DE102022202660A1 - Gaszwischenspeicher, Elektrolyseanlage und Verfahren zur Protonen-Austausch-Elektrolyse - Google Patents

Gaszwischenspeicher, Elektrolyseanlage und Verfahren zur Protonen-Austausch-Elektrolyse Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Gaszwischenspeicher (100) für eine Elektrolyseanlage (102), insbesondere zur Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse, mit einem Speicherbehältnis (14) mit einem Speicherraum (106), in welchen ein Kanal (16) einer Gasentnahmeeinheit (18) mündet, über welchen während der Elektrolyse erzeugtes Gas (20) in den Speicherraum (106) einleitbar ist. Das Speicherbehältnis (14) weist eine Druckregelvorrichtung (40) auf, mittels derer das in den Speicherraum (106) eingeleitete Gas (20) mit einem Drucksollwert beaufschlagbar ist. Die Druckregelvorrichtung (40) umfasst eine Membran (42) und einen Aktuator (44), wobei der Aktuator (44) auf die Membran (42) derart einwirkt, dass der Drucksollwert einstellbar ist.Die Erfindung betrifft weiterhin eine Elektrolyseanlage (102) mit einem Gaszwischenspeicher (100) sowie ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage (102).

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Gaszwischenspeicher für eine Elektrolyseanlage zur Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse sowie eine Elektrolyseanlage zur Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse und ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage für die Protonen-Austausch-Elektrolyse.
  • Bei einer Elektrolyse wird mittels elektrischen Stroms eine chemische Reaktion, insbesondere eine Redoxreaktion, angesto-ßen, wobei elektrische Energie in chemische Energie umgewandelt wird. Die dafür benötigte elektrische Energie liefert eine Gleichspannungsquelle, welche zwei elektrische Pole, eine Anode und eine Kathode, aufweist. Durch zwei Elektroden, die Anode und die Kathode, wird ein elektrischer Gleichstrom in einen leitenden Elektrolyten, beispielsweise eine leitende Flüssigkeit, geleitet. Bei einer Protonen-Austausch-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse) erfolgt die Leitung zumindest teilweise durch eine Protonen-Austausch-Membran, welche für positiv geladene Protonen durchlässig ist. An den Elektroden entstehen durch die Elektrolyse, das heißt durch Leiten des Gleichstroms der Gleichspannungsquelle, beispielsweise mittels Protonen, von der einen zur anderen Elektrode, Reaktionsprodukte der elektrochemischen Reaktion aus den im Elektrolyten beziehungsweise der Flüssigkeit enthaltenen Stoffen beziehungsweise Elementen. Neben PEM-Elektrolyseanlagen, die im sauren Milieu arbeiten sind beispielsweise auch alkalische Elektrolyseure bekannt und häufig verwendet.
  • Die Gleichspannungsquelle bewirkt einen Elektronenmangel in der mit dem Pluspol verbundenen Elektrode, der Anode, und einen Elektronenüberschuss in der mit dem Minuspol verbundenen Elektrode, der Kathode. An der Kathode nehmen elektroneutrale oder positiv geladene Stoffe Elektronen auf und werden dadurch reduziert. An der Anode erfolgt die Abgabe von Elektronen in die Elektrode beziehungsweise Anode, wobei der Stoff beziehungsweise die Stoffe dort oxidiert werden können.
  • Eine häufige Form der Elektrolyse ist die Wasserelektrolyse, mittels welcher einer Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet, wobei eine einfache Reaktionsgleichung 2H2O → 2H2 +O2 lauten kann. Dies kann mittels Protonen-Austausch-Elektrolyse (PEM-Elektrolyse aus dem Englischen Proton Exchange Membrane Electrolysis) erfolgen, dabei wird Wasser in einer Elektrolysezelle mit einem festen Polymerelektrolyten gespaltet. Der Polymerelektrolyt, genauer eine Polymer-Elektrolyt-Membran beziehungsweise die Proton-Austausch-Membran, ist dabei für die Leitung von Protonen, den Wasserstoffionen, die Trennung von Produktgasen und die elektrische Isolierung der Elektroden verantwortlich. Als Produktgase entstehen bei der Niederdruck-PEM-Elektrolyse molekularer Sauerstoff O2 sowie molekularer Wasserstoff H2 aus Wasser H2O. Die Polymer-Elektrolyt-Membran weist aufgrund ihrer festen Struktur eine geringe Gasübertragungsrate auf, was zu einer sehr hohen Produktgasreinheit führt. Die Aufrechterhaltung einer hohen Gasreinheit ist wichtig für die Lagersicherheit und den direkten Einsatz des Produktgases beispielsweise in einer Brennstoffzelle.
  • Die Wasserelektrolyse mittels PEM-Elektrolyse ist beispielsweise aufgrund von dynamischen Reaktionszeiten und hohen Wirkungsgraden eine vielversprechende Technologie zur Energiespeicherung in Verbindung mit erneuerbaren Energiequellen. So kann sie beispielsweise bei den sogenannten Power-to-Gas-Konzepten bei über dem Bedarf liegenden temporären Stromüberschüssen, beispielsweise bei der Produktion erneuerbarer Energie, überschüssigen Strom in Form von Energie speichern.
  • Eine solche PEM-Elektrolyseanlage ist beispielsweise in der EP 3 489 388 A1 beschrieben, bei der zur Erzielung einer hohen Gasreinheit der Produktgase insbesondere bei einem Fremdgaseinbruch infolge eines Druckverlusts und möglicher Leckagen ein Gaszwischenspeicher vorgesehen ist, dessen Speicherbehälter als Membranspeicher ausgebildet ist. Dieser Gaszwischenspeicher ist stromab des Elektrolyseurs angeordnet und mit diesem über Rohrleitungen strömungstechnisch verbunden, so dass beispielsweise das Produktgas Wasserstoff von dem Speicherbehälter aufgenommen werden kann. Hierdurch ist eine sehr einfache Maßnahme angegeben, um Druckschwankungen zu dämpfen, wobei der Membranspeicher als passives Strömungselement und Pufferbehälter mit geeignetem Volumen wirkt. Die Membran vermittelt eine gewisse strömungstechnische Drucktoleranz und zusammen mit dem hinreichend großen Behältervolumen des Speicherbehälters eine gewisse Trägheit gegenüber der Weitergabe von Druckschwankungen in dem System, auch für strömungstechnisch nachgeschaltete Elemente, wie etwa einen Verdichter. Allerdings ist die in der EP 3 489 388 A1 beschriebene Maßnahme für industrielle Anforderungen der Wasserelektrolyse und einen stabilen Betrieb in bestimmten Einsatzfällen unzureichend. Die strömungstechnisch passive Dämpfung erweist sich als sehr unflexibel und nachteilig für nachfolgende Verarbeitungsprozesse des Wasserstoffs, vor allem da nur sehr eingeschränkt Druckschwankungen in gewissen Grenzen zu dämpfen sind und damit die Betriebsflexibilität recht einschränkt ist. Dies betrifft in besonderer Weise den Einsatz der atmosphärischen Wasserelektrolyse im großtechnischen industriellen Maßstab, wo ein besonderer Bedarf zu erwarten ist.
  • In der EP 3 489 388 A1 ist ein Gaszwischenspeicher beschrieben, der als einfacher Membranspeicher ausgebildet ist und eine Membran aufweist. Der Speicherbehälter ist mit der Membran ausgekleidet, die sich bei einem langsamen Druckanstieg in Richtung Behälterwand ausdehnen kann. Die Membran wirkt dabei lediglich als ein passives Dämpfungselement und dämpft auftretende Druckschwankungen, hält den Druck aber nicht konstant auf einem Sollwert oder führt ihn nach der erfolgten Dämpfung oder Druckänderung auf einen Sollwert zurück. Insbesondere für kurzfristige Druckänderungen ist dieses Konzept einer passiven Dämpfung unzureichend. Zeitlich rasch auftretende Druckschwankungen auch kleinerer Amplitude etwa im Sekundenbereich können nicht kompensiert bzw. gedämpft werden. Überdies ist der Betriebsdruck nicht auf einen gewünschten Wert einstellbar bzw. zuverlässig nachführbar, was für insbesondere für einen transienten Betrieb oder Teillastbetrieb von zunehmender Bedeutung ist und für eine sichere Zufuhr des erzeugten Wasserstoffs zum nachgeschalteten Verdichter unter einem Solldruck als Eingangsdruck.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, mittels welcher eine Elektrolyseanlage für eine besonders flexible Fahrweise ausgestaltet werden kann, so dass Lastwechsel bei gleichzeitig stabilem Betrieb möglich sind.
  • Die auf eine Vorrichtung gerichtete Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen Gaszwischenspeicher für eine Elektrolyseanlage, mit einem Speicherbehältnis mit einem Speicherraum, in welchen ein Kanal einer Gasentnahmeeinheit mündet, über welchen während der Elektrolyse erzeugtes Gas in den Speicherraum einleitbar ist, wobei das Speicherbehältnis eine Druckregelvorrichtung umfasst, mittels derer das in den Speicherraum eingeleitete Gas mit einem Drucksollwert beaufschlagbar ist, wobei die Druckregelvorrichtung eine Membran und einen Aktuator umfasst, wobei der Aktuator auf die Membran (42) derart einwirkt, dass der Drucksollwert einstellbar ist.
  • Die Erfindung geht dabei bereits von der Erkenntnis aus, dass herkömmliche Elektrolyseanlagen für einen transienten Betrieb nicht ausreichend ausgelegt sind. Es fehlt insbesondere an Dynamik bei der Fahrweise einer Elektrolyseanlage bei notwendigen betriebsbedingten Laständerungen und an Anschlussflexibilität zu nachfolgenden Verarbeitungsprozesse, etwa das Produktgas Wasserstoff aus dem Elektrolyseprozess nachfolgend zu verdichten. Eine wesentliche Erkenntnis ist, dass die bereits bekannten passiven Maßnahmen zur Dämpfung von Druckschwankungen bei einer Elektrolyseanlage hier nicht ausreichend sind.
  • Bei der atmosphärischen Wasserelektrolyse werden Wasserstoff und Sauerstoff bei geringen Überdrucken erzeugt. Die atmosphärische Wasserelektrolysen stellen aus heutiger Sicht sowohl aus wirtschaftlichen als auch technologischen Überlegungen eine besonders präferierte Lösung zur Erreichung einer hohen Leistungsflexibilität bei gleichzeitiger Kostenminimierung dar. Für die Nutzung dieser durch Elektrolyse erzeugten Gase ist in vielen nachgeschalteten Prozessen oder auch zur Speicherung des Wasserstoffes eine Druckerhöhung mittels Verdichter erforderlich. Aufgrund der geringen Dichte von Wasserstoff werden hierfür überwiegend Kolben- oder Membranverdichter eingesetzt, da die für Verdichtungsprozesse üblicherweise verwendeten konventionellen Turboverdichter aufgrund der notwendigen hohen Stufenzahl unwirtschaftlich herstellbar wären. Das Konstruktionsprinzip der Kolbenverdichter verursacht aber sowohl auf der Saug- als auch auf der Druckseite nachteilige Druckschwankungen, die zu einer Lebensdauerreduzierung der Elektrolyse oder betrieblichen Ausfällen führen können. Die der Elektrolyse nachgelagerte Verdichtung aber auch andere nachfolgende Prozessschritte haben zusätzlich ein von der Elektrolyse abweichendes dynamisches Verhalten bei transienten Vorgängen und müssen für einen stabilen Betrieb entkoppelt werden. Ein zwischengeschalteter Speicher mit festem Volumen, dessen Wirkprinzip für Ein- und Ausspeichervorgänge aus der Druckvariation besteht, steht hierfür nicht zur Verfügung, da diese Druckvarianz bei atmosphärischen Anwendungen zu gering wäre und zu enormen Speichervolumina und damit Kosten und Platzbedarf führen würde.
  • Daher sieht die Erfindung gegenüber den Lösungen im Stand der Technik eine Druckhaltung über eine Betriebsweise mit Konstantdruck vor. Hierbei kann der Gaszwischenspeicher vorteilhafterweise kleinste und kurzfristige Druckänderungen im Sekundenbereich wirksam auf den Drucksollwert regeln. Für die nachgelagerte Verdichtung schlagen die Druckänderungen nicht mehr durch, da ein isobarer Betrieb des Gaszwischenspeichers vorgesehen ist, der durch Volumenänderung des Speichervolumens über die Kombination einer Membran und eines Aktuators als Stellglied herbeigeführt wird. Der Aktuator wirkt hierbei auf die Membran derart ein, dass der Drucksollwert einstellbar bzw. sich instantan selbst bei kleinen Druckschwankungen etwa im Sekundenbereich einstellt. Bei einer instantanen Druckerhöhung wird somit ein größeres Volumen freigegeben und bei einer instantanen Druckverminderung ein geringeres Volumen. Dabei ist der Gaszwischenspeicher der Erfindung flexibel bei verschiedenen, vorzugsweise atmosphärischen Elektrolyseanlagen einsetzbar, so dass sowohl eine Anwendung bei einer alkalischen Elektrolyse also auch bei einer eine Niederdruck-Protonen-Austauch-Elektrolyse vorteilhaft möglich ist
  • Vorgeschlagen wird durch die Erfindung mithin der Einsatz eines Gaszwischenspeichers unter Konstantdruck zur Niederdruckgasspeicherung des erzeugten Wasserstoffs, dessen Wirkprinzip die Volumenänderung und nicht die Druckänderung ist. Hierfür wird das zu speichernde oder zu puffernde Speichervolumen bei konstantem Druck verändert und kann so eine Entkopplung des dynamischen Verhaltens der Prozesse und speziell der Wechselwirkungen von Elektrolyse und Verdichtung bewirken und Druckschwankungen besonders effizient vermeiden. Die Pufferung erfolgt dabei in vorteilhafter Weise durch eine geometrische Volumenänderung des Speicherraums des Gaszwischenspeichers, wobei der Betriebsdruck im System nahezu konstant bleibt. Das Konstruktionsprinzip des Gaszwischenspeichers gestattet die Änderung des geometrischen Volumens des Behälters bei nahezu konstantem Druck mittels einer Membran und dem Aktuator, so dass dieser besonders vorteilhaft als Ausgleichspuffer zwischen Elektrolyse und nachgeschaltetem Verdichter dienen kann. Überdies wird eine Angleichung der Massenströme von Elektrolyse und Verdichter durch die jeweiligen Regelmechanismen der beiden Einheiten ermöglicht, so dass ein stabiler Betrieb erzielt ist.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung weist der Aktuator ein Stellglied auf, das aufgrund seiner Gewichtskraft auf die Membran derart einwirkt, dass sich der Drucksollwert einstellt. Hierdurch wird für die Druckregelvorrichtung eine sich selbstregulierende Einstellung und weitgehend schwankungsfreie Druckhaltung ermöglicht, ohne aufwändige aktive angesteuerte Stellelemente und Antriebe. Die Gewichtskraft des Stellglieds auf die Membran sorgt für eine Volumenänderung, um eine isobare Zustandsänderung des Gases zu ermöglichen. Der Drucksollwert und damit der Arbeitsdruck können somit weitgehend konstant gehalten werden.
  • In weiter bevorzugter Ausgestaltung ist das Speicherbehältnis in Strömungsrichtung des erzeugten Gases stromabwärts betrachtet fluidisch leitend an eine Gasabnahmeeinrichtung und/oder an eine Verdichtereinrichtung anschließbar, wobei die Druckregelvorrichtung derart angeordnet ist, dass eine Druckhaltung des Drucksollwerts erzielt ist und eine Weitergabe von Druckschwankungen durch das Speicherbehältnis hindurch vermieden ist.
  • Vorzugsweise weist der Aktuator eine vertikal geführte Kolbenstange auf, die auf die Membran einwirkt, so dass der Drucksollwert über die Membranstellung bewirkt ist. Insbesondere wird der Drucksollwert damit gehalten und der Betrieb unter Konstantdruck ermöglicht.
  • Weiter bevorzugt ist eine vertikal angeordnete Führungshülse vorgesehen, in die die Kolbenstange beweglich eingreift. Somit ist eine vertikale Führung der massiven Kolbenstange erreicht und eine präzise vertikale Bewegung der Masse und Krafteinwirkung auf die Membran für eine erforderliche isobare Volumenänderung, um den auftretenden Druckschwankungen des Gases entgegenzuwirken.
  • Durch den atmosphärischen Betrieb des Elektrolyseurs in einer Elektrolyseanlage kann die Volumenänderung durch die Membran vorteilhafterweise über mechanische Vorrichtungen, wie z.B. Gewichte oder Federhänger erfolgen und eine aufwendigere elektrische Regeleinrichtung vermieden werden. Da durch den vorgeschlagenen Gaszwischenspeicher im Niederdruckbetrieb das System zwischen Elektrolyse und Verdichter besonders stabil und bei nahezu konstantem Druck arbeiten kann, werden eventuelle Schädigungen der Elektrolysemembran durch Druckschwankungen im System vermieden.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage, mit einem Elektrolyseur und mit zumindest einem an den Elektrolyseur angeschlossenen erfindungsgemäßen Gaszwischenspeicher. Die Anwendung des Gaszwischenspeichers bei einer Elektrolyseanlage ist aufgrund der Möglichkeit der Beladung und Fahrweise des Gaszwischenspeichers unter konstantem Druck besonders vorteilhaft.
  • Vorzugsweise ist in der Elektrolyseanlage eine Verdichtereinrichtung vorgesehen, die in Strömungsrichtung des erzeugten Gases stromabwärts an den Gaszwischenspeicher angeschlossen ist. Somit ist ein Gesamtanlagenkonzept einer Elektrolyseanlage realisiert, dass Wasserstofferzeugung im Elektrolyseur, Zwischenspeicherung des erzeugten Wasserstoff-Produktgases und anschließende Verdichtung integriert.
  • In bevorzugter Ausgestaltung ist eine Drucküberwachungsvorrichtung zwischen Elektrolyseur und Gaszwischenspeicher angeordnet. Weiter bevorzugt ist eine Drucküberwachungsvorrichtung zwischen Gaszwischenspeicher und Verdichter angeordnet. Somit kann der Eingangsdruck eingangsseitig beim Gaszwischenspeicher und der Ausgangsdruck ausgangsseitig am Gaszwischenspeicher überwacht werden. Idealerweise unterscheiden sich Eingangsdruck und Ausgangsdruck nicht oder nur sehr geringfügig und die beide Werte liegen im regulären Betrieb beim gewünschten Solldruck. Dieser beträgt bei der Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse weniger als 10 bar, vorzugsweise zwischen 1,0 und 1,5 bar, typischerweise werden 1,1 bar eingestellt. Dies ist auch der konstante Eingangsdruck für die Verdichtereinrichtung. Der bevorzugte Druckbereich zwischen etwa 1,0 bis 1,5 bar ist vorteilhaft für atmosphärische Elektrolysen anwendbar.
  • Neben dem Betrieb und der Überwachung des Solldrucks des Gaszwischenspeichers hat die Drucküberwachungsvorrichtung zusätzlich sicherheitstechnische Vorteile für den Betrieb der Elektrolyseanlage, insbesondere des Elektrolyseurs. Durch die Drucküberwachungsvorrichtung ist es beispielsweise in besonders vorteilhafter Weise möglich, den Gasdruck in den Verbindungsleitungen und somit auch am Entstehungsort des Gases in der Elektrolysezelle beziehungsweise dem Elektrolysemodul zu überwachen, womit beispielsweise ein Druckabfall, insbesondere in einem Bereich unterhalb des Umgebungsdrucks, erkennbar ist. Dabei kann die Drucküberwachungsvorrichtung beispielsweise ein Warnelement, welches beispielsweise akustische und/oder optische Warnsignale aussendet, umfassen, sodass auf einen Druckabfall besonders schnell reagiert werden kann, wodurch innerhalb einer besonders kurzen Zeitspanne Maßnahmen ergriffen werden können, um beispielsweise eine besonders hohe Gasreinheit des Produktionsgases, insbesondere des molekularen Wasserstoffs, zu gewährleisten.
  • In besonders bevorzugter Ausgestaltung der Elektrolyseanlage weist diese eine zweistufige Regeleinrichtung auf, umfassend eine erste Regelstufe, die als führende Leistungsregelung ausgestaltet ist und weiter umfassend eine zweite Regelstufe, die als eine stabilisierende Druckregelung ausgestaltet ist, so dass ein geregeltes Zusammenwirken von Elektrolyse und Verdichtung erzielbar ist. Durch die zweistufige Konstantdruck-Regelung ist ein besonders stabiler Betrieb ermöglicht.
  • Auch um die betriebliche Stabilität bei transienten Laständerungen zusätzlich zu verbessern, wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführung der Elektrolyseanlage eine gestufte Regelung von Elektrolyseur und Verdichtereinrichtung vorgeschlagen. Hierfür kann entweder dem Verdichter oder der Elektrolyse die führende Leistungsregelung zugewiesen werden, welche im Falle einer Wasserstoff-Elektrolyseanlage entweder als Wasserstoff-Erzeugungsleistung bzw. Menge an erzeugtem Wasserstoffgas pro Zeiteinheit oder auch Stromstärke bzw. Stromdichte des Elektrolysestroms vorgegeben werden kann. Als nachgeschaltete Regelfunktion dient eine Druckregelung, welche der nachgeordneten Regeleinrichtung, entweder der Elektrolyse oder dem Verdichter als Regelgröße zugewiesen wird. Dieser Drucksollwert stellt gleichzeitig den gewünschten Drucksollwert im Gaszwischenspeicher dar. Der Drucksollwert ist dabei so zu wählen, dass die Membran des Gaszwischenspeichers nach Beendigung des transienten Vorganges wieder in eine Zwischenstellung fahren kann. Die Anpassung des Drucksollwertes kann dabei durch Nutzung der Membranstellung erfolgen. Durch das beschriebene Konstruktionsprinzip des Gaszwischenspeichers und durch Anwendung der gestuften Regelung wird der Arbeitsdruck im System zwischen Elektrolyse und Verdichter nahezu konstant gehalten und eventuelle Schädigungen der Elektrolysemembran durch Druckschwankungen unterbunden. Des Weiteren ist für einen konstanten Eingangsdruck am Verdichter bzw. der Verdichtereinrichtung gesorgt und ein entsprechend stabiler Verdichtungsprozess beim gewünschten Drucksollwert, insbesondere ohne eine schädigende Rückkopplung auf den Verdichter zu verzeichnen.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanlage. Um eine Elektrolyseanlage mittels des Verfahrens besonders vorteilhaft für eine besonders flexible Fahrweise zu betreiben, so dass Lastwechsel und Transienten bei gleichzeitig stabilem Betrieb möglich sind, wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren während der Elektrolyse über einen Kanal einer Gasentnahmeeinheit, welcher in ein Speicherbehältnis eines Gaszwischenspeichers mündet, erzeugtes Gas in das Speicherbehältnis eingeleitet und das in das Speicherbehältnis eingeleitete Gas mittels einer Druckregelvorrichtung des Speicherbehältnisses auf einen vorgegebenen Drucksollwert gebracht, wobei das Gas mit dem Drucksollwert einer Verdichtereinrichtung zugeführt wird, und wobei das Gas in der Verdichtereinrichtung verdichtet wird.
  • In bevorzugter Ausführung des Verfahrens werden dabei die Elektrolyse sowie die anschließende Verdichtung von in der Elektrolyse erzeugtem Gas in einer kombinierten Fahrweise regelungstechnisch zweistufig geführt, wobei als erste Regelstufe die Elektrolyse über eine führende Leistungsregelung mit einem Leistungssollwert für die Elektrolyseleistung geregelt wird, und wobei als zweite Regelstufe über eine Druckregelung mit einem konstanten Drucksollwert für die Verdichtung geregelt wird.
  • Hierbei wird ein Drucksollwert kleiner als 10 bar, insbesondere zwischen 1,0 bis 1,5 bar eingestellt. Für die Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse ist insbesondere ein Drucksollwert von etwa 1,1 bar vorteilhaft. Damit ist eine gute Anpassung und Fahrweise für den Betrieb einer atmosphärischen Elektrolyseanlage erzielt.
  • Bei dem Verfahren wird bevorzugt als Leistungssollwert für die führende Elektrolyseleistung die Stromstärke der Elektrolyse, die Stromdichte der Elektrolyse oder der Produkt-Massenstrom an erzeugtem Wasserstoff herangezogen.
  • Weiterhin ist es bei dem Betriebsverfahren besonders bevorzugt, dass bei einem Regeleingriff durch die Druckregelvorrichtung der Druck auf den Drucksollwert dadurch geregelt wird, indem eine isobare Volumenänderung des Gases herbeigeführt wird. Durch diese Ausgestaltung ist vorteilhafterweise eine Konstantdruckregelung realisiert.
  • Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten beziehungsweise dritten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den einzigen Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht:
    • 1 einen Gaszwischenspeicher für eine Elektrolyseanlage zur Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse mit einem Speicherbehältnis nach dem Stand der Technik;
    • 2 einen Gaszwischenspeicher für eine Elektrolyseanlage gemäß der Erfindung;
    • 3 eine Elektrolyseanlage mit einem Elektrolyseur, einem Gaszwischenspeicher und einer Verdichtereinrichtung gemäß der Erfindung.
  • Gleiche Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung.
  • Die 1 zeigt einen Gaszwischenspeicher 10 für eine Elektrolyseanlage 12 zur Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse (Niederdruck-PEM- Elektrolyse) mit einem Speicherbehältnis 14. Mittels des Gaszwischenspeichers 10 kann die PEM-Elektrolyseanlage 12, welche eine Elektrolyse von Wasser H2O in molekularen Sauerstoff O2 und molekularen Wasserstoff H2 durchführt, um das jeweilige Produktgas O2 beziehungsweise H2 zu erhalten, ein besonders reines jeweiliges Produktgas bereitstellen. Dazu mündet ein Kanal 16 einer Gasentnahmeeinheit 18 in das Speicherbehältnis 14. Über den Kanal 16 ist während der Elektrolyse erzeugtes Gas 20, sogenanntes Produktgas, in das Speicherbehältnis 14 einleitbar, wobei das Speicherbehältnis 14 wenigstens ein Druckelement 22 umfasst, mittels dessen das in das Speicherbehältnis eingeleitete Gas 20 mit einem Druck beaufschlagt ist. Der Gaszwischenspeicher 10 dient hier vorrangig zur Vermeidung eines Fremdgaseinbruchs beziehungsweise zur Aufrechterhaltung eines Überdrucks gegenüber einer Umgebung 24 der Elektrolyseanlage 12. So kann mittels des Gaszwischenspeichers 10 beispielsweise bei einer Leckage, das heißt einer undichten Stelle, welche fluidleitend mit dem Gasvolumen 26, welches von dem erzeugten Gas 20 in der Elektrolyseanlage 12 einnehmbar ist, mittels eines Überdrucks, welcher insbesondere von dem Druckelement 22 erzeugt wird, das Einströmen eines prozessfremden Gases vermieden werden.
  • Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Speicherbehältnis 14 in Strömungsrichtung 28 des erzeugten Gases 20 stromabwärts liegend fluidisch leitend mit einer Gasabnahmeeinrichtung 30 verbunden, wobei mittels des wenigstens einen Druckelements 22 eine Weitergabe von Druckschwankungen, welche im Kanal 16 und/oder der Gasabnahmeeinrichtung 30 auftreten, durch das Speicherbehältnis 14 hindurch dämpfbar ist. Alternativ kann anstelle beziehungsweise zusätzlich zu der Gasabnahmeeinrichtung 30 eine nicht näher gezeigte Verdichtereinrichtung 48 fluidisch leitend mit dem Speicherbehältnis 14 verbunden sein.
  • In der gezeigten Ausführungsform nach dem Stand der Technik ist das Speicherbehältnis 14 als Membranspeicher mit einer Membran 32 ausgebildet, wobei die Membran 32 zumindest teilweise das Druckelement 22 ausbildet. Ferner weist die gezeigte Ausführungsform des Gaszwischenspeichers 10 eine Drucküberwachungsvorrichtung 34 auf, welche stromabwärts der Gasentnahmeeinheit 18 und zusätzlich stromaufwärts des Speicherbehältnisses 14 in dem Kanal 16 angeordnet ist. Mittels der Drucküberwachungsvorrichtung 34 kann beispielsweise überwacht werden, ob eine Aufrechterhaltung eines Überdrucks gegenüber der Umgebung 24 in der Elektrolyseanlage 12 beziehungsweise dem Gasspeicher 10 eingehalten wird, sodass ein Fremdgaseinbruch beispielsweise aus der Umgebung 24 vermieden werden kann. Dazu kann die Drucküberwachungsvorrichtung 34 beispielsweise veranlassen, dass jeweilige Ventile 36 von einer Offenstellung, bei welcher das Gas 20 durch das jeweilige Ventil 36 strömen kann, in eine Schließstellung, bei welcher der Gasfluss gestoppt ist, bewegt werden.
  • In der gezeigten Ausführungsform ist ein Volumen 38 des Speicherbehältnisses 14, welches zum Aufnehmen des Gases 20, welches durch die Elektrolyse erzeugt wird, größer als das Volumen, das sogenannte Gasvolumen 26, der Elektrolyseanlage 12, insbesondere einer Elektrolysezelle beziehungsweise eines Elektrolysemoduls der Elektrolyseanlage 12. Somit kann der Gaszwischenspeicher 10, welcher von dem bei der Elektrolyse erzeugten Gas 20 gespeist wird, über einen möglichst langen Zeitraum sicherstellen, dass ein Überdruck in den fluidisch leitend mit dem Kanal 16 verbundenen Bereichen der Elektrolyseanlage 12, wie beispielsweise dem Gasvolumen 26, ein Überdruck, insbesondere im Gegensatz zur Umgebung 24, aufrechterhalten werden kann. Mittels der gezeigten Ausführungsform des Gaszwischenspeichers 10 für eine Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse mit der gezeigten Elektrolyseanlage 12 kann ein Verfahren zum Betreiben der Elektrolyseanlage 12 durchgeführt werden. Dabei wird während der Elektrolyse über den Kanal 16 der Gasentnahmeeinheit 18, welcher in das Speicherbehältnis 14 des Gaszwischenspeichers 10 mündet, erzeugtes Gas 20 in das Speicherbehältnis 14 eingeleitet. Dabei wird das in das Speicherbehältnis 14 eingeleitete Gas 20 mittels eines Druckelements 22, der Membran 32, des Speicherbehältnisses 14 mit einem Druck beaufschlagt.
  • Insbesondere für kurzfristige Druckänderungen ist dieses Konzept einer passiven Dämpfung nach dem Stand der Technik allerdings unzureichend. Vor allem zeitlich rasch auftretende Druckschwankungen etwa im Sekundenbereich können damit nicht kompensiert bzw. gedämpft werden. Überdies ist der Betriebsdruck nicht auf einen gewünschten Wert einstellbar bzw. nachführbar. Der Speicherbehälter 14 ist mit einer Membran 32 ausgekleidet, die sich bei einem Druckanstieg ausdehnen kann. Um einen Druck konstant zu halten bzw. auf einen vorgegebenen Sollwert zu regeln und zu halten, ist diese Ausgestaltung hingegen nicht geeignet. Insbesondere wie sich die Membran bei Druckentlastung wieder zurückbewegen soll. Daher wird hier nur eine Dämpfung von Druckschwankungen auf der Erzeugungsseite beim Elektrolyseur und dadurch eine gewisse Entkopplung zu den nachfolgenden Prozessen erreicht - nicht aber eine Druckregelung, wie sie für stabil auszuführende Transienten gemäß der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen wird.
  • In 2 ist ein Gaszwischenspeicher 100 gemäß der Erfindung dargestellt. Der Gaszwischenspeicher 100 weist ein Speicherbehältnis 14 auf mit einem Speicherraum 106 für ein Gas 20. Der Speicherraum 106 hat ein Speichervolumen. Ein Kanal 16 zur Zufuhr von in der Elektrolyse erzeugtem Gas 20 mündet in den Speicherraum 106. Dadurch ist beispielsweise Wasserstoff als Produktgas aus der Wasserelektrolyse dem Speicherraum 106 einleitbar. Das Speicherbehältnis 14 weist eine Druckregelvorrichtung 40 auf, so dass der Gasdruck des Gases 20 in dem Speicherraum 106 einstellbar bzw. regelbar ist, insbesondere auf einen gewünschten und möglichst konstanten Drucksollwert. Hierzu umfasst die Druckregelvorrichtung 40 eine Membran 42 und einen Aktuator 44. Der Aktuator 44 wirkt auf die Membran 42 ein, so dass der Drucksollwert eingehalten ist. Die Membran 42 trennt den Speicherraum 106 mit dem Speichervolumen gasdicht innerhalb des Speicherbehältnisses 14 ab, so dass ein mit Gas 20 aus der Elektrolyse zustellbarer Teilraum gebildet ist. Der weitere Teilraum weist den Aktuator 44 auf. Der Aktuator 44 weist ein Stellglied 46 auf, das als vertikal geführte Kolbenstange ausgeführt ist, die in einer ebenfalls vertikal ausgerichteten Führungshülse 50 beweglich geführt ist. Zur Abfuhr von Gas 20 aus dem Speicherraum 106 ist ein Auslaufkanal 108 vorgesehen, der in strömungstechnischer Verbindung mit dem Speicherraum 106 steht. Der Auslaufkanal 108 kann durch einen Auslaufstutzen oder eine Rohrleitung realisiert sein, insbesondere als Flanschverbindung ausgeführt, und befindet sich stromabwärts des Kanals 16 zur Zufuhr von Gas 20. Der Auslaufkanal 108 dient dem Transport des Gases 20, um dieses einer weiteren Verwendung zuzuführen. Die weitere Verwendung und Verarbeitung kann etwa in der nicht näher ausgeführten Gasabnahmeeinrichtung 30 erfolgen, die an den Gaszwischenspeicher 100 anschließbar ist.
  • Bei dem Gaszwischenspeicher 100 ist dann das Speicherbehältnis in Strömungsrichtung des erzeugten Gases 20 stromabwärts betrachtet fluidisch leitend an eine Gasabnahmeeinrichtung 30 angeschlossen. In einer weiteren und besonders vorteilhaften Anwendung bei einer Elektrolyse erfolgt der Anschluss an eine in 1 nicht näher dargestellte Verdichtereinrichtung 48, was weiter unten am Beispiel der 3 einer Elektrolyseanlage 102 näher ausgeführt wird. In dem Gaszwischenspeicher 100 ist die Druckregelvorrichtung 40 derart angeordnet, dass eine Druckhaltung des Drucksollwerts erzielt ist und eine Weitergabe von Druckschwankungen durch das Speicherbehältnis 14, respektive durch den Speicherraum 106 hindurch, besonders effektiv vermieden ist.
  • Dabei wirkt der Aktuator 44, der eine vertikal in einer Führungshülse 40 geführte Kolbenstange aufweist, auf die Membran 42 ein, so dass der Drucksollwert über die Membranstellung bewirkt ist. Die Druckhaltung erfolgt damit weitgehend selbstregulierend aufgrund der Gewichtskraft der Kolbenstange, die auf die Membran 32 einwirkt und eine isobare Volumenänderung des Speicherraums 106 ermöglicht. Hierdurch können kleinere Druckschwankungen im Sekundenbereich auf einfache Weise selbstregulierend kompensiert werden, bei noch ausreichender Regelamplitude für den Einsatz in der Elektrolyse, insbesondere der Wasserelektrolyse zur Erzeugung von Wasserstoff als Gas 20. Diese besonders interessante Anwendung des Gaszwischenspeichers 100 ist nachfolgend am Beispiel näher ausgeführt.
  • 3 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Elektrolyseanlage 102 gemäß der Erfindung. Die Elektrolyseanlage 102 weist einen Elektrolyseur 104, einen Gaszwischenspeicher 100 und eine Verdichtereinrichtung 48 auf. Der Gaszwischenspeicher 100 ist über den Kanal 16 und den Auslaufkanal 108b strömungstechnisch zwischen den Elektrolyseur 104 und die Verdichtereinrichtung 48 geschaltet, so dass das Produktgas Wasserstoff H2 aus der Elektrolyse über den Gaszwischenspeicher 100 der Verdichtereinrichtung 48 zuführbar ist. Die Verdichtereinrichtung 48 ist dabei in Strömungsrichtung des erzeugten Wasserstoffs H2 stromabwärts an den Gaszwischenspeicher 100 über den Auslaufkanal 108 angeschlossen. Zur Drucküberwachung ist eine Drucküberwachungsvorrichtung 34 in die gasführende Leitung zwischen Elektrolyseur 104 und Gaszwischenspeicher 100 geschaltet. Weiterhin ist eine Drucküberwachungsvorrichtung 34 in die gasführende Leitung zwischen Gaszwischenspeicher 100 und Verdichtereinrichtung 48 geschaltet. Die Elektrolyseanlage 102 kann mit einem Elektrolyseur 104 für eine PEM-Elektrolyse ausgestaltet sein für eine Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse, oder auf einer alkalischen Elektrolyse basieren.
  • Die Elektrolyseanlage 102 zeichnet sich durch eine zweistufige Regeleinrichtung aus, die eine erste Regelstufe 110A sowie eine zweite Regelstufe 110B aufweist. Die erste Regelstufe 110A bildet hierbei die führende Leistungsregelung mit einem Leistungssollwert L. Der Leistungssollwert L charakterisiert die Elektrolyseleitung als führende Größe für den Betrieb der Elektrolyseanlage 102 respektive die Elektrolyseleistung des Elektrolyseurs 104. Als physikalische Betriebsmessgrößen und Parameter für die erste Regelstufe 110A eignet sich die Elektrolysestromstärke I. Alternative Sollwerte sind beispielsweise durch die Stromdichte im Elektrolyseur 104 oder den Wasserstoff-Produktmassenstrom der Elektrolyse gegeben.
  • Als zweite Regelstufe 110B ist eine den Elektrolysebetrieb stabilisierende Druckregelung vorgesehen, so dass ein geregeltes Zusammenwirken von Elektrolyseprozess und Verdichtung herbeigeführt ist. In der zweiten Regelstufe 110B ist der Arbeitsdruck als Drucksollwert P vorgegeben, wie er im Gaszwischenspeicher 100 bzw. in dem Kanal 16 und dem Auslaufkanal 108 einzustellen und einzuhalten ist. Typischerweise sind bei der Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse Drucksollwerte P von kleiner als 10 bar gewünscht, insbesondere zwischen 1,0 bis 1,5 bar eingestellt. Für die Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse ist insbesondere ein Drucksollwert von etwa 1,1 bar vorteilhaft. Mit der Druckregelung der zweiten Regelstufe 110B ist ein vorgegebener und möglichst konstant gehaltener Eingangsdruck an der Verdichtereinrichtung 48 einstellbar. Die zuverlässige Konstantdruckregelung wird in dem Regelkonzept in gewissen Grenzen unterstützt durch den Gaszwischenspeicher 100 mit den oben beschriebenen Vorteilen im Hinblick auf die Kompensation kleiner und kleinster Druckschwankungen im Sekundenbereich in einem Schwankungsbereich Bereich von 10 mbar bis zu einigen 100 mbar um den Drucksollwert von beispielsweise P = 1,1 bar.
  • Im Betrieb der Elektrolyseanlage 102 wird während der Elektrolyse über den Kanal 16 einer Gasentnahmeeinheit 18, welcher in das Speicherbehältnis 14 mit einem Speicherraum 106 des Gaszwischenspeichers 100 mündet, erzeugtes Gas 20 in das Speicherbehältnis 14 eingeleitet und das in das Speicherbehältnis 14 eingeleitete Gas 20 mittels einer Druckregelvorrichtung 40 des Speicherbehältnisses 14 auf einen vorgegebenen Drucksollwert P gebracht. Dabei wird das Gas 20 mit dem Drucksollwert P anschließend einer Verdichtereinrichtung 48 zugeführt. Das Gas 20 wird schließlich in der Verdichtereinrichtung 48 auf einen gewünschten Druck weiter verdichtet für verschiedene Applikationen oder den Weitertransport. Regelungstechnisch wird der Elektrolyseprozess und die anschließende Verdichtung von in der Elektrolyse erzeugtem Gas 20 in einer kombinierten Fahrweise regelungstechnisch zweistufig geführt. Eine erste Regelstufe 110A für die Elektrolyse bildet die führende Leistungsregelung mit einem Leistungssollwert L für die Elektrolyseleistung, die entsprechend geregelt wird. Als zweite Regelstufe (110B) ist eine Druckregelung implementiert mit einem konstanten Drucksollwert P als ggf. wahlweise vorgebbarer Eingangsdruck für die anschließende Verdichtung des Gases 20 in der Verdichtereinrichtung 48. Dabei wird bei der Druckregelung bei einem Regeleingriff durch die Druckregelvorrichtung 40 der Druck auf den Drucksollwert P geregelt, indem eine isobare Volumenänderung des Gases 20 herbeigeführt wird. Ein Soll-/Ist-Vergleich 112 in Bezug auf den vorgegebenen Drucksollwert P kann zusätzlich über den Stellzustand bzw. die Membranstellung Z der Membran 42 bzw. des Stellglieds 46 als Messgröße durchgeführt und die Werte abgeglichen werden, für einen eventuell erforderlichen Regeleingriff. Bei Bedarf oder für auch für einen sicherheitsrelevanten Abschaltbetrieb ist es möglich das Gas 20, insbesondere Wasserstoff-Produktgas, über ein Abblaseventil aus der Anlage sicher abzublasen, etwa auch beim Stillstand der Elektrolyseanlage 102 zu Servicezwecken. Besonders vorteilhaft erweist sich hier, dass bei dem Gaszwischenspeicher 100 der Erfindung bei einem Stillstand der Elektrolyseanlage 102 die Membran 42 allein aufgrund ihrer Gewichtskraft des vertikal geführten Aktuators 44, insbesondere ausgeführt als massive Kolbenstange, vollständig nach unten fährt in eine Ruheposition im Stillstand. Dadurch wird der Speicherraum 106 für Gas 20 geschlossen bzw. das Volumen im Speicherraum reduziert - das Gas 20 wird herausgedrückt. Damit ist kein Wasserstoff-Produktgas mehr im Speicherraum und die Spülmenge an erforderlichem Stickstoff als Spülgas zur Inertisierung wird entsprechend verringert für das Stillstandsmanagement, etwa bei notwendigen Servicearbeiten. Bedarfsweise kann zusätzlich Gas 20 über die Abblasevorrichtungen 52A, 52B aus dem System abgeblasen werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 3489388 A1 [0006, 0007]

Claims (14)

  1. Gaszwischenspeicher (100) für eine Elektrolyseanlage (102), mit einem Speicherbehältnis (14) mit einem Speicherraum (106), in welchen ein Kanal (16) einer Gasentnahmeeinheit (18) mündet, über welchen während der Elektrolyse erzeugtes Gas (20) in den Speicherraum (106) einleitbar ist, wobei das Speicherbehältnis (14) eine Druckregelvorrichtung (40) umfasst, mittels derer das in den Speicherraum (106) eingeleitete Gas (20) mit einem Drucksollwert (P) beaufschlagbar ist, wobei die Druckregelvorrichtung (40) eine Membran (42) und einen Aktuator (44) umfasst, wobei der Aktuator (44) auf die Membran (42) derart einwirkt, dass der Drucksollwert einstellbar ist.
  2. Gaszwischenspeicher (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (44) ein Stellglied (46) aufweist, das aufgrund seiner Gewichtskraft auf die Membran (42) derart einwirkt, dass sich der Drucksollwert einstellt.
  3. Gaszwischenspeicher (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Speicherbehältnis (14) in Strömungsrichtung (18) des erzeugten Gases (20) stromabwärts betrachtet fluidisch leitend an eine Gasabnahmeeinrichtung (30) und/oder einer Verdichtereinrichtung (48) anschließbar ist, wobei die Druckregelvorrichtung (40) derart angeordnet ist, dass eine Druckhaltung des Drucksollwerts erzielt ist und eine Weitergabe von Druckschwankungen durch das Speicherbehältnis (14) hindurch vermieden ist.
  4. Gaszwischenspeicher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aktuator (44) eine vertikal geführte Kolbenstange aufweist, die auf die Membran (42) einwirkt, so dass der Drucksollwert über die Membranstellung bewirkt ist.
  5. Gaszwischenspeicher (100) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine vertikal angeordnete Führungshülse (50) vorgesehen ist, in die die Kolbenstange beweglich eingreift.
  6. Elektrolyseanlage (102) für eine Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse, mit einem Elektrolyseur (104) und mit zumindest einem an den Elektrolyseur (104) angeschlossenen Gaszwischenspeicher (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
  7. Elektrolyseanlage (102) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Verdichtereinrichtung (48) vorgesehen ist, die in Strömungsrichtung des erzeugten Gases stromabwärts an den Gaszwischenspeicher (100) angeschlossen ist.
  8. Elektrolyseanlage (102) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Drucküberwachungsvorrichtung (34) zwischen Elektrolyseur (104) und Gaszwischenspeicher (100) angeordnet ist.
  9. Elektrolyseanlage (102) nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine zweistufige Regeleinrichtung, die als erste Regelstufe (110A) eine führende Leistungsregelung und als zweite Regelstufe (110B) eine stabilisierende Druckregelung aufweist, so dass ein geregeltes Zusammenwirken von Elektrolyse und Verdichtung bewirkt ist.
  10. Verfahren zum Betrieb einer Elektrolyseanalage (102) für die Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse, bei dem während der Elektrolyse über einen Kanal (16) einer Gasentnahmeeinheit (18), welcher in ein Speicherbehältnis (14) mit einem Speicherraum (106) eines Gaszwischenspeichers (100) mündet, erzeugtes Gas (20) in das Speicherbehältnis (14) eingeleitet wird und das in das Speicherbehältnis (14) eingeleitete Gas (20) mittels einer Druckregelvorrichtung (40) des Speicherbehältnisses (14) auf einen vorgegebenen Drucksollwert (P) gebracht wird, wobei das Gas (20) auf dem vorgegebenen Drucksollwert (P) einer Verdichtereinrichtung (48) zugeführt wird, und wobei das Gas (20) in der Verdichtereinrichtung (48) verdichtet wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die Elektrolyse und die anschließende Verdichtung von in der Elektrolyse erzeugtem Gas (20) in einer kombinierten Fahrweise regelungstechnisch zweistufig geführt werden, wobei als erste Regelstufe (110A) die Elektrolyse über eine führende Leistungsregelung mit einem Leistungssollwert (L) für die Elektrolyseleistung geregelt wird, und wobei als zweite Regelstufe (110B) über eine Druckregelung auf einen konstanten Drucksollwert (P) für die Verdichtung geregelt wird.
  12. Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, bei dem der Drucksollwert kleiner als 10 bar, insbesondere zwischen 1,0 bar bis 1,5 bar eingestellt wird.
  13. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 12, bei dem als Leistungssollwert (L) für die führende Elektrolyseleistung die Stromstärke (I) der Elektrolyse, die Stromdichte der Elektrolyse oder der Produkt-Massenstrom an erzeugtem Wasserstoff herangezogen wird.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, bei dem bei einem Regeleingriff durch die Druckregelvorrichtung (40) der Druck auf den Drucksollwert (P) geregelt wird, indem eine isobare Volumenänderung des Gases (20) herbeigeführt wird.
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