure probability of a fuel cell, to achieve the same high reliability of >99.999% as is shown with a 2(N+1) system. The number of 10 fuel cell modules is shown here as an example. Corresponding scaling is possible.

Ein Anschluss ans elektrische Versorgungsnetz 11, 21 wird nicht mehr benötigt oder ist optional als redundante Absicherung der Versorgung möglich. Die Energieversorgungseinrichtung 1 arbeitet daher entsprechend eines Inselnetz (Nano-Grid). Auch ist kein zweiter Pfade 20 gemäß 1 nötig.A connection to the electrical supply network 11, 21 is no longer required or is optionally possible as redundant protection of the supply. The energy supply device 1 therefore works in accordance with an isolated network (nano-grid). Also, no second path is 20 according to 1 necessary.

Die Brennstoffzellenmodule 40, 40a bis 40j bestehen insbesondere aus mindestens einer Brennstoffzelle 41 mit mindestens einem Brennstoffzellenstack, mindestens einem Peripheriegerät 45 und einer Leistungselektronikeinheit 50. Die Brennstoffzellen 41 sind insbesondere als Festoxidbrennstoffzelle, insbesondere eine Solid Oxid Fuel Cell (SOFC) ausgebildet.The fuel cell modules 40, 40a to 40j consist in particular of at least one fuel cell 41 with at least one fuel cell stack, at least one peripheral device 45 and a power electronics unit 50. The fuel cells 41 are in particular designed as a solid oxide fuel cell, in particular a solid oxide fuel cell (SOFC).

Ist das Brennstoffzellenmodul als Cluster ausgebildet, so kann es auch mehrere Brennstoffzellen 41 umfassen. Insbesondere kann es 10 Brennstoffzellen umfassen.If the fuel cell module is designed as a cluster, it can also include multiple fuel cells 41 . In particular, it can include 10 fuel cells.

Ein Brennstoffzellenmodul 40, 40a bis 40j umfasst vorzugsweise mindestens ein elektrisches Speichermodul 55 für dynamische Laständerungen. Das Speichermodul 55 ist vorzugsweise als dynamischer Energiespeicher ausgebildet. Dieser dient dazu, dynamischen Lastrampen zu folgen, wenn die Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j diesen nicht folgen können. Das elektrische Speichermodul 55 umfasst einen Speicher, der insbesondere als Kondensator oder Akkumulator oder Schwungmasse ausgeführt ist.A fuel cell module 40, 40a to 40j preferably includes at least one electrical storage module 55 for dynamic load changes. The storage module 55 is preferably designed as a dynamic energy store. This serves to follow dynamic load ramps when the fuel cell modules 40a to 40j cannot follow them. The electrical storage module 55 includes a storage device that is designed in particular as a capacitor or accumulator or flywheel.

Ein Akkumulator ist ein wiederaufladbares galvanisches Element, bestehend aus zwei Elektroden und einem Elektrolyten, und speichert elektrische Energie auf elektrochemischer Basis. Ein einzelnes wiederaufladbares Speicherelement wird Sekundärelement oder Sekundärzelle genannt.An accumulator is a rechargeable galvanic element, consisting of two electrodes and an electrolyte, and stores electrical energy on an electrochemical basis. A single rechargeable storage element is called a secondary element or secondary cell.

Vorzugsweise kann der elektrische Speicher als Super-Cap ausgebildet sein. Das elektrische Speichermodul kann entweder in einem Brennstoffzellenmodul 40, 40a bis 40j integriert sein oder extern, also elektrisch parallel oder in Reihe zu einem Brennstoffzellenmodul hinzugefügt werden. Das elektrische Speichermodul kann kumuliert oder ebenso modular aufgebaut sein und wie eine USV betrieben werden. Die modulare Energieversorgungseinrichtung 1 inklusive einem Speichermodul 55 ist dann in der Lage ein redundantes 2 (N+1) Netz zu ersetzen. Ein Brennstoffzellenmodul 40 mit einem Speichermodul 55 ist in 3c und 3d dargestellt.The electrical storage device can preferably be in the form of a supercap. The electrical storage module can either be integrated in a fuel cell module 40, 40a to 40j or be added externally, ie electrically in parallel or in series to a fuel cell module. The electrical storage module can be built up cumulatively or just as modularly and operated like a UPS. The modular energy supply device 1 including a storage module 55 is then able to replace a redundant 2 (N+1) network. A fuel cell module 40 with a storage module 55 is in 3c and 3d shown.

Weiterhin weisen die Brennstoffzellenmodule ein internes Netz 47 auf. Das interne Netz 47 dient der Verteilung der elektrischen Energie, die von der Brennstoffzelle 41 erzeugt wird. Die Brennstoffzelle 41 erzeugt eine Gleichspannung. Das interne Netz 47 ist daher vorzugsweise eine Gleichstromnetz.Furthermore, the fuel cell modules have an internal network 47 . The internal network 47 serves to distribute the electrical energy generated by the fuel cell 41 . The fuel cell 41 generates a DC voltage. The internal network 47 is therefore preferably a DC network.

Mit dem internen Netz 47 ist auch die Leistungselektronik 50 elektrisch verbunden. Die Leistungselektronik 50 ist insbesondere als Inverter, vorzugsweise als DC/AC Wandler ausgebildet. Sie wandelt die Gleichspannung des internen Netzes 47 in eine Wechselspannung um. Ferner ist die Leistungselektronik 50 vorgesehen um die zur Verfügung gestellte Energie ins Netz 60, insbesondere Wechselstromnetz, einzuspeisen. Alternativ kann die Leistungselektronik auch als Gleichspannungswandler ausgeführt sein. Dies ist der Fall, wenn das Netz 60 ebenfalls als ein Gleichspannungsnetz ausgeführt ist.The power electronics 50 are also electrically connected to the internal network 47 . The power electronics 50 are designed in particular as an inverter, preferably as a DC/AC converter. It converts the DC voltage of the internal network 47 into an AC voltage. Furthermore, the power electronics 50 are provided in order to feed the energy that is made available into the grid 60, in particular the AC grid. Alternatively, the power electronics can also be designed as a DC voltage converter. This is the case when the network 60 is also designed as a DC voltage network.

Die Peripheriegeräte 45 sind Geräte, welche insbesondere zum Betrieb der Brennstoffzelle 41 benötigt werden. Peripheriegeräte 45 sind Gebläse, Reformer und/oder Gaszufuhr und/oder diverse kleinere Lasten. Sie werden für den Betreib der Brennstoffzelle 41 benötigt. Sie bilden insbesondere eine Belüftung, führen das entstehende Wasser ab und/oder regeln die Brennstoffzufuhr.The peripheral devices 45 are devices which are required in particular for the operation of the fuel cell 41 . Peripheral devices 45 are blowers, reformers and/or gas supply and/or various smaller loads. They are required for the operation of the fuel cell 41. In particular, they provide ventilation, drain the water produced and/or regulate the fuel supply.

Die Peripheriegeräte 45 sind über Leistungselektroniken an das interne Netz 47 gekoppelt. Die Leistungselektroniken sind DC/DC oder DC/AC Wandler, abhängig vom internen Netz 47.The peripheral devices 45 are coupled to the internal network 47 via power electronics. the Power electronics are DC/DC or DC/AC converters, depending on the internal network 47.

3a zeigt ein Brennstoffzellenmodul 40, bei dem die Brennstoffzelle 41, insbesondere der Brennstoffzellen Stack 41 und Peripherie 45 an dem internen Netz 47 angeschlossen sind und über eine Leistungselektronik 50, mit einem externen Netz 60 verbunden sind. Das interne Netz 47 ist als Gleichstromnetz ausgeführt. Die Brennstoffzelle 41 und die Peripherie 45 sind parallel zueinander geschalten. Die Leistungselektronik 50 bildet einen DC/AC Wandler der die Gleichspannung des internen Netz 47 in eine Wechselspannung für das externe Netz 60 umwandelt. 3a shows a fuel cell module 40, in which the fuel cell 41, in particular the fuel cell stack 41 and periphery 45 are connected to the internal network 47 and are connected to an external network 60 via power electronics 50. The internal network 47 is designed as a direct current network. The fuel cell 41 and the periphery 45 are connected in parallel to one another. The power electronics 50 form a DC/AC converter which converts the direct voltage of the internal network 47 into an alternating voltage for the external network 60 .

In 3b ist zusätzlich an das interne Netz 47, an dem die Brennstoffzelle 41 und die Peripherie 45 angebunden ist, ein elektrisches Speichermodul 55 gekoppelt, das dynamische Lastschwankungen ausgleicht, wenn die Brennstoffzelle 41 nicht schnell genug die Leistungsabgabe anpassen kann.In 3b In addition, an electrical storage module 55 is coupled to the internal network 47 to which the fuel cell 41 and the periphery 45 is connected, which compensates for dynamic load fluctuations when the fuel cell 41 cannot adapt the power output quickly enough.

3c unterscheidet sich von 3a dahingehend, dass die Peripherie 45 direkt an das externe Netz 60, insbesondere das Wechselstromnetz angeschlossen ist. 3c differs from 3a to the effect that the periphery 45 is connected directly to the external network 60, in particular the AC network.

3d ist die Peripherie 45 ebenso direkt an das externe Netz 60 gekoppelt und das Brennstoffzellenmodul 40 weist ein Speichermodul 55 auf. 3d the periphery 45 is also coupled directly to the external network 60 and the fuel cell module 40 has a storage module 55 .

Die gezeigten Varianten können als modulares System an einem Netz 60 zusammengeschaltet werden. Das Netz 60 ist insbesondere als Sammelschiene ausgebildet. Vorzugsweise ist das Netz als Sammelschiene ausgebildet. Vorzugsweise sind mehrere Sammelschienen ausgebildet, welche das Netz bilden. Die Verbraucher sind über eine, insbesondere mehrere Sammelschienen angebunden, über welche jeweils die komplette Leistung geleitet werden kann. The variants shown can be connected to a network 60 as a modular system. The network 60 is designed in particular as a busbar. The network is preferably designed as a busbar. Preferably, several busbars are formed, which form the network. The consumers are connected via one busbar, in particular several busbars, via which the complete power can be routed in each case.

Vorzugsweise sind zwei Sammelschienen ausgebildet. Es ist eine Backup Sammelschiene vorhanden.Two busbars are preferably formed. There is a backup busbar.

Kern dieser Erfindung ist die Versorgung eines Verbrauchers 30 durch n Brennstoffzellenmodule 40, 40a bis 40j, die Gegenseitig einen Ausfall absichern. Als Back-up Power dienen die Brennstoffzellenmodule 40 selber, indem sie dauerhaft in Überlast gehen können und somit die ausgefallene Leistung puffern können. Ein Brennstoffzellenmodul kann in dieser Zeit z.B. ausgetauscht werden.The essence of this invention is the supply of a consumer 30 by n fuel cell modules 40, 40a to 40j, which mutually secure a failure. The fuel cell modules 40 themselves serve as back-up power in that they can permanently overload and thus buffer the power that has failed. A fuel cell module can be replaced during this time, for example.

Übergeordnet zu den n Brennstoffzellenmodulen 40 ist ein Lastmanagementsystem 100, dass dafür sorgt, dass die Last, d.h. der Leistungsbedarf der Verbraucher 30gleichmäßig oder nach spezieller Vorgabe auf die Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j verteilt wird.Superordinate to the n fuel cell modules 40 is a load management system 100 that ensures that the load, i.e. the power requirement of the consumers 30, is distributed evenly or according to specific specifications to the fuel cell modules 40a to 40j.

In 4 und 5 sind als Beispiel zehn Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j mit einem Lastmanagementsystem 100 dargestellt. Das Lastmanagementsystem 100 misst den Netzzustand inkl. der Netzzustandsgrößen, insbesondere Spannung, Strom, Frequenz usw.. Die Anzahl der Brennstoffzellenmodule 40 kann hierbei lastabhängig gewählt werden. Es ergibt sich die erforderliche Leistung zur Deckung der Last, die über das Lastmanagement 100 auf die zehn Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j verteilt wird (z.B. gleichmäßig oder nach einem Optimierer). Die Leistung bestimmt sich z.B. aufgrund der Abhängigkeit P(f) einer P-f-Charakteristik des Netzes, die dem Lastmanagementsystem vorgegeben wird.In 4 and 5 ten fuel cell modules 40a to 40j with a load management system 100 are shown as an example. The load management system 100 measures the network status, including the network status variables, in particular voltage, current, frequency, etc. The number of fuel cell modules 40 can be selected as a function of the load. The result is the required power to cover the load, which is distributed via the load management 100 to the ten fuel cell modules 40a to 40j (eg evenly or after an optimizer). The power is determined, for example, on the basis of the dependency P(f) on a Pf characteristic of the network, which is specified for the load management system.

Alternativ bestimmt sich die Last nach dem Strombedarf der Batterie bzw. aus der gemessenen Leistung. Die Leistung wird dem Lastmanagementsystem via einer Frequenzänderung gemäß der P-f Charakteristik, die für jede SOFC hinterlegt ist, vorgegeben.Alternatively, the load is determined according to the power requirement of the battery or from the measured power. The power is given to the load management system via a frequency change according to the P-f characteristic stored for each SOFC.

Alternativ wird die Leistungsanforderung mit Optimierungsalgorithmus für jede SOFC berechnet. Die Leistungsanforderung wird dann mit einem Kommunikationssignal an das Lastmanagementsystem und jede SOFC übermittelt.Alternatively, the power requirement is calculated with an optimization algorithm for each SOFC. The power requirement is then transmitted with a communication signal to the load management system and each SOFC.

Das Lastmanagementsystem 100 kennt auch den Zustand der Brennstoffzellenmodule 40, 40a bis 40j. Dargestellt ist z.B. der Ausfall eines Brennstoffzellenmoduls 40j, dass durch die anderen neun Brennstoffzellenmodule 40a bis 40i abgefangen werden kann. Das Lastmanagementsystem 100 stellt basierend auf der Kenntnis, dass mehrere Brennstoffzellenmodule ausgefallen sind, eine neue Sollleistung Psoll ein. Die übrigen Brennstoffzellenmodule sind in der Lage, die ausgefallene Leistung mit abzudecken, indem sie ihre Leistung erhöhen und ggf. sogar oberhalb ihrer Nennleistung einspeisen.The load management system 100 also knows the state of the fuel cell modules 40, 40a to 40j. For example, the failure of a fuel cell module 40j is shown, which can be intercepted by the other nine fuel cell modules 40a to 40i. Based on the knowledge that several fuel cell modules have failed, the load management system 100 sets a new target power Psoll. The remaining fuel cell modules are able to cover the failed output by increasing their output and possibly even feeding in above their rated output.

In 4 bestimmt das Lastmanagement 100 zentral für alle Brennstoffzellenmodule die Leistungssollwerte. In 5 ist jedem Brennstoffzellenmodule 40a bis 40j je ein eigenes Lastmanagementsystem 100a bis 100j zugeordnet. Die Lastmanagementsystem 100a bis 100j arbeiten inhärent koordinativ. Beispielsweise hat jedes Lastmanagement eine eigene P-f-Charakteristik, über die sich automatisch der neue Lastzustand für das jeweilige Brennstoffzellenmodule einstellt.In 4 the load management 100 determines the power setpoints centrally for all fuel cell modules. In 5 each fuel cell module 40a to 40j is assigned its own load management system 100a to 100j. The load management systems 100a to 100j inherently work in a coordinative manner. For example, each load management system has its own Pf characteristic, which automatically adjusts the new load condition for the respective fuel cell module.

Ferner weist jedes Lastmanagementsystem einen Sensor auf. Der Sensor ist ausgebildet die Messgrößen Spannung und/oder Strom und/oder Frequenz und/oder Leistung zu erfassen. Die Messgrößen Spannung und/oder Strom und/oder Frequenz und/oder Leistung werden ebenso für das Lastmanagement, zur Detektion des Netz- und Lastzustandes, eines Netzfehlers sowie für unterlagerte Regelungen benötigt. Der Sensor ist insbesondere als Shunt Wiederstand ausgebildet.Furthermore, each load management system has a sensor. The sensor is designed to measure voltage and/or current and/or To record frequency and / or power. The measured variables voltage and/or current and/or frequency and/or power are also required for load management, for detecting the network and load status, a network error and for subordinate regulations. The sensor is designed in particular as a shunt resistor.

Als Variante kann die gesamte Netztopologie auch netzparallel betrieben werden (6). Das bedeutet, dass zum Verteilnetz 11, 21 eine direkte Anbindung besteht oder über ein Schaltelement, z.B. einen Static Transfer Switch 19 (STS), der extrem schnelles Umschalten ermöglicht. Es kann zwischen Brennstoffzellenversorgung und Netzversorgung umgeschaltet werden, wenn doch ein Netzanschluss verfügbar ist. Diese Variante ist durchaus eine denkbare Lösung, da in Gegenden wie Europa eine sehr dichte Vernetzung vorhanden ist und das Netz eine verlässliche Quelle darstellt. Die modulare redundante Energieversorgungseinrichtung kann zwar eine eigenständige sichere Versorgung für kritische Lasten darstellen, verfügt jedoch zusätzlich über eine Back-up Lösung durch das öffentliche Verteilnetz. Das öffentliche Netz bildet insbesondere einen zweiten Pfad 20. Fällt ein Pfad 10, 20 aus, übernimmt der andere die gesamte Versorgung. Zum Umschalten zwischen zwei Sammelschienen ist ein Schaltelement STS (=Static Transfer Switch) 19 gegeben, dass die Versorgung in <4ms von einem auf den anderen Pfad schaltet. Allerdings ist der STS nicht immer zwingend notwendig, wenn beide Pfade 10, 20 stromführend sind und im Normalbetrieb jeder Pfad die halbe Leistung liefertAs a variant, the entire network topology can also be operated parallel to the network ( 6 ). This means that there is a direct connection to the distribution network 11, 21 or via a switching element, for example a static transfer switch 19 (STS), which enables extremely fast switching. It can be switched between fuel cell supply and mains supply if a mains connection is available. This variant is definitely a conceivable solution, since in areas like Europe there is a very dense network and the network is a reliable source. Although the modular redundant energy supply system can represent an independent, secure supply for critical loads, it also has a back-up solution through the public distribution network. In particular, the public network forms a second path 20. If one path 10, 20 fails, the other takes over the entire supply. A switching element STS (=Static Transfer Switch) 19 is provided for switching between two busbars, which switches the supply from one path to the other in <4 ms. However, the STS is not always absolutely necessary when both paths 10, 20 are live and each path supplies half the power in normal operation

7 zeigt ein Energieversorgungseinrichtung 1 mit einem Ringnetz 60, in dem in diesem Fall mindestens zwei Brennstoffzellenmodule 40, vorzugsweise mehrere Brennstoffzellenmodule, auf einer ringförmigen Sammelschiene angeschlossen sind. Eine ausfallende Anlage wird mittels elektrischer Schaltelemente 61 freigeschaltet und gebypasst. Ein Ringnetz bewirkt, dass eine einzelne Unterbrechung keine Auswirkungen hat. Mit dieser Struktur bleibt immer eine Verbindung der Versorgung von n Brennstoffzellenmodulen zum Abgang zur kritischen Last vorhanden. Die Schaltelemente 61 sind insbesondere als Static Transfer Switch (STS) ausgeführt. Vorzugsweise ist der Schalter 61, der das Brennstoffzellenmodul mit dem Netz 60 verbinden als STS ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass wenn eine SOFC intern einen Kurzschluss hat, es keine Auswirkungen auf die Sammelschiene und alle anderen SOFCs hat. Damit die anderen SOFCs nicht abschalten ist hier der STS vorgesehen. Es können so einzelne Brennstoffzellenmodule vom Netz getrennt werden. 7 shows an energy supply device 1 with a ring network 60, in which in this case at least two fuel cell modules 40, preferably several fuel cell modules, are connected to a ring-shaped busbar. A system that fails is released and bypassed by means of electrical switching elements 61 . A ring network means that a single disruption has no effect. With this structure, there is always a connection between the supply of n fuel cell modules and the outlet for the critical load. The switching elements 61 are designed in particular as a static transfer switch (STS). The switch 61 that connects the fuel cell module to the network 60 is preferably designed as an STS. This has the advantage that if a SOFC has a short circuit internally, it has no effect on the busbar and all other SOFCs. The STS is provided here so that the other SOFCs do not switch off. In this way, individual fuel cell modules can be disconnected from the network.

Alternativ kann eine gut ausgelegte kaskadierte Sicherungstechnik mit Sicherungen und Schützen ausgebildet sein.Alternatively, a well-designed cascaded security technique with fuses and contactors can be implemented.

8 zeigt ein doppeltes externes Netz 60a, 60b sowie eine Vielzahl von Schaltelementen 61. Die Schaltelemente 61 ermöglichen ein Umschalten zwischen den einzelnen Lasten. Die Schaltelemente 61 sind insbesondere als STS ausgeführt. Durch die Ausbildung mit einem doppelten Netz 60a, 60b kann eine Unterbrechung ohne Einfluss überbrückt werden. 8th shows a double external network 60a, 60b and a variety of switching elements 61. The switching elements 61 allow switching between the individual loads. The switching elements 61 are designed in particular as STS. Due to the design with a double network 60a, 60b, an interruption can be bridged without any influence.

Claims

Energy supply device (1) for supplying a consumer (30), in particular at least one information processing device (31, 32, 33), preferably a data center, having a plurality of, at least two, fuel cell modules (40, 40a-40j), the fuel cell modules (40, 40a -40j) generate energy to supply the consumer (30), characterized in that a load management system (100) is provided which, depending on the power requirement of the consumer (30) to be supplied, distributes the load, in particular evenly, to the fuel cell modules (40, 40a-40j) distributed.

Energy supply device (1) according to the preceding claim, characterized in that at least one of the fuel cell modules (40, 40a-40j) has at least one fuel cell (41), the fuel cell (41) being in particular a solid oxide fuel cell, in particular a solid oxide fuel cell (SOFC ) are trained.

Energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the fuel cell modules (40, 40a-40j) has an internal network (47), in particular a DC network, and in that power electronics (50) are designed, which are designed in particular as an inverter is, wherein the power electronics (50) connects the internal network (47) to an AC network.

Energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one of the fuel cell modules (40, 40a-40j) has at least one peripheral device (45), in particular a blower, a reformer and/or a gas supply, which is connected to the internal Mains (47) or the AC mains (60) is connected.

Energy supply device (1) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one of the focal material cell modules (40, 40a-40j) has a storage module (55) with a storage device which is designed in particular as a capacitor or as an accumulator.

Energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that at least one load management system (100) is provided for each fuel cell module (40, 40a-40j).

Energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the load management system (100) monitors the AC network (60) and determines the load therefrom and controls the fuel cell modules (40, 40a-40j) depending on the load.

Energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the AC network (60) is designed as a ring network.

Energy supply device (1) according to one of the preceding claims, characterized in that a switching element, in particular a static transfer switch, is provided which can switch over between the energy supply device (1) and a further second energy supply device.

Data center (5) having at least one information processing device (31, 32, 33) and an energy supply device (1) according to one of the preceding claims, wherein the energy supply device (1) supplies at least one of the information processing devices (31, 32, 33) with energy.