DE102021203576A1

DE102021203576A1 - Kombinationsvorrichtung und Verfahren zum Betrieb einer Kombinationsvorrichtung

Info

Publication number: DE102021203576A1
Application number: DE102021203576.0A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Egger; Sebastian Schmaderer; Alireza Mirsadraee
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-13
Also published as: CN115249824A

Abstract

Die Erfindung geht aus von einer Kombinationsvorrichtung (10) mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Erzeugen von elektrischer Energie mit zumindest einer Verbrauchereinheit (14), welche zu einem Nutzen der von der Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugten elektrischen Energie mit der Brennstoffzelleneinheit (12) verbunden ist, mit zumindest einer Recheneinheit (16), welche dazu ausgebildet ist, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit (14) zu ermitteln und welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) zu steuern und/oder zu regeln, mit zumindest einer Thermoeinheit (18), welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu temperieren.Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit (18) zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit (12) in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14), zu steuern und/oder zu regeln.

Description

Stand der Technik
Es ist bereits eine Kombinationsvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischer Energie mit zumindest einer Verbrauchereinheit, welche zu einem Nutzen der von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Energie mit der Brennstoffzelleneinheit verbunden ist, mit zumindest einer Recheneinheit, welche dazu ausgebildet ist, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit zu ermitteln und welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu steuern und/oder zu regeln, mit zumindest einer Thermoeinheit, welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu temperieren, vorgeschlagen worden.
Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung geht aus von einer Kombinationsvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischer Energie mit zumindest einer Verbrauchereinheit, welche zu einem Nutzen der von der Brennstoffzelleneinheit erzeugten elektrischen Energie mit der Brennstoffzelleneinheit verbunden ist, mit zumindest einer Recheneinheit, welche dazu ausgebildet ist, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit zu ermitteln und welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu steuern und/oder zu regeln, mit zumindest einer Thermoeinheit, welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu temperieren.
Es wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, zu steuern und/oder zu regeln.
Die Kombinationsvorrichtung umfasst vorzugsweise zumindest eine Brennstoffzelleneinheit, zumindest eine Verbrauchereinheit, zumindest eine Thermoeinheit und zumindest eine Recheneinheit, wobei die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit insbesondere mit der Verbrauchereinheit verbunden ist zu einem direkten, insbesondere frei von einer Einspeisung in ein öffentliches Stromnetz, Übertragen von elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit zu der Verbrauchereinheit, wobei die zumindest eine Thermoeinheit zumindest mit der Brennstoffzelleneinheit verbunden ist zu einem Temperieren der zumindest einen Brennstoffzelleneinheit, und wobei insbesondere die zumindest eine Brennstoffzelleneinheit, die zumindest eine Verbrauchereinheit, bevorzugt die zumindest eine Recheneinheit, und die zumindest eine Thermoeinheit lokal, insbesondere in einem Radius von maximal 1 km, bevorzugt von maximal 500 m, besonders bevorzugt von maximal 100 m oder von maximal 50 m, angeordnet sind, und insbesondere miteinander verbunden sind. Vorzugsweise ist die Verbrauchereinheit frei von einer Verbindung mit dem, insbesondere öffentlichen, Stromnetz. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit in einem ungekühlten Raum angeordnet. Vorzugsweise ist die Verbrauchereinheit in einem Raum angeordnet, welcher frei ist von, von der Thermoeinheit verschiedenen, Kältemaschinen wie beispielsweise Klimaanlagen, Peltierelementanlagen oder dergleichen. Vorzugsweise ist eine von der Verbrauchereinheit verbrauchte elektrische Energie, insbesondere Leistung, zumindest teilweise, bevorzugt zumindest zum Großteil, besonders bevorzugt vollständig, von der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere zu jedem Zeitpunkt, erzeugt. Vorzugsweise ist eine von der Brennstoffzelleneinheit verbrauchte Kälteenergie, insbesondere Kälteleistung, zumindest teilweise, bevorzugt zumindest zum Großteil, besonders bevorzugt vollständig, von der Thermoeinheit, insbesondere zu jedem Zeitpunkt, erzeugt. Die zumindest eine Thermoeinheit kann als eine Sorptionskältemaschine ausgebildet sein. Die zumindest eine Thermoeinheit kann Hilfsaggregate wie Gebläse für eine Luftkühlung umfassen. Die Thermoeinheit ist vorzugsweise durch eine Thermoleitung mit der Brennstoffzelleneinheit verbunden zu einem Übertragen von Wärmeenergie. Vorzugsweise weist die Thermoleitung ein Thermofluid auf, welches in der Thermoleitung angeordnet ist und welches bevorzugt verschieden von einer Flüssigkeit ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst die Brennstoffzelleneinheit zumindest eine, bevorzugt mehrere, wie beispielsweise zwei, drei, vier, fünf, zwanzig, hundert oder dergleichen, Festoxidbrennstoffzellen, insbesondere Festoxidbrennstoffzellenstacks. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit dazu ausgebildet, chemisch gebundene Energie direkt, insbesondere ohne einen Verbrennungsprozess, in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzelleneinheit kann dazu ausgebildet sein, Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid und/oder Erdgas und/oder Methan und/oder dergleichen Gasmischungen umzusetzen. Die Brennstoffzelleneinheit kann dazu ausgebildet sein, Wasserstoff mit Sauerstoff zu Wasser, wobei Elektronen freigesetzt werden, reagieren zu lassen. Die Brennstoffzelleneinheit kann dazu ausgebildet sein, Kohlenstoffmonoxid und/oder Wasserstoff und/oder Methan mit Sauerstoff zu Kohlenstoffdioxid und/oder Wasser, wobei Elektronen freigesetzt werden, reagieren zu lassen. Die Brennstoffzelleneinheit kann dazu ausgebildet sein, Sauerstoffmoleküle unter Aufnahme von Elektronen in Sauerstoffanionen zu spalten. Unter „ausgebildet“ oder „vorgesehen“ soll vorzugsweise speziell eingerichtet, speziell ausgebildet, speziell ausgelegt, speziell geformt und/oder speziell ausgestattet verstanden werden. Darunter, dass ein Objekt zu einer bestimmten Funktion vorgesehen ist, soll vorzugsweise verstanden werden, dass das Objekt diese bestimmte Funktion in zumindest einem Anwendungs- und/oder Betriebszustand erfüllt und/oder ausführt. Unter einem „Betriebszustand“ der Kombinationsvorrichtung soll vorzugsweise ein Zustand verstanden werden, in welcher die Brennstoffzelleneinheit elektrische Energie produziert, welche die Verbrauchereinheit verbraucht.
Die Recheneinheit umfasst insbesondere zumindest einen Prozessor und/oder zumindest eine Prozessoreinheit, zumindest eine Speichereinheit, und zumindest ein in der Speichereinheit gespeichertes Betriebs-, Steuer- und/oder Berechnungsprogramm.
Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere durch ein Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise ist die Recheneinheit mit der Brennstoffzelleneinheit, insbesondere zu einem Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit, verbunden. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischer Energie, insbesondere durch ein Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit, zu steuern und/oder zu regeln.
Vorzugsweise ist die Recheneinheit mit der Verbrauchereinheit, insbesondere zu einem Datenübertragen, verbunden. Vorzugsweise ist die Verbrauchereinheit als ein Datenzentrum und/oder Rechenzentrum ausgebildet. Vorzugsweise umfasst die Verbrauchereinheit zumindest ein elektrisches Gerät wie beispielsweise aber nicht einschränkenderweise einen Server oder einen Computer. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit, insbesondere des zumindest einen elektrischen Geräts, zu ermitteln.
Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, insbesondere durch ein Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit, zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Thermoeinheit zu einem Kühlen und/oder Beheizen der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Thermoeinheit zu einem stärkeren Kühlen der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von mehr elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, von der Recheneinheit gesteuert und/oder geregelt ist. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Thermoeinheit zu einem weniger starken Kühlen der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von weniger elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, von der Recheneinheit gesteuert und/oder geregelt ist. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Thermoeinheit zu einem stärkeren Kühlen der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Verbrauchereinheit einen größeren Bedarf an elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, aufweist. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Thermoeinheit zu einem weniger starken Kühlen der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Verbrauchereinheit einen kleineren Bedarf an elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, aufweist.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Kombinationsvorrichtung kann eine vorteilhafte Steuerung, insbesondere Reaktion, eines Thermomanagements der Brennstoffzelleneinheit erreicht werden. Insbesondere kann eine vorteilhaft effizient arbeitende Brennstoffzelleneinheit erreicht werden. Es kann eine vorteilhaft an Leistungsspitzen der Verbrauchereinheit anpassbares Thermomanagement der Brennstoffzelleneinheit erreicht werden. Es kann ein vorteilhafter Gesamtwirkungsgrad der Kombinationsvorrichtung erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer zukünftigen Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit zumindest teilweise als eine Loadmanagementeinheit ausgebildet ist, welche dazu ausgebildet ist, User-Anfragen an die Verbrauchereinheit zu priorisieren und aus einer Bearbeitungsreihenfolge der User-Anfragen durch die Verbrauchereinheit den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu ermitteln. Vorzugsweise sind die Loadmanagementeinheit und die Recheneinheit, als zum Datenübertragen verbundene, räumlich voneinander getrennte Baueinheiten ausgebildet. Die Loadmanagementeinheit und die Recheneinheit können als eine Baueinheit ausgebildet sein, insbesondere mit einem gemeinsamen Gehäuse. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, User-Anfragen aufzunehmen. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, die User-Anfragen zu speichern und zu gruppieren zu einer gleichmäßigen Abarbeitung der User-Anfragen bei einem gleichmäßigen Bedarf an elektrischer Energie durch die Verbrauchereinheit. Vorzugsweise sind die U-ser-Anfragen als Rechenoperationen ausgebildet. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, eine Bearbeitungsreihenfolge an User-Anfragen zu bestimmen, in welcher die Verbrauchereinheit die User-Anfragen abarbeitet. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, die User-Anfragen zumindest 30 min, bevorzugt zumindest 2 h, besonders bevorzugt zumindest 4 h und ganz besonders bevorzugt zumindest 8 h, in die Zukunft in die Bearbeitungsreihenfolge zu priorisieren. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, aus der Bearbeitungsreihenfolge zumindest 30 min, bevorzugt zumindest 2 h, besonders bevorzugt zumindest 4 h und ganz besonders bevorzugt zumindest 8 h, in die Zukunft den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu ermitteln. Es kann eine vorteilhafte vorausgesteuerte Reaktion des Thermomanagements für die Brennstoffzelleneinheit bei einem Erzeugen der Energie für die Verbrauchereinheit erreicht werden. Es kann erreicht werden, dass die Brennstoffzelleneinheit zu einem Erzeugen von Strommengen in der Zukunft vorteilhaft thermisch optimiert ist. insbesondere kann durch eine vorteilhaft vorausschauende Steuerung ein Gesamtwirkungsgrad der Brennstoffzelleneinheit verbessert werden, da die Kühlleistung vorteilhaft an verzögerte Temperaturreaktionen von Komponenten der Brennstoffzelleneinheit angepasst werden kann und sich so die Komponenten vorteilhaft in optimalen Betriebsfenstern halten lassen.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer vergangenen Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit eines vergangenen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit zumindest teilweise als eine, insbesondere die bereits genannte, Loadmanagementeinheit ausgebildet ist, welche dazu ausgebildet ist, User-Anfragen an die Verbrauchereinheit zu priorisieren und aus einer Bearbeitungsreihenfolge der User-Anfragen durch die Verbrauchereinheit den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, aus der Bearbeitungsreihenfolge der Vergangenheit durch, insbesondere lineare, Extrapolation den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Loadmanagementeinheit, insbesondere die Recheneinheit, dazu ausgebildet, aus der Bearbeitungsreihenfolge der Vergangenheit durch Mustererkennung, beispielsweise eine Tag-Nacht-Differenz, den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu ermitteln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit, insbesondere die Loadmanagementeinheit, als neuronales Netzwerk ausgebildet. Vorzugsweise ist auf der Loadmanagementeinheit, insbesondere der Recheneinheit, zumindest ein maschineller Lernprozess hinterlegt. Vorzugsweise ist das neuronale Netzwerk und/oder der maschinelle Lernprozess dazu ausgebildet, in der Bearbeitungsreihenfolge der Vergangenheit Muster, insbesondere wiederkehrende Ungleichmäßigkeiten an Energiebedarf bei der Bearbeitung der User-Anfragen zu erkennen, zu einem Vermeiden der Ungleichmä-ßigkeiten beim Erstellen der Bearbeitungsreihenfolge für die Zukunft. Es kann eine vorteilhafte Einleitung einer Temperierung der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit von vergangenen Bearbeitungsspitzen oder Bearbeitungstälern in der Bearbeitungsreihenfolge in Bezug auf den Bedarf an elektrischer Energie erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, zeitlich mindestens 30 min, bevorzugt mindestens 1 h, besonders bevorzugt mindestens 2 h, vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie ein Steuern und/oder zu Regeln der Thermoeinheit zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit zu starten. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, zeitlich mindestens 30 min, bevorzugt mindestens 1 h, besonders bevorzugt mindestens 2 h, vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln. Es kann eine Trägheit einer Temperaturanpassung dadurch vorteilhaft ausgeglichen werden, dass die Temperatur an der Brennstoffzelleneinheit früher variiert wird als die Menge an erzeugter elektrischer Energie variiert wird.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, während dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie, welche einem zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit entspricht, die Thermoeinheit zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit von der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, nach dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie, welche einem zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit entspricht, die Thermoeinheit zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit von der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Prädiktionsmenge eine Menge an elektrischer Energie, welche zeitlich maximal 2 h, bevorzugt maximal 1 h, besonders bevorzugt maximal 30 min, in der Zukunft von der Brennstoffzelleneinheit erreicht werden soll. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit zu jedem Zeitpunkt zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit zu einem Erreichen genau einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, insbesondere zeitlich, gleichzeitig bei einem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie die Thermoeinheit zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit zu steuern und/oder zu regeln. Es kann eine vorteilhafte Kombination aus frühzeitigem Starten eines Thermomanagements der Brennstoffzelleneinheit vor einem Ändern der erzeugten elektrischen Energie mit einer vorteilhaft schnellreaktiven Anpassung der erzeugten elektrischen Energie mit einer Anpassung des Thermomanagements während und/oder nach einer Anpassung der erzeugten elektrischen Energie erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, während dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit zu einem Variieren der Temperatur der Brennstoffzelleneinheit derart zu steuern und/oder zu regeln, dass sich die Brennstoffzelleneinheit bei der jeweilig erzeugten Menge an elektrischer Energie in einem thermischen Effizienzmaximum befindet. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, das Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie der Thermoeinheit bei einem Variieren der Temperatur der Brennstoffzelleneinheit nachzuführen, sodass sich die Brennstoffzelleneinheit bei der jeweilig erzeugten Menge an elektrischer Energie in einem thermischen Effizienzmaximum befindet. Es kann eine vorteilhaft energieeffiziente Stromproduktion erreicht werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit innerhalb definierter Energieänderungsparameter zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit innerhalb definierter Energieänderungsparameter von Kilowattstunden pro Zeiteinheit zu steuern und/oder zu regeln. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie, bevorzugt Leistung, in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit innerhalb definierter Energieänderungsparameter von maximal 100 kWh/min, bevorzugt von maximal 50 kWh/min, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Leistung, in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Leistung der Verbrauchereinheit innerhalb definierter Leistungsänderungsparameter, von maximal 100 kW/min, bevorzugt von maximal 50 kW/min, ausgebildet. Vorzugsweise ist die Brennstoffzelleneinheit zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie, bevorzugt Leistung, in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie, bevorzugt Leistung, der Verbrauchereinheit von maximal 50%, bevorzugt maximal 40%, einer Nennlast, insbesondere der Brennstoffzelleneinheit, pro Minute ausgebildet. Es kann eine vorteilhaft materialschonende Anpassung der erzeugten Menge an elektrischer Energie durch die Brennstoffzelleneinheit erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, innerhalb von definierten Temperaturänderungsparametern zu steuern und/oder zu regeln zu einem Entlasten der Brennstoffzelleneinheit. Die Recheneinheit kann dazu ausgebildet sein, die Thermoeinheit zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, innerhalb von definierten Temperaturänderungsparametern von maximal 5°C/min, bevorzugt von maximal 2,5°C/min, besonders bevorzugt von maximal 2°C/min und ganz besonders bevorzugt von maximal 1,5°C/min, zu steuern und/oder zu regeln zu einem Entlasten der Brennstoffzelleneinheit. Vorzugsweise ist die Recheneinheit dazu ausgebildet, die Thermoeinheit zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit, innerhalb von definierten Temperaturänderungsparametern von maximal 1°C/min, bevorzugt von maximal 0,5°C/min, besonders bevorzugt von maximal 0,2°C/min und ganz besonders bevorzugt von maximal 0,1°C/min, zu steuern und/oder zu regeln zu einem Entlasten der Brennstoffzelleneinheit. Es kann eine vorteilhaft materialschonende Temperierung der Brennstoffzelleneinheit erreicht werden.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass alle Bauteile der Kombinationsvorrichtung in einem maximalen Abstand von maximal 500 m zueinander angeordnet sind. Vorzugsweise sind zumindest die Brennstoffzelleneinheit, die Verbrauchereinheit und die Thermoeinheit in einem Radius von maximal 1000 m, insbesondere maximal 500 m, angeordnet. Es kann eine vorteilhaft kompakte Kombinationsvorrichtung erreicht werden.
Darüber hinaus wird ein Verfahren vorgeschlagen zu einem Betrieb einer erfindungsgemäßen Kombinationsvorrichtung. Vorzugsweise wird in zumindest einem Verfahrensschritt von der Brennstoffzelleneinheit elektrische Energie erzeugt zu einem Verbrauchen der elektrischen Energie durch die Verbrauchereinheit und die Brennstoffzelleneinheit zu einem belastungsarmen Erzeugen von der elektrischen Energie durch die Thermoeinheit temperiert. Es kann eine vorteilhaft langlebige Kombinationseinheit erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Kombinationsvorrichtung und/oder das erfindungsgemä-ße Verfahren sollen/soll hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere können/kann die erfindungsgemäße Kombinationsvorrichtung und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen und Einheiten sowie Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in dieser Offenbarung angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Figurenliste
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen:

1 eine erfindungsgemäße Kombinationsvorrichtung in einer schematischen Darstellung und
2 ein erfindungsgemäßes Verfahren in einer schematischen Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels
1 zeigt eine Kombinationsvorrichtung 10. Die Kombinationsvorrichtung 10 umfasst eine Brennstoffzelleneinheit 12. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist zu einem Erzeugen von elektrischer Energie vorgesehen, insbesondere ausgebildet.
Die Kombinationsvorrichtung 10 umfasst eine Verbrauchereinheit 14. Die Verbrauchereinheit 14 ist zu einem Nutzen der von der Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugten elektrischen Energie vorgesehen, insbesondere ausgebildet. Die Verbrauchereinheit 14 ist zu einem Nutzen der von der Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugten elektrischen Energie mit der Brennstoffzelleneinheit 12 verbunden. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist insbesondere mit der Verbrauchereinheit 14 verbunden zu einem direkten, insbesondere frei von einer Einspeisung in ein öffentliches Stromnetz, Übertragen von elektrischer Energie von der Brennstoffzelleneinheit 12 zu der Verbrauchereinheit 14. Die Verbrauchereinheit 14 ist frei von einer Verbindung mit dem, insbesondere öffentlichen, Stromnetz. Die Kombinationsvorrichtung 10 umfasst eine Recheneinheit 16. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit 14 zu ermitteln. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu steuern und/oder zu regeln. Die Kombinationsvorrichtung 10 umfasst eine Thermoeinheit 18. Die Thermoeinheit 18 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu temperieren. Die Thermoeinheit 18 ist mit der Brennstoffzelleneinheit 12 verbunden zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit 12. Die Kombinationsvorrichtung 10 umfasst in diesem Beispiel eine Brennstoffzelleneinheit 12, eine Verbrauchereinheit 14, eine Thermoeinheit 18 und eine dezentrale Recheneinheit 16.
Alle Bauteile der Kombinationsvorrichtung 10 sind insbesondere in einem maximalen Abstand von maximal 500 m zueinander angeordnet. Die Brennstoffzelleneinheit 12, die Verbrauchereinheit 14 und die Thermoeinheit 18 sind in einem Radius 24 von maximal 750 m angeordnet. Die Recheneinheit 16 könnte insbesondere in dem Radius 24 von 750 m angeordnet sein. Die Recheneinheit 16 ist teilweise außerhalb des Radius 24 von 750 m angeordnet, insbesondere zu einem Bilden eines Remotezugriffs. Insbesondere ist ein nicht physischer Teil der Recheneinheit 16 in einer Cloud, insbesondere im Internet, ausgebildet. Die Brennstoffzelleneinheit 12, die Verbrauchereinheit 14, teilweise die Recheneinheit 16 und die Thermoeinheit 18 sind lokal, insbesondere in dem Radius 24 von maximal 750 m, angeordnet und miteinander verbunden.
Die Brennstoffzelleneinheit 12 umfasst beispielhaft mehrere Festoxidbrennstoffzellen, insbesondere in mehreren Festoxidbrennstoffzellenstacks. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist dazu ausgebildet, chemisch gebundene Energie direkt, insbesondere ohne einen Verbrennungsprozess, in elektrische Energie umzuwandeln. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist dazu ausgebildet, Wasserstoff und/oder Kohlenstoffmonoxid und/oder Erdgas und/oder Methan und/oder derartige Gasmischungen umzusetzen. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist in einem ungekühlten Raum angeordnet.
Die Verbrauchereinheit 14 ist in einem Raum angeordnet, welcher frei ist von, von der Thermoeinheit 18 verschiedenen, Kältemaschinen wie beispielsweise Klimaanlagen, Peltierelementanlagen oder dergleichen.
Eine von der Verbrauchereinheit 14 verbrauchte elektrische Energie, insbesondere Leistung, ist vollständig von der Brennstoffzelleneinheit 12, insbesondere zu jedem Zeitpunkt, erzeugt. Eine von der Brennstoffzelleneinheit 12 verbrauchte Kälteenergie, insbesondere Kälteleistung, ist vollständig von der Thermoeinheit 18, insbesondere zu jedem Zeitpunkt, erzeugt.
Die Thermoeinheit 18 ist teilweise als ein Luftgebläse ausgebildet. Die Thermoeinheit 18 umfasst Hilfsaggregate wie weitere Gebläse für eine Luftkühlung. Die Thermoeinheit 18 ist durch eine Thermoleitung 20 mit der Brennstoffzelleneinheit 12 verbunden zu einem Übertragen von Wärmeenergie. Die Thermoleitung 20 weist ein Thermofluid auf, welches in der Thermoleitung 20 angeordnet ist und welches als Luft ausgebildet ist.
Die Recheneinheit 16 umfasst insbesondere einen Prozessor und/oder eine Prozessoreinheit, eine Speichereinheit, und ein in der Speichereinheit gespeichertes Betriebs-, Steuer- und/oder Berechnungsprogramm. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, zu steuern und/oder zu regeln. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere durch ein Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit 12. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Erzeugen von elektrischer Energie, insbesondere durch ein Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit 12, zu steuern und/oder zu regeln. Die Recheneinheit 16 ist mit der Brennstoffzelleneinheit 12, insbesondere zu einem Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit 12, verbunden.
Die Recheneinheit 16 ist mit der Verbrauchereinheit 14, insbesondere zu einem Datenübertragen, verbunden. Die Verbrauchereinheit 14 ist als ein Datenzentrum und Rechenzentrum ausgebildet. Die Verbrauchereinheit 14 umfasst beispielsweise mehrere Server und Computer. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit 14, insbesondere der Server und Computer, zu ermitteln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, insbesondere durch ein Einstellen von Betriebsparametern der Brennstoffzelleneinheit 12, zu steuern und/oder zu regeln. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem Kühlen und/oder Beheizen der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, zu steuern und/oder zu regeln. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem stärkeren Kühlen der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Erzeugen von mehr elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, von der Recheneinheit 16 gesteuert und/oder geregelt ist.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem weniger starken Kühlen der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Erzeugen von weniger elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, von der Recheneinheit 16 gesteuert und/oder geregelt ist. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem stärkeren Kühlen der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Verbrauchereinheit 14 einen größeren Bedarf an elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, aufweist. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem weniger starken Kühlen der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln, wenn die Verbrauchereinheit 14 einen kleineren Bedarf an elektrischer Energie, insbesondere als in einem vorherigen Betriebszustand, aufweist.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit einer zukünftigen Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit 16 teilweise als eine Loadmanagementeinheit 22 ausgebildet ist, welche dazu ausgebildet ist, User-Anfragen an die Verbrauchereinheit 14 zu priorisieren und aus einer Bearbeitungsreihenfolge der User-Anfragen durch die Verbrauchereinheit 14 den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu ermitteln.
Die Loadmanagementeinheit 22 und die Recheneinheit 16 sind als zum Datenübertragen verbundene, verschiedene, insbesondere getrennt ausgebildete, Baueinheiten ausgebildet. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, User-Anfragen aufzunehmen. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, die User-Anfragen zu speichern und zu gruppieren zu einer gleichmäßigen Abarbeitung der User-Anfragen bei einem gleichmäßigen Bedarf an elektrischer Energie durch die Verbrauchereinheit 14.
Die User-Anfragen sind als Rechenoperationen, insbesondere aus dem Englischen Computing-Operations ausgebildet. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, eine Bearbeitungsreihenfolge an User-Anfragen zu bestimmen, in welcher die Verbrauchereinheit 14 die User-Anfragen abarbeitet. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, die User-Anfragen mindestens 4 h in die Zukunft in die Bearbeitungsreihenfolge zu priorisieren. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, aus der Bearbeitungsreihenfolge mindestens 4 h in die Zukunft den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu ermitteln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit einer vergangenen Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit eines vergangenen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit 16 teilweise als die Loadmanagementeinheit 22 ausgebildet ist, welche dazu ausgebildet ist, User-Anfragen an die Verbrauchereinheit 14 zu priorisieren und aus einer Bearbeitungsreihenfolge der User-Anfragen durch die Verbrauchereinheit 14 den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu ermitteln. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, aus der Bearbeitungsreihenfolge der Vergangenheit durch, insbesondere lineare, Extrapolation den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu ermitteln. Die Loadmanagementeinheit 22, insbesondere die Recheneinheit 16, ist dazu ausgebildet, aus der Bearbeitungsreihenfolge der Vergangenheit durch Mustererkennung, beispielsweise eine Tag-Nacht-Differenz, den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu ermitteln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit 16 dazu ausgebildet ist, vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit 18 zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, zeitlich mindestens 30 min vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie ein Steuern und/oder zu Regeln der Thermoeinheit 18 zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 zu starten. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, zeitlich mindestens 30 min vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit 18 zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit 16 dazu ausgebildet ist, während dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie, welche einem zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 entspricht, die Thermoeinheit 18 zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit von der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit 16 dazu ausgebildet ist, nach dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie, welche einem zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 entspricht, die Thermoeinheit 18 zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit von der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln.
Die Prädiktionsmenge ist beispielsweise eine Menge an elektrischer Energie, welche zeitlich maximal 4 h in der Zukunft von der Brennstoffzelleneinheit 12 erreicht werden soll. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu jedem Zeitpunkt zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 zu einem Erreichen genau einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, insbesondere zeitlich, gleichzeitig bei einem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie die Thermoeinheit 18 zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 zu steuern und/oder zu regeln.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, während dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit 18 zu einem Variieren der Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 derart zu steuern und/oder zu regeln, dass sich die Brennstoffzelleneinheit 12 bei der jeweilig erzeugten Menge an elektrischer Energie in einem thermischen Effizienzmaximum befindet. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, das Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie der Thermoeinheit 18 bei einem Variieren der Temperatur der Brennstoffzelleneinheit 12 nachzuführen, sodass sich die Brennstoffzelleneinheit 12 bei der jeweilig erzeugten Menge an elektrischer Energie in einem thermischen Effizienzmaximum befindet.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 innerhalb definierter Energieänderungsparameter zu steuern und/oder zu regeln. Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14 innerhalb definierter Energieänderungsparameter von Kilowattstunden pro Zeiteinheit zu steuern und/oder zu regeln. Die Brennstoffzelleneinheit 12 ist zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Leistung in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Leistung der Verbrauchereinheit 14 innerhalb definierter Leistungsänderungsparameter von maximal 100 kW/min, bevorzugt von maximal 50 kW/min, ausgebildet.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, innerhalb von definierten Temperaturänderungsparametern zu steuern und/oder zu regeln zu einem Entlasten der Brennstoffzelleneinheit 12.
Die Recheneinheit 16 ist dazu ausgebildet, die Thermoeinheit 18 zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit 12 in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit 12 erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit 14, innerhalb von definierten Temperaturänderungsparametern von maximal 0,1°C/min, zu steuern und/oder zu regeln zu einem Entlasten der Brennstoffzelleneinheit 12.
2 zeigt schematisch ein Verfahren zu einem Betrieb einer erfindungsgemä-ßen Kombinationsvorrichtung 10.
In einem Verfahrensschritt, insbesondere einem Betriebsschritt 26, wird von der Brennstoffzelleneinheit 12 elektrische Energie erzeugt zu einem Verbrauchen der elektrischen Energie durch die Verbrauchereinheit 14 und die Brennstoffzelleneinheit 12 zu einem belastungsarmen Erzeugen von der elektrischen Energie durch die Thermoeinheit 18 temperiert.
Insbesondere sollen sämtliche Steuerungen oder Reglungen durch die Recheneinheit 16, welche bereits beschrieben worden sind, analog als Teil des Betriebsschritts 26 verstanden werden.

Claims

Kombinationsvorrichtung mit zumindest einer Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Erzeugen von elektrischer Energie mit zumindest einer Verbrauchereinheit (14), welche zu einem Nutzen der von der Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugten elektrischen Energie mit der Brennstoffzelleneinheit (12) verbunden ist, mit zumindest einer Recheneinheit (16), welche dazu ausgebildet ist, einen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) aus einer Auslastung der Verbrauchereinheit (14) zu ermitteln und welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Erzeugen von elektrischer Energie in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) zu steuern und/oder zu regeln, mit zumindest einer Thermoeinheit (18), welche dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu temperieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit (18) zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit (12) in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14), zu steuern und/oder zu regeln.
Kombinationsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit (18) zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit (12) in Abhängigkeit einer zukünftigen Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14), zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit (16) zumindest teilweise als eine Loadmanagementeinheit (22) ausgebildet ist, welche dazu ausgebildet ist, User-Anfragen an die Verbrauchereinheit (14) zu priorisieren und aus einer Bearbeitungsreihenfolge der User-Anfragen durch die Verbrauchereinheit (14) den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) zu ermitteln.
Kombinationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit (18) zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit (12) in Abhängigkeit einer vergangenen Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit eines vergangenen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14), zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit (16) zumindest teilweise als eine Loadmanagementeinheit (22) ausgebildet ist, welche dazu ausgebildet ist, User-Anfragen an die Verbrauchereinheit (14) zu priorisieren und aus einer Bearbeitungsreihenfolge der User-Anfragen durch die Verbrauchereinheit (14) den Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) zu ermitteln.
Kombinationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, vor dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit (18) zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit (12) zu steuern und/oder zu regeln.
Kombinationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) zu einer Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln, wobei die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, während dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie zu der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie, welche einem zukünftigen Bedarf an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) entspricht, die Thermoeinheit (18) zu einem Variieren einer Temperatur der Brennstoffzelleneinheit (12) in Abhängigkeit von der Prädiktionsmenge an elektrischer Energie zu steuern und/oder zu regeln.
Kombinationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, während dem Steuern und/oder Regeln der Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie die Thermoeinheit (18) zu einem Variieren der Temperatur der Brennstoffzelleneinheit (12) derart zu steuern und/oder zu regeln, dass sich die Brennstoffzelleneinheit (12) bei der jeweilig erzeugten Menge an elektrischer Energie in einem thermischen Effizienzmaximum befindet.
Kombinationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Brennstoffzelleneinheit (12) zu einem Variieren einer Menge an elektrischer Energie in Abhängigkeit eines zukünftigen Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14) innerhalb definierter Energieänderungsparameter zu steuern und/oder zu regeln.
Kombinationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Recheneinheit (16) dazu ausgebildet ist, die Thermoeinheit (18) zu einem Temperieren der Brennstoffzelleneinheit (12) in Abhängigkeit einer Menge an durch die Brennstoffzelleneinheit (12) erzeugter elektrischer Energie, insbesondere in Abhängigkeit des Bedarfs an elektrischer Energie der Verbrauchereinheit (14), innerhalb von definierten Temperaturänderungsparametern zu steuern und/oder zu regeln zu einem Entlasten der Brennstoffzelleneinheit (12).
Kombinationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass alle Bauteile der Kombinationsvorrichtung (10) in einem maximalen Abstand von maximal 500 m zueinander angeordnet sind.
Verfahren zu einem Betrieb einer Kombinationsvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.