DE102022211743A1

DE102022211743A1 - Elektrolysesystem, insbesondere zur atmosphärischen Wasserelektrolyse

Info

Publication number: DE102022211743A1
Application number: DE102022211743.3A
Authority: DE
Inventors: Stefan Braun; Frank Hannemann; Yvonne Vieira Rodrigues
Original assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Current assignee: Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Priority date: 2022-11-08
Filing date: 2022-11-08
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2024099649A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysesystem (1) mit einer Mehrzahl von Elektrolyseanlagen (3, 3A, 3B, 3C), die jeweils einen Elektrolyseur mit einer jeweiligen Produktgas-Leitung (5, 5A, 5B, 5C) aufweisen, mittels derer ein Produktgas aus der Elektrolyseanlage (3, 3A, 3B, 3C) herausleitbar ist, und mit einer Verdichteranlage (7) umfassend eine Vorverdichtungseinrichtung (9) mit einer Mehrzahl von Vorverdichtern (11, 11A, 11B), eine Nachverdichterstation (13) und eine zentrale Sammelleitung (15), wobei die Produktgas-Leitung (5, 5A, 5B, 5C) eingangsseitig an einen Vorverdichter (11, 11A, 11B) und die Vorverdichter (11, 11A, 11B) ausgangsseitig an die zentrale Sammelleitung (15) angeschlossen sind, und wobei die Nachverdichterstation (13) an die zentrale Sammelleitung (15) angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysesystem, insbesondere zur atmosphärische Wasserelektrolyse, mit einer Mehrzahl von Elektrolyseanlagen, die jeweils einen Elektrolyseur aufweisen.
Bei einer Elektrolyse wird mittels elektrischen Stroms eine chemische Reaktion, insbesondere eine Redoxreaktion, angestoßen, 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.
Eine häufige Form der Elektrolyse ist die Wasserelektrolyse, mittels derer einer Zerlegung von Wasser in Wasserstoff und Sauerstoff stattfindet, wobei eine einfache Reaktionsgleichung 2H₂O → 2H_{2 +} 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 elektrochemisch aufgespalten. 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.
Der Druckbetrieb von kommerziellen PEM-Elektrolyseuren kann neben dem drucklosen Betrieb (atmosphärischer Betrieb) in Gleich- und Differenzdruck unterschieden werden. Atmosphärische Wasserelektrolysen erzeugen Wasserstoff und Sauerstoff bei geringem Überdruck und stellen aus heutiger Sicht eine präferierte Lösung zur Erreichung einer hohen Leistungsflexibilität bei gleichzeitiger Kostenminimierung dar. Für die Nutzung dieser durch Elektrolyse erzeugten Produktgase ist in vielen nachgeschalteten Prozessen oder auch zur Speicherung des Wasserstoffes daher eine Druckerhöhung mittels Verdichter erforderlich.
Daher ist als ein wesentlicher Prozessschritt eine mechanische Verdichtung des Wasserstoffs auf einen geforderten Speicherdruck notwendig. Der maximale Speicherdruck ist abhängig von der jeweiligen Anwendung der Elektrolyseanlage. So kann etwa die Nutzung von Wasserstoff in einem Industriebetrieb in Verbindung mit einer Elektrolyseanlage in der Nähe einen Druck zwischen 5 und 15 bar erfordern, wie etwa für ein Stahlwerk. Die Versorgung einer Pipeline erfordert Drucke zwischen 50 und 100 bar. Tankstellenanwendungen erfordern Druckniveaus bis zu 850 bar. Für die großtechnische Speicherung von Wasserstoff werden üblicherweise Druckspeicher verwendet, die bis zu einem Druck von 200 bar beschickt werden können, was zum Teil sehr aufwändige und kostenintensive Investitionen in die Errichtung und den Betrieb von Verdichteranlagen in einem Elektrolysesystem erfordert. Die Weiterverwendung des Wasserstoffs in chemischen Prozessen wie z.B. der Ammoniaksynthese erfordern Drucke zwischen etwa 150 und 350 bar.
Dabei benötigt ein isothermer Kompressionsprozess weniger Verdichterarbeit als der isentrope Prozess dies erfordert. Die spezifische Verdichterarbeit von atmosphärischem Druck auf 50 bar liegt rechnerisch mit etwa 20 kJ /mol nahezu 50 Prozent über der notwendigen Arbeit für den isothermen Prozess. Diese Energiemenge entspricht etwa 8 Prozent des unteren Heizwerts von Wasserstoff. Durch den Wärmedurchgang bei realen Verdichtern ergibt sich in der Praxis einer atmosphärischen Elektrolyseanlage für technische Anwendungen eine Verdichterarbeit zwischen den beiden Grenzfällen isentrop und isotherm.
Im Hinblick auf die zu erwartenden und geforderten zunehmenden Anlagengrößen von atmosphärischen Elektrolysesystemen im industriellen Maßstab von mehr als 100MW Leistung, ist daher ein zunehmender Bedarf innerhalb großskaliger Elektrolysesysteme eine angepasste Verdichteranlage zu konzipieren. Diese soll gegenüber den bisher bekannten Lösungen unter Kostengesichtspunkten verbessert sein, bei gleichzeitiger Sicherstellung der erforderlichen Betriebsflexibilität, wie es ein Betrieb im industriellen Maßstab erfordert.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Elektrolysesystem anzugeben, das die Anforderungen einer effizienten und kostengünstigen Verdichtung mit einer hohen Betriebsflexibilität bei großen Elektrolyseleistungen verbindet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Elektrolysesystem mit einer Mehrzahl von Elektrolyseanlagen, die jeweils einen Elektrolyseur mit einer jeweiligen Produktgas-Leitung aufweisen, mittels derer ein Produktgas aus der Elektrolyseanlage herausleitbar ist, und mit einer Verdichteranlage umfassend eine Vorverdichtungseinrichtung mit einer Mehrzahl von Vorverdichtern, eine Nachverdichterstation und eine zentrale Sammelleitung, wobei die Produktgas-Leitung eingangsseitig an einen Vorverdichter und die Vorverdichter ausgangsseitig an die zentrale Sammelleitung angeschlossen sind, und wobei die Nachverdichterstation an die zentrale Sammelleitung angeschlossen ist.
Die Erfindung geht hierbei bereits von der Erkenntnis aus, dass bei größeren Anlagenleistungen im industriellen Maßstab die bekannten Elektrolysesysteme aufgrund der erforderlichen hohen Verdichtungsleistungen aus Kostengründen und wegen systemischer Betriebserfordernisse nicht ohne weiteres weiter hochskalierbar sind, ohne erhebliche Nachteile in Kauf zu nehmen.
Zwar stellen die atmosphärische Wasserelektrolysen aus heutiger Sicht sowohl unter wirtschaftlichen als auch unter 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 bedingt durch die chemischen bzw. molekularen Eigenschaften des Wasserstoffs unwirtschaftlich herstellbar und betreibbar 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 zu einem erheblichen Kosten- bzw. Platzbedarf führen würde. Die Zwischenspeicherung erfolgt in der Regel in einem Konstantdruck Kolbengasspeicher, dessen Kolbengewicht den Druck Konstant hält und die Füllhöhe das Volumen beschreibt
Mit der Erfindung wird in einem atmosphärischen Elektrolysesystem mit mehreren Elektrolyseanlagen eine zweistufiges Verdichtungskonzept vorgeschlagen, die eine Vorverdichtung in der Vorverdichtungseinrichtung und eine nachgeschaltete zentralen Nachverdichtung in der Nachverdichterstation umfasst. Dabei sind in der Verdichteranlage die beiden Subsysteme aufeinander abgestimmt und wirken zusammen, um insgesamt eine möglichst effiziente und kostengünstigen Verdichtung mit einer hohen Betriebsflexibilität und mit hoher Verfügbarkeit bei großen Elektrolyseleistungen von mehreren 100 MW zu erreichen. Durch die anlagentechnische und funktionale Trennung der Vorverdichtungseinrichtung und der Nachverdichterstation ist eine Entkopplung möglich, die eine hohe Flexibilität bei der Wahl und Auslegung der jeweiligen Verdichter vor allem unter Kostengesichtspunkten begünstigt. In die zentrale Sammelleitung ist als Produktgas vorverdichteter Wasserstoff aus der Vorverdichtungseinrichtung von der Produktgas-Leitung einspeisbar, und zwar bei einem vorgegebenen Betriebsdruck von 2 bis 20 bar, vorzugsweise 8 bar als Ausgangsdruck aus der Vorverdichtung. Die zentrale Sammelleitung ist daher für die Zufuhr und den Transport und ggf. eine temporäre Zwischenspeicherung von großen Gasvolumina aus der Mehrzahl der über eine jeweilige Produktgas-Leitung angeschlossenen Elektrolyseanlagen ausgelegt, und zwar unter Beachtung des Betriebsdrucks des vorverdichteten Wasserstoffs aus dieser ersten Druckstufe der Vorverdichtung.
Um diese Kosten von Elektrolyseanlagen zu reduzieren, ist durch das hier vorgeschlagene Elektrolysesystem mit einer angepassten gestuften Verdichtung in der Verdichteranlage eine kostengünstige Vorverdichtung realisiert. Die hierfür bisher vorgeschlagenen Ansätze bestehen in der Umsetzung eines druckaufgeladenen Elektrolyseprozess, welcher bereits einen Vordruck von 8 bar bis zu 30 bar bereitstellen kann. Da allerdings druckaufgeladene Elektrolysen betrieblich weniger flexibel und für Anlagengrößen von über 100MW Elektrolyseleistung bisher nicht konzipiert sind, geht die Erfindung den Weg, die bewährte atmosphärische Elektrolyse für großtechnische Elektrolysesysteme weiterzuentwickeln und eine technisch umsetzbare alternative Ausgestaltung zur Druckelektrolyse aufzuzeigen.
Vorgeschlagen wird in einem atmosphärischen Elektrolysesystem mithin eine sehr vorteilhafte Kombination aus einer Vorverdichtungseinrichtung und einer vorzugsweise zentralen Nachverdichterstation. Die Verdichter der Vorverdichtungseinrichtung dienen hierbei als Niederdruckverdichter und werden für die Vorverdichtung des Wasserstoffes aus den Elektrolyseuren auf einen vorbestimmten und möglichst konstanten Ausgangsdruck, beispielsweise 8 bar, eingesetzt. Bei großen Elektrolysesystemen wird einer oder mehreren Elektrolyseanlagen jeweils ein Vorverdichter zugeordnet, welcher in eine gemeinsame zentrale Sammelleitung einspeist. Es ist dabei auch möglich, dass eine Elektrolyseanlage an zwei verschiedene Vorverdichter angeschlossen ist, wobei dann zwei Produktgas-Leitungen von dieser Elektrolyseanlage jeweils zu einem der beiden Vorverdichter anschließt. Auch können mehrere Elektrolyseanlagen, beispielsweise zwei Elektrolyseanlagen, über eine jeweilige Produktgas-Leitung an ein und denselben Vorverdichter anschließen, so dass Wasserstoff-Produktgas aus zwei oder aus mehreren Elektrolyseuren in den Vorverdichter auf dessen Saugseite einströmbar ist. Somit ist in der Vorverdichtungseinrichtung eine sehr einfache Redundanz bzw. Mehrfachnutzung der Vorverdichter realisiert, die einen kontinuierlichen und zugleich flexiblem Betrieb ermöglicht. Die zentrale Sammelleitung kann hierbei auch parallel auch von weiteren Elektrolyseanlagen über die Vorverdichter versorgt werden, so dass das Elektrolysesystem ausbaufähig und für große Elektrolyseleistungen skalierbar ist. Aufgrund der Mehrzahl der Vorverdichter in der Vorverdichtungseinrichtung werden hier für die erste Verdichtungsstufe möglichst einfache und kostengünstige Verdichterlösungen gewählt.
Die zentrale Sammelleitung ist für den nächsten Prozessschritt mit der Nachverdichterstation strömungstechnisch über eine Anschlussleitung verbunden, wo die Nachverdichtung des vorverdichteten Wasserstoffs auf einen geforderten Enddruck erfolgen kann, der von der jeweiligen Wasserstoffnutzung abhängig ist. In den meisten der Fälle sind Drücke von 30bar oder darüber hinaus gefordert.
Vorzugsweise sind hierbei die Vorverdichter auf annähernd atmosphärischen Eingangsdruck ausgelegt und die Verdichterleistung der Vorverdichter auf einen Ausgangsdruck von maximal 10 bar begrenzt.
Ausgangsdrucke zwischen 2 bar und 9 bar sind vorteilhaft, insbesondere 8 bar haben sich bei der Auslegung von großen Elektrolysesystemen beispielsweise als besonders zweckmäßig erwiesen für die Vorverdichtung und zugleich als Einspeisedruck in die zentrale Sammelleitung. Dies ist zugleich der Eingangsdruck auf der Saugseite der Nachverdichterstation, so dass für die zentrale Nachverdichtung der großen Wasserstoff-Volumenströme aus der Sammelleitung ein günstigeres Druckverhältnis eingestellt ist und damit ein weiterer Effizienzgewinn sowie eine damit einhergehende Kostenreduktion erzielbar sind. Durch dieses Betriebsfenster ist auf der Wasserstoffseite für eine atmosphärische Elektrolyse ein besonders effizienter und verlustarmer Betrieb erreichbar, und ein präziser Ausgangsdruck einstellbar und haltbar.
Weiter bevorzugt sind die Vorverdichter in räumlicher Nähe der zu der Elektrolyseanlage angeordnet, so dass der Leitungsweg der jeweiligen Produktgas-Leitung minimiert ist. Dagegen kann die Nachverdichterstation zentral in räumlicher Nähe zu den Vorverdichtern oder wahlweise auch an einem entfernteren für das jeweiligen Einsatzsituation sinnvollen Standort angeordnet sein.
Hierdurch kann der Druckverlust reduziert werden. Da Verdichter auf Basis von Druckverhältnissen arbeiten, ist bei Elektrolyseanlagen mit niedrigem Betriebsdruck der Druckverlust der Wasserstoffleitung zum Verdichter entscheidend, um den Energieaufwand für die Verdichtung nicht überproportional steigen zu lassen. Die Vorverdichter werden daher bevorzugt in unmittelbarer räumlicher Nähe zu den Elektrolyseanlagen, insbesondere den Elektrolyseuren, angeordnet. Ein weiterer Vorteil des Vorverdichtungskonzepts ist die hohe Verfügbarkeit der gewählten Verdichter für die Vorverdichtung und die damit verbundene Möglichkeit, auf eine aufwändige redundante Ausführung - beispielsweise zwei Vorverdichter pro Elektrolyseanlage - im unteren Druckbereich verzichten zu können. Eine mehrfach-redundante Ausführung wäre somit allenfalls noch nur für die nachgeschalteten Nachverdichterstation erforderlich.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystem sind in der Vorverdichtungseinrichtung die Verdichter als Schraubenverdichter ausgestaltet.
Schraubenverdichter sind verglichen zu Kolbenverdichter in ihrem Aufbau deutlich einfacher, wesentlich kostengünstiger und können große Wasserstoffmengen verdichten. Ein gewisser Nachteil besteht im Auftreten konstruktiv bedingter innerer Leckagen, welche bei steigendem Druck zu einem erheblichen Wirkungsgradabfall und zusätzlichem Energieverbrauch führen können. Dies ist besonders für die Wasserstoffverdichtung beachtlich. Daher ist eine Begrenzung der Verdichtungsleistung der als Schraubenverdichter ausgestalteten Vorverdichter auf einen Ausgangsdruck von kleiner als 10 bar zu bevorzugen und entsprechend einzustellen. Dies kann durch entsprechende konstruktive Auslegung des Schraubenverdichters erzielt werden.
Schraubenverdichter zeichnen sich durch eine große Unanfälligkeit und damit Betriebssicherheit gegenüber schwankenden Betriebsbedingungen und ihre bauartbedingte innere Verdichtung ohne freie Massenkräfte machen Schrauben zu flexiblen Dauerläufern mit geringster Wartungsintensität und vergleichsweise geringen Betriebskosten im Voll- und Teillastbetrieb. Das Funktionsprinzip basiert auf einem Haupt- und einem Nebenrotor, die durch fortlaufende Drehung Gasportionen von der sog. Saugseite einschließen und gegen eine kleinere Auslassgeometrie auf der sog. Druckseite ausschieben. Während der Hauptrotor in aller Regel die Funktion des Antriebs übernimmt, besteht die Aufgabe des Nebenrotors in der Kammerbildung und Abdichtung. Grundsätzlich sind Schrauben in ölfrei und ölgeflutet verdichtende Maschinentypen zu unterscheiden. Beide kommen in ein- oder mehrstufigen Konzepten in Wasserstoffanwendungen zum Einsatz; jedoch in unterschiedlichen, bauartbedingten Arbeitsbereichen, betreffend Umfangsgeschwindigkeit der Rotoren, Druckdifferenz und Fördervolumina). In weiter bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystems ist die Nachverdichterstation als eine zentrale Nachverdichterstation ausgeführt und auf einen Enddruck von mindestens 30 bar ausgelegt. Bevorzugt erfolgt eine Auslegung auf einen Enddruck von nominell mindestens 20 bar, insbesondere nominell mindestens 30 bar.
Eine zentrale Nachverdichterstation hat den Vorteil, dass aus der zentralen Sammelleitung an einem zentralen Anschlusspunkt eine einzige Zufuhrleitung zu der Nachverdichterstation anschließt, und zugleich ein großer Massenstrom von auf den Ausgangsdruck vorverdichtetem Wasserstoffgas durch diese Zufuhrleitung übergeben werden kann. Anlagentechnisch hat dies den Vorteil, dass aufgrund des Druckes in der Zufuhrleitung die Wasserstoffdichte im Vergleich zur Produktgasleitung zur Vorverdichtung ansteigt und somit ein kleinerer Rohrleitungsdurchmesser gewählt werden kann, was in Konsequenz zu geringeren Investitions- und Gestehungskosten führt. Neben einer Reduzierung der Investitionskosten erlaubt die Kombination bestehend aus Vor- und Nachverdichtung einen robusteren Betrieb des Elektrolysesystems, da zwischen Vor- und Nachverdichtung ein höherer Druckverlust zulässig ist, was in einer besonders vorteilhaften Ausführung auch eine zentrale Nachverdichterstation in größerer Entfernung zum Elektrolysesystem ermöglicht.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystems ist die Nachverdichterstation als eine Kolbenverdichterstation mit einer Anzahl von Kolbenverdichtern ausgestaltet.
Besonders vorteilhaft erweist sich hier die Kombination aus Schraubenverdichter in der Vorverdichtungseinrichtung sowie eine nachgeordnete zentrale Kolbenverdichterstation. Die Schraubenverdichter dienen hierbei als Niederdruckverdichter und werden für die Vorverdichtung des Wasserstoffes eingesetzt. Bei großen Elektrolysesystemen wird einer oder mehreren Elektrolyseanlagen jeweils ein Schraubenverdichter zugeordnet, welcher in die gemeinsame zentrale Sammelleitung einspeist, die parallel auch von weiteren Elektrolyseanlagen mit Schraubenverdichtern versorgt werden kann. Die zentrale Sammelleitung wird in dem nachfolgenden Prozessschritt, der Nachverdichtung in der zweiten Verdichtungsstufe, mit einer zentralen Kolbenverdichterstation verbunden, wo die Nachverdichtung auf einen vorgegebenen Enddruck erfolgt, der von der jeweiligen Wasserstoffnutzung abhängig ist. In den meisten der Anwendungsfällen sind in Elektrolysesystemen Übergabedrucke von 30bar für den Wasserstoff gefordert und daher besonders vorteilhaft für einen Weitertransport und eine industrielle oder energetische Nutzung.
Dabei sind Schraubenverdichter sind verglichen mit Kolbenverdichter in ihrem Aufbau einfacher, wesentlich kostengünstiger und können große Wasserstoffmengen verdichten. Ein gewisser Nachteil von Schraubenverdichtern besteht im Auftreten konstruktiv bedingter innerer Leckagen, welche bei steigendem Druck zu einem erheblichen Wirkungsgradabfall und zusätzlichem Energieverbrauch führen können. Daher ist eine Begrenzung der Verdichtungsleistung in der Vorverdichter in der Vorverdichtungseinrichtung wie hier vorgeschlagen auf kleiner als 10bar vorteilhaft, um Leckagen zu vermeiden oder möglichst gering zu halten.
Da Verdichter auf Basis von Druckverhältnissen arbeiten, ist bei Elektrolyseanlagen mit niedrigem Betriebsdruck der Druckverlust der Wasserstoffleitung zum Verdichter eine entscheidende Einflussgröße, um den Energieaufwand für die Verdichtung nicht überproportional steigen zu lassen. Der Schraubenverdichter wird daher bevorzugt in räumlicher Nähe zu den Elektrolyseeinheiten angeordnet.
Ein weiterer Vorteil des Schraubenverdichter ist seine hohe Verfügbarkeit und die damit verbundene Möglichkeit, auf eine redundante Ausführung im unteren Druckbereich verzichten zu können. Eine redundante Ausführung wäre somit nur für die nachgeschalteten Kolbenverdichterstation vorzugsweise vorzusehen, indem eine entsprechende Anzahl von Kolbenverdichtern als Redundanz vorgehalten wird. Durch die Vorverdichtung auf beispielsweise 6 bar Ausgangsdruck des Produktgases Wasserstoff aus der Vorverdichtungseinrichtung, können somit die leistungsbegrenzenden Kolben des unteren Druckbereiches am Kolbenverdichter sogar entfallen, was neben einer erheblichen baulichen Verkleinerung auch eine Leistungserhöhung der einzelnen Verdichter ermöglicht. Somit kann die Anzahl der zentral angeordneten Kolbenverdichter reduziert und eine höhere Flexibilität erreicht werden.
Die Erfindung macht sich hier in vorteilhafter Weise die Erkenntnis zu Nutze, dass aufgrund der Stoffeigenschaften des Wasserstoffs hierfür zwar überwiegend Kolben- oder Membranverdichter eingesetzt werden, da die für Verdichtungsprozesse üblicherweise verwendeten konventionellen Turboverdichter aufgrund der notwendigen hohen Stufenzahl unwirtschaftlich herstellbar wären. Bei Kolbenverdichtern wiederum sind die gerade die ersten Verdichtungsstufen, die den Wasserstoff von einem atmosphärischen Druckniveau von ca. 1 bar auf beispielsweise 7-8 bar komprimieren, für die Größe und Kosten dominierend. Je höher der Eintrittsdruck in den Verdichter gewählt ist, desto geringer der Energieaufwand, den der Verdichter erbringen muss und desto geringer die Investitionskosten des Kolbenverdichters.
Mithin ist die Anzahl der Kolbenverdichter damit im Wesentlichen nur noch durch die oben beschriebenen Redundanzanforderungen definiert. Die jetzt durch die zentrale Kolbenverdichterstation zentral als N+1 Einheit und nicht als 2 N ausgeführt werden kann.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystems ist an die zentrale Sammelleitung ein Druckgasspeicher angeschlossen.
Hierdurch ist der Druckgasspeicher mit vorverdichtetem Wasserstoff als Produktgas bei dem Arbeitsdruck beladbar und wirkt zugleich als Pufferspeicher. Dieses druckbeladene Gasreservoir dient in vorteilhafter Weise dazu, Leistungsschwankungen besser ausgleichen zu können, so dass bedarfsweise Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher in die zentrale Sammelleitung eingespeist werden kann oder auch von dem Druckgasspeicher in die zentrale Sammelleitung in wohldosierter Weise zuführbar ist. Dies begünstigt einen besonders stabilen Betrieb des zweistufigen Verdichtungskonzepts und eine präzise Druckhaltung bei dem vorgegebenen Ausgangsdruck bei beispielsweise etwa 8 bar Solldruck, der zugleich der vorgegebene Eingangsdruck auf der Saugseite der Nachverdichterstation ist. Der Druckgasspeicher kann zur Druckhaltung bzw. Druckreduktion mit einer Drossel, also einem Druckminderer, oder bedarfsweise auch mit einem bidirektionalen Regelventil ausgestattet sein, so dass wahlweise ein Einspeichern oder Ausspeichern erzielbar ist.
Vorzugsweise das Elektrolysesystem eine Gasrückführleitung auf, die druckseitig von der Nachverdichterstation abzweigt und an den Druckgasspeicher angeschlossen ist.
Somit ist eine Beladung des Druckgasspeichers mit zusätzlichem hochverdichtetem Wasserstoff aus der zweiten Verdichtungsstufe möglich, indem bedarfsweise verdichteter Wasserstoff bei ca. 30 bar ausgekoppelt und dem Druckgasspeicher über die Gasrückführleitung zugeführt wird. Somit ist auch eine Beladung des Gasdruckspeichers bei einem Druck größer als der Druck in der zentralen Sammelleitung einstellbar, vorteilhafterweise zwischen etwa 8 bar und 30 bar.
Zur Einstellung eines gewünschten Beladungsdrucks ist in der Rückführleitung eine Druckminderungseinrichtung eingebaut, die vorzugsweise als eine Gasentspannungsturbine ausgeführt sein kann.
Hierdurch ist eine besonders vorteilhafte Möglichkeit geschaffen, um eine Druckanpassung für den vorgegebenen Beladungsdruck in dem Druckgasspeicher vornehmen zu können. Der Enddruck des zweistufig komprimierten Wasserstoffs von beispielsweise 30 bar nach der Nachverdichterstation kann somit bei einer Rückführung auf den gewünschten Speicherdruck abgesenkt werden.
Die Ausgestaltung der Druckminderungsvorrichtung als Gasentspannungsturbine ist vorliegend besonders vorteilhaft, da hier noch eine energetische Nutzung des sich im Expander entspannenden Wasserstoffgases möglich ist, etwa durch Antreiben eines an die Turbinenwelle angekoppelten elektrischen Generators, oder indem die Temperaturabsenkung des Wasserstoffgases ausgenutzt wird, beispielsweise durch thermische Ankopplung an einen Wärmetauscher oder eine Kühlvorrichtung in dem Elektrolysesystem.
Ein Expander auch Turboexpander, Gasentspannungs- oder Expansionsturbine genannt, gehört zur Familie der Turbinen, in der ein unter Druck stehendes Gas expandiert und dabei Arbeit leistet. Ein Expander besteht im Gegensatz zu einer Gasturbine im weiteren Sinne nur aus der eigentlichen Turbine, verfügt also nicht über einen Verdichter oder eine Brennkammer als integralen Bestandteil der Maschine. Das zu expandierende Gas wird also nicht von der Maschine selbst erzeugt, vorliegend erfolgt die Verdichtung durch die Nachverdichterstation, es fällt also aus dem vorgeschalteten Verdichtungsprozess an. Im Gegensatz zur Druckminderung durch eine einfache Drossel wird durch den Expander auch die Energie des Gases vorteilhaft nutzbar. Die Expansionsturbine kann ein- oder mehrstufig, axialer oder radialer Bauart sein. Die abgeführte mechanische Arbeit kann wie oben beschrieben zum Antrieb eines Generators, einer Pumpe oder eines Kompressors verwendet werden. Die Expansion kann alternativ auch in einem Gaskolbenmotor umgesetzt werden.
In weiter bevorzugter Ausgestaltung weist in dem Elektrolysesystem die Vorverdichtungseinrichtung eine Bypass-Leitung auf, in die ein Gaszwischenspeicher geschaltet ist, wobei die Bypass-Leitung an die Produktgas-Leitung angeschlossen ist.
Der Einbau eines Gaszwischenspeichers als Niederdruck-Gasspeicher in einer Bypass-Leitung zur Produktgas-Leitung einer Elektrolyseanlage ist aufgrund der Möglichkeit der Beladung und Fahrweise des Gaszwischenspeichers unter konstantem Druck besonders vorteilhaft. Für die Druckhaltung ist eine Betriebsweise mit Konstantdruck vorzusehen. Hierbei kann der Gaszwischenspeicher vorteilhafterweise kleinste und kurzfristige Druckänderungen im Sekundenbereich wirksam auf den Drucksollwert regeln. Für die nachgelagerte Verdichtung schlagen eventuelle Druckänderungen, insbesondere kurzzeitige Druckschwankungen, somit nicht mehr durch. Der Gaszwischenspeicher kann als zentraler Gaszwischenspeicher ausgestaltet sein, d.h. von der jeweiligen Produktgas-Leitung mehrerer Elektrolyseanlagen zweigen Leitungen ab, so dass eine gemeinsame Bypass-Leitung gebildet ist, in der ein zentraler Gaszwischenspeicher angeordnet ist.
Vorgeschlagen wird hier bevorzugt der Einsatz eines Gaszwischenspeichers unter konstantem Druckbetrieb zur Niederdruckgasspeicherung des erzeugten Wasserstoffs, dessen Wirkprinzip vorzugsweise 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 einem 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.
Als eine besonders einfachere Realisierung ist je nach Anforderung als Niederdruck-Gaszwischenspeicher aber auch ein Membranspeicher denkbar, der ohne eine Konstantdruckregelung auskommt. Der Speicherbehälter des Gaszwischenspeichers ist hierbei mit einer Membran oder Blase 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.
In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist der Gaszwischenspeicher als ein Konstantdruck-Kolbenspeicher ausgestaltet ist, so dass der Druck nach der Elektrolyse und vor der Verdichtung auf einem konstanten Eingangsdruck einstellbar ist und auf dem Eingangsdruck gehalten werden kann.
Vorzugsweise ist eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Produktgases vorgesehen, die den Vorverdichtern nachgeschaltet ist.
Diese Kühlvorrichtung dient der Zwischenkühlung des in den Vorverdichtern verdichteten Produktgases, insbesondere des im Elektrolyseur erzeugten und danach verdichteten Wasserstoffs. Die Vorverdichtung führt zu einem Temperaturanstieg des Wasserstoffs, so dass eine Zwischenkühlung sehr vorteilhaft ist. Dabei kann in jeder der von einem Vorverdichter druckseitig abgehenden Leitungen eine entsprechend ausgelegte Kühlvorrichtung angeordnet sein. Es ist aber auch möglich und von Vorteil eine für größere Volumenströme ausgelegte zentrale Kühlvorrichtung unmittelbar vor der Nachverdichterstation einzubauen, und zwar in die Leitung, die von der zentralen Sammelleitung zu der Nachverdichterstation abzweigt.
Die Kühlung kann dabei vorzugsweise durch eine Zugabe von Wasser und/oder Wasserstoff als Kühlmittel zur Initiierung und Aufrechterhaltung eines Wärmetauschs in der Kühlvorrichtung erfolgen, d.h. das Kühlmittel nimmt Wärme des verdichteten und entsprechend erwärmten Wasserstoffs über eine Wärmetauscher-Oberfläche auf. Auf diese Weise ist eine besonders kostengünstige und technisch einfach realisierbare Kühlung möglich, da sowohl Wasser als auch Wasserstoff in der Elektrolyseanlage als Kühlmittel zur Verfügung stehen.
Die Wasserspeicherkapazität von Wasserstoff H₂ nimmt mit wachsendem Druck ab, so dass für eine direkte Kühlung, d.h. eine Einspritzkühlung, flüssiges Wasser in das verdichtete Produktgas hinein gedüst werden müsste, welches allerdings auch wieder aufwändig entfernt werden muss. Nach der Verdichtung ist möglichst trockenes Wasserstoffgas H₂ erwünscht, weshalb bevorzugt eine Kühlung mittels eines Wärmetauschers vorgesehen ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführung kondensiert dann im Betrieb bei der Kühlung des Produktgases in der Kühlvorrichtung zumindest ein Teil des im Wasserstoff befindlichen Wasserdampfes und das Kondensat kann über eine Leitung dem Elektrolyseur zugeführt und nach einer Reinigung genutzt werden. Eine Nutzung der freiwerdenden Kondensationswärme ist ebenso möglich.
Die nachgeschaltete Kühlvorrichtung dient also nicht nur der Konditionierung der Gastemperatur des Wasserstoffs für die folgende zweite Verdichtungsstufe in der Nachverdichterstation bzw. den folgenden Prozessschritten, sondern ist zusätzlich dafür ausgelegt, dass ein Teil des im Gas befindlichen Wasserdampfes kondensiert. Dieses Kondensat kann erneut verwendet, indem es der Elektrolyseanlage zugeführt wird, z.B. zur Reduzierung des Elektrolysewasserbedarfs. Hierzu kann eine Rückführleitung mit Aufreinigung vorgesehen sein.
Vorzugsweise ist in dem Elektrolysesystem eine Kühlvorrichtung zum Kühlen des Produktgases der Nachverdichterstation auf deren Druckseite nachgeschaltet.
Somit ist in dem Elektrolysesystem eine zweistufige Kühlung realisiert mit einer Zwischenkühlung nach den Vorverdichtern zur Gaskonditionierung und einer weiteren Kühlung nach der Nachverdichtung und bedarfsweisen weiteren Zwischenkühlungen in Zwischenstufen der Vor- und Nachverdichtung. Anlagentechnisch ist hierzu in die druckseitig abgehende Leitung der Nachverdichterstation eine Kühlvorrichtung eingebaut, die das auf den Enddruck, beispielsweise 30 bar, verdichtete Wasserstoffgas kühlt. Bei der Kühlung des Wasserstoffs kondensiert zumindest ein Teil des im Gas befindlichen Wasserdampfes und das Kondensat wird bevorzugt über eine Rückführleitung dem Elektrolyseur nach einer Reinigung zugeführt.
In bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystem ist daher die Kühlvorrichtung, insbesondere die als Wärmetauscher ausgeführte Kühlvorrichtung, für eine Zugabe von Wasser und/oder Wasserstoff als Kühlmittel über eine Kühlleitung ausgelegt.
Diese Ausgestaltung ist für eine Kühlvorrichtung sowohl für die Zwischenkühlung nach den Vorverdichtern anwendbar, als auch besonders bevorzugt anwendbar nach der Nachverdichtung in der der Nachverdichterstation nachgeschalteten Kühlvorrichtung. Somit geht vorteilhafter die Ausgestaltung mit der zweistufigen Verdichtung auch eine zwei- oder mehrstufigen stufigen Kühlung einher.
Vorzugsweise kann eine Regeleinrichtung vorgesehen sein, an die die Vorverdichter angeschlossen sind, so dass die Vorverdichter auf einen eingangsseitigen Elektrolysedruck regelbar sind. Der Drucksollwert am Eingang der Vorverdichter ist dabei atmosphärischen Druckbereich, also bei einem Sollwert von 1 bar, oder insbesondere zwischen 0,9 bar bis 1,5 bar eingestellt.
Vorzugsweise ist alternativ oder zusätzlich zu der Regeleinrichtung ein als Konstantdruckspeicher ausgelegter Gaszwischenspeicher vorgesehen, der in der Produktgas-Leitung geschaltet und dabei vor der Vorverdichtungseinrichtung, d.h. an deren Saugseite, angeordnet ist. Dies ist eine besonders einfache und robuste Möglichkeit, den Eingangsdruck für die Vorverdichtungseinrichtung konstant zu halten und nachteilige Rückwirkungen zwischen Elektrolyse und Vorverdichter zu vermeiden. Die Vorverdichter können somit mit einem konstanten Druck eingangsseitig beaufschlagt werden.
Im Falle einer Regeleinrichtung ist die Mengenregeleinrichtung bevorzugt derart ausgelegt, dass eine Drehzahl- und Bypass-Regelung durchführbar ist.
Hierbei ist in weiter bevorzugter Ausgestaltung die Regeleinrichtung als eine zweistufige Regeleinrichtung ausgestaltet, die als erste Regelstufe eine führende Leistungsregelung und als zweite Regelstufe eine stabilisierende Druckregelung aufweist, so dass ein geregeltes Zusammenwirken von Elektrolyse und Verdichtung bewirkt ist. Durch eine zweistufige Konstantdruck-Regelung ist ein besonders stabiler Betrieb des Elektrolysesystems ermöglicht im Zusammenwirken mit der zweistufigen Verdichtung.
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 allein 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 in schematischer Darstellung ein Elektrolysesystem, umfassend eine Elektrolyseanlage, einen Gaszwischenspeicher und eine Verdichteranlage;
2 ein Elektrolysesystem mit Verdichteranlage, umfassend eine Vorverdichtungseinrichtung und eine Nachverdichterstation;
3 eine Elektrolysesystem gemäß 2 mit weiteren technischer Ausstattungsmerkmalen.

Gleiche Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung.
1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Elektrolysesystem 1 gemäß der Erfindung. Das Elektrolysesystem 1 weist zumindest eine Elektrolyseanlage 3 mit mindestens einem - in 1 nicht näher dargestellten - Elektrolyseur, einen Gaszwischenspeicher 27 sowie eine Verdichteranlage 7 auf, die über eine Produktgas-Leitung 5 strömungstechnisch verbunden sind. Durch die Produktgas-Leitung 5 ist ein Kanal 39 und ein Auslaufkanal 41 gebildet. Der Gaszwischenspeicher 27 ist über den Kanal 39 und den Auslaufkanal 41 strömungstechnisch zwischen die Elektrolyseanlage 3 und die Verdichteranlage 7 geschaltet, so dass das Produktgas Wasserstoff H₂ aus der Elektrolyse über den Gaszwischenspeicher 27 der Verdichteranlage 7 zuführbar ist. Die Verdichteranlage 7 ist dabei in Strömungsrichtung des erzeugten Wasserstoffs H₂ stromabwärts an den Gaszwischenspeicher 27 über den Auslaufkanal 41 der angeschlossen. Die Verdichteranlage 7 ist zweistufig ausgestaltet und weist eine Vorverdichtungseinrichtung 9 und eine Nachverdichterstation 13 auf, die aufeinander abgestimmt und entsprechend konfiguriert sind. Dies wird anhand 2 weiter unten ausführlich beschrieben. Zur Drucküberwachung ist in 1 eine Drucküberwachungsvorrichtung 43 in die gasführende Produktgas-Leitung 5 zwischen Elektrolyseanlage 3 und Gaszwischenspeicher 27 geschaltet. Weiterhin ist eine Drucküberwachungsvorrichtung 43 in die gasführende Produktgas-Leitung 5 zwischen Gaszwischenspeicher 27 und der Verdichteranlage 7 geschaltet. Die Elektrolyseanlage 3 kann mit einem Elektrolyseur für eine PEM-Elektrolyse ausgestaltet sein für eine Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse, oder auf einer alkalischen Elektrolyse basieren. Eine atmosphärische Elektrolyse erzeugt Wasserstoff und Sauerstoff bei geringen Überdrucken.
Die Elektrolysesystem 1 zeichnet sich durch eine zweistufige Regeleinrichtung 37 aus, die eine erste Regelstufe 37A sowie eine zweite Regelstufe 37B aufweist. Die erste Regelstufe 37A bildet hierbei die führende Leistungsregelung mit einem Leistungssollwert L. Der Leistungssollwert L charakterisiert die in dem Elektrolysesystem 1 die Elektrolyseleitung als führende Größe für den Betrieb der Elektrolyseanlage 3 respektive die Elektrolyseleistung des Elektrolyseurs. Als physikalische Betriebsmessgrößen und Parameter für die erste Regelstufe 37A eignet sich die Elektrolysestromstärke I. Alternative Sollwerte sind beispielsweise durch die Stromdichte im Elektrolyseur oder den Wasserstoff-Produktmassenstrom der Elektrolyse gegeben.
Als zweite Regelstufe 37B ist eine den Elektrolysebetrieb stabilisierende Druckregelung vorgesehen, so dass ein geregeltes Zusammenwirken von Elektrolyseprozess und nachgeschalteter Verdichtung in der zweistufigen Verdichteranlage 7 herbeigeführt ist. In der zweiten Regelstufe 37B ist der Arbeitsdruck als Drucksollwert P vorgegeben, wie er im Gaszwischenspeicher 27 bzw. in dem Kanal 39 und dem Auslaufkanal 41 einzustellen und einzuhalten ist. Typischerweise sind bei der Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse Drucksollwerte P von deutlich kleiner als 10 bar gewünscht, insbesondere zwischen 1,0 bis 1,5 bar sind bevorzugt, also ein leichter Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck. Für die Niederdruck-Protonen-Austausch-Elektrolyse ist insbesondere ein Drucksollwert von etwa 1,1 bar vorteilhaft. Mit der Druckregelung der zweiten Regelstufe 37B ist ein vorgegebener und möglichst konstant gehaltener Eingangsdruck an der Verdichteranlage 7 einstellbar. Die Vorverdichtungseinrichtung 9 ist an die Regeleinrichtung 37 angeschlossen und entsprechend auf den Drucksollwert P als Eingangsdruck ausgelegt und daraufhin regelbar. Die in der Vorverdichtungseinrichtung 9 eingebrachten Mehrzahl von Vorverdichtern 11, 11A, 11B - siehe 2 und entsprechende Ausführungen - sind mithin an die Regeleinrichtung 37 angeschlossen. Diese sind jeweils auf den eingangsseitigen Elektrolysedruck mit dem vorgegebenen Drucksollwert P regelbar, wobei für die als Schraubenverdichter ausgeführten Vorverdichter 11, 11A, 11B eine Drehzahl- und BypassRegelung implementiert ist, die zur Anwendung kommt. Im Betrieb des Elektrolysesystems 1 wird eine zuverlässige Konstantdruckregelung in dem Regelkonzept in gewissen Grenzen zusätzlich unterstützt durch den Gaszwischenspeicher 27, da durch das große Speichervolumen und dessen Veränderung 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 erzielbar ist.
Im Betrieb der Elektrolysesystems 1 während der Elektrolyse in der Elektrolyseanlage 3 wird über den Kanal 39 der Produktgas-Leitung 5 mittels einer Gasentnahmeeinheit 45 erzeugter Wasserstoff als Produktgas in das Speicherbehältnis des Gaszwischenspeicher 27 eingeleitet und der in das Speicherbehältnis eingeleitete Wasserstoff mittels einer Druckregelvorrichtung auf einen vorgegebenen Drucksollwert P gebracht und auf dem Drucksollwert P gehalten. Dabei wird der Wasserstoff mit dem Drucksollwert P anschließend der Verdichteranlage 7 zugeführt, und zwar der Vorverdichtungseinrichtung 9. In der Vorverdichtungseinrichtung 9 wird der Wasserstoff vom Eingangsdruck bei dem Drucksollwert P auf einen vorgegebenen und konstanten Ausgangsdruck zwischen 2 bar und 9 bar, beispielsweise 8 bar vorverdichtet. Dieser Ausgangsdruck wird ebenso möglichst konstant gehalten, was durch die präzise Eingangsdruckregelung in der Regeleinrichtung 37 und ein konstantes Verdichtungsverhältnis der Vorverdichtungseinrichtung 9 erreicht wird. Der Wasserstoff wird schließlich in der Verdichteranlage 7 in einer zweiten Kompressionsstufe des Verdichtungsprozesses auf den gewünschten Enddruck, beispielsweise 30 bar oder ggf. auch darüber hinaus, verdichtet und steht nun für verschiedene Applikationen oder den Weitertransport zur Verfügung.
Regelungstechnisch wird der Elektrolyseprozess und die anschließende Verdichtung von in der Elektrolyse erzeugtem Wasserstoff in einer kombinierten Fahrweise zweistufig geführt. Eine erste Regelstufe 37A für die Elektrolyse bildet die führende Leistungsregelung mit einem Leistungssollwert L für die Elektrolyseleistung, die entsprechend geregelt wird. Als zweite Regelstufe 37B ist eine Druckregelung implementiert mit einem konstanten Drucksollwert P als ggf. wahlweise vorgebbarer Eingangsdruck für die anschließende Verdichtung des Wasserstoffs in der zweistufigen Verdichteranlage 7 mit der Vorverdichtungseinrichtung 9 und der Nachverdichterstation 13. Dabei wird bei der Druckregelung bei einem erforderlichen Regeleingriff durch die Druckregelvorrichtung der Druck auf den Drucksollwert P geregelt, indem eine isobare Volumenänderung des Wasserstoffs in dem Gaszwischenspeicher 27 herbeigeführt wird. Ein Soll-/Ist-Vergleich 47 in Bezug auf den vorgegebenen Drucksollwert P kann zusätzlich über eine Stellzustand Z bzw. das proportionale Speichervolumen des Gaszwischenspeichers 27 als Messgröße durchgeführt und die Werte abgeglichen werden, für einen eventuell erforderlichen Regeleingriff auf den Stellzustand Z für die Einhaltung des Drucksollwerts P.
Bei Bedarf oder für auch für einen sicherheitsrelevanten Abschaltbetrieb ist es möglich den Wasserstoff über ein Abblaseventil 49A aus der Anlage sicher abzublasen, etwa auch beim Stillstand der Elektrolyseanlage 3 zu Servicezwecken. Besonders vorteilhaft erweist sich hier, dass der Gaszwischenspeicher 27 bei einem Stillstand der Elektrolyseanlage 3 so ausgelegt und betrieben ist, dass der Speicherraum geschlossen wird und in eine Ruheposition im Stillstand gebracht wird. Dadurch wird der Speicherraum des Gaszwischenspeichers 27 für Wasserstoff geschlossen bzw. das Volumen im Speicherraum reduziert - der Wasserstoff 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 Wasserstoff über die Abblasevorrichtungen 49A, 49B aus dem Elektrolysesystem 1 abgeblasen werden.
In 2 ist ein Elektrolysesystem 1 mit Verdichteranlage 7 gezeigt, anhand derer das Grundkonzept der Erfindung für eine gestufte Verdichtung mit der Vorverdichtungseinrichtung 9 und der Nachverdichterstation 13 nachfolgend weiter ausgeführt wird und wie es insbesondere vorteilhaft für große Elektrolyseleistungen von mehreren 100MW anwendbar ist. 2 zeigt ein Elektrolysesystem 1 mit einer Mehrzahl von Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C - beispielhaft vier Anlagen-, die jeweils mindestens einen Elektrolyseur, im Allgemeinen aber mehrere Elektrolyseure, aufweisen. Die Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C haben eine Nennleistung von z.B. jeweils 100 MW. Weiterhin weist das Elektrolysesystem 1 eine Verdichteranlage 7 auf, die eine Vorverdichtungseinrichtung 9 und eine zentrale Nachverdichterstation 13 umfasst. Die Vorverdichtungseinrichtung 9 umfasst mehrere Vorverdichter 11, 11A, 11B - beispielsweise drei Vorverdichter -, die den Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C in entsprechender Weise zugeordnet und an diese über eine jeweilige Produktgas-Leitung 5 angeschlossen sind. Hierbei ist die anlagentechnische Verschaltung derart ausgeführt, dass jeder der Vorverdichter 11, 11A, 11B an jeweils zwei der Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C über eine jeweilige Produktgas-Leitung 5 angeschlossen ist. Somit ist jedem der Vorverdichter 11, 11A, 11B als Produktgas Wasserstoff aus der Elektrolyse über eine Produktgas-leitung 5 zur Vorverdichtung zuführbar. Die Vorverdichter 11, 11A, 11B sind jeweils als Schraubenverdichter ausgeführt und in räumlicher Nähe zu den Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C angeordnet. Die Schraubenverdichter sind auf den annähernd atmosphärischen Eingangsdruck ausgelegt und die Verdichterleistung auf einen Ausgangsdruck von kleiner als 10 bar begrenzt. Schraubenverdichter als Vorverdichter 11, 11A, 11B zeichnen sich durch eine besonders hohe Verfügbarkeit und die damit verbundene Möglichkeit aus, auf eine redundante Ausführung in der Vorverdichtungseinrichtung 9 verzichten zu können. Die Vorverdichter 11, 11A, 11B sind ausgangsseitig, also auf deren Druckseite, jeweils an eine zentrale Sammelleitung 15 angeschlossen, so dass im Betrieb vorverdichteter Wasserstoff aus der Vorverdichtungseinrichtung 9 bei einem vorgegebenen Ausgangsdruck von beispielsweise 8 bar in die zentrale Sammelleitung 15 einspeisbar ist. Die Nachverdichterstation 13 ist ebenfalls an die zentrale Sammelleitung mittels einer Anschlussleitung 59 angeschlossen. Somit ist vorverdichteter Wasserstoff auf dem vorgegebenen Ausgangsdruck aus der zentralen Sammelleitung 15 der die Anschlussleitung 59 der Nachverdichterstation 13 zuführbar. Die Nachverdichterstation 13 ist als eine zentrale Nachverdichterstation 13 an der Anschlussleitung 59 ausgestaltet und auf einen Enddruck von mindestens 30 bar ausgelegt. Hierbei kommen Kolbenverdichter zum Einsatz.
Durch die Vorverdichtung in der Vorverdichtungseinrichtung 9 mittels Schraubenverdichtern auf typischerweise größer als 6 bar, beispielsweise 8 bar Ausgangsdruck, können die leistungsbegrenzenden Kolben des unteren Druckbereiches am Kolbenverdichter der Nachverdichterstation 13 entfallen, da bereits ein Vordruck bereitgestellt ist. Dies ermöglicht neben einer erheblichen baulichen Verkleinerung auch eine Förderstromerhöhung der einzelnen Kolbenverdichter. Somit kann die Anzahl der zentral angeordneten Kolbenverdichter in der Kolbenverdichterstation 13 reduziert und eine höhere Flexibilität erreicht werden. Die Anzahl der Kolbenverdichter ist damit im Wesentlichen nur noch durch Redundanzanforderungen definiert, welche jetzt als zentrale Kolbenverdichterstation 13 konzipiert ist und als Baueinheit mit N+1 Kolbenverdichtern und nicht als Baueinheit mit 2N Kolbenverdichtern ausgeführt werden kann. Zur Pufferung und als druckbeladenes Gasreservoir ist an die zentrale Sammelleitung 15 ein Druckgasspeicher 17 angeschlossen, der bedarfsweise sowohl über die Sammelleitung 15 als auch druckseitig über die Nachverdichterstation 13 mit Wasserstoff beladbar ist. Hierzu zweigt eine Gas-Rückführleitung 19 von einer druckseitigen Auslassleitung am Ausgang der Nachverdichterstation 13 ab und schließt an den Druckgasspeicher 17 an. In die Rückführleitung 19 ist ein Ventil 51 geschaltet sowie eine Druckminderungseinrichtung 21 eingebaut, so dass ein angepasster Beladungsdruck für den Druckgasspeicher 17 einstellbar ist, der gegenüber dem Enddruck von 30 bar der Nachverdichterstation 13 reduziert ist. Die Druckminderungseinrichtung 21 ist als Expansionsturbine 23 ausgeführt, was eine präzisen Beladungsdruck des Druckgasspeichers 17 ermöglicht. Überdies besteht die Möglichkeit, die bei der Expansion geleistete mechanische Arbeit der Expansionsturbine 23 für weitere Zwecke in dem Elektrolysesystem 1 zu nutzen, etwa zum Antrieb eines Generators. Weiterhin ist die Abkühlung des sich in der Expansionsturbine 23 entspannenden Wasserstoffs energetisch nutzbar, etwa als Kühlleistung in einem Kühlaggregat oder in einem Wärmtauscher. Bei Bedarf ist über den Druckgasspeicher 17 Wasserstoff bei dem vorgegebenen Ausgangsdruck der zentrale Sammelleitung 15 zuführbar. Ein stabiler und unterbrechungsfreier Weiterbetrieb ist dadurch möglich für den Fall, dass die Wasserstoffzufuhr aus der Vorverdichtungseinrichtung 9 temporär reduziert oder gar durch eine Störung unterbrochen ist. Hierdurch ist eine Druckhaltung in der zentralen Sammelleitung 15 erreicht und ein stabiles Betriebsverhalten des Kolbenverdichters der Nachverdichterstation 13 sichergestellt. Dadurch ist auch ein Stand-By-Betrieb für die Nachverdichterstation 13 bei Bedarf möglich.
Auch das Anfahrverhalten bei der Inbetriebnahme der Verdichteranlage 7 bzw. einer oder mehrerer der Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C in dem Elektrolysesystem 1 wird durch den Wasserstoffvorrat in dem Druckgasspeicher 17 verbessert. Dies kann insbesondere bei den Kolbenverdichtern der Nachverdichterstation 13 von Vorteil sein, da bereits über den Druckgasspeicher 17 eine hinreichend große Menge an druckbeladenem Wasserstoff bevorratet ist, das unter einem Vordruck in der Sammelleitung 15 einspeisbar ist und dort bedarfsweise bereitgestellt werden kann.
Eine Elektrolysesystem 1 mit gegenüber 2 weiteren technischen Ausstattungsmerkmalen ist in 3 dargestellt. Im grundlegenden Anlagenkonzept entsprechen sich das in 2 und 3 gezeigten Elektrolysesystem 1: Das Anlagenkonzept zeichnet sich durch eine zweistufige Verdichtung aus, mit einer Mehrzahl von als Schraubenverdichtern ausgestalteten Vorverdichtern 11, 11A, 11B, denen eine zentrale Nachverdichterstation 13 ausgeführt als Kolbenverdichterstation strömungstechnisch nachgeschaltet ist. Die Kopplung der beiden Verdichtungsstufen erfolgt über die zentrale Sammelleitung 15 und die Anschlussleitung 59, die an die Nachverdichterstation 13 anschließt zentral anschließt.
Auf Seiten der Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C ist in 3 eine Bypass-Leitung 25 vorgesehen, in die ein Gaszwischenspeicher 27 eingeschaltet ist. Das Gaszwischenspeicher 27 ist als Niederdruck-Gasspeicher für Wasserstoff ausgeführt. Die Bypass-Leitung 25 weist eine Anzahl von Abzweigleitungen auf, wobei eine Abzweigleitung an eine jeweilige Produktgas-Leitung 5 eine Elektrolyseanlage 3, 3A, 3B, 3C angeschlossen ist. Der Anschluss an die Produktgas-Leitung 5 erfolgt in einem Leitungsabschnitt vor dem Eintritt in den entsprechenden zugeordneten Vorverdichter 11, 11A, 11B. In eine Abzweigleitung ist jeweils ein Umschaltventil 61 eingebaut, so dass ein bidirektionaler Betrieb und Nutzung der Bypass-Leitung 25 erreicht ist. Mithin ist es möglich die Abzweigleitung zum Beladen oder Entladen des zentralen Gaszwischenspeichers 27 mit Wasserstoff zu nutzen. Das Umschaltventil 61 ist bedarfsweise auch vollständig in beide Strömungsrichtungen schließbar, so dass eine Abzweigleitung und der entsprechende Leitungsweg dann wahlweise versperrt ist. Der Gaszwischenspeicher 27 erfüllt eine wichtige Pufferfunktion bzgl. Druckschwankungen des Elektrolysedrucks. Um die Pufferfunktion des Gaszwischenspeichers 27 auszunutzen ist das Umschaltventil 61 in Richtung der Produktgas-Leitung offenem Zustand betrieben. Wir in 1 bereits dargetan wird im Betrieb des Elektrolysesystems 1 dadurch eine zuverlässige Konstantdruckregelung in dem Regelkonzept in gewissen Grenzen zusätzlich unterstützt durch den Gaszwischenspeicher 27, da durch das große Speichervolumen und dessen Veränderung 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 erzielbar ist. Somit kann der Eingangsdruck der als Schraubenverdichter sehr ausgeführten Vorverdichter 11, 11A, 11B auf einem vorgegebenen Soll-Druckwert konstant gehalten werden.
Zusätzlich ist an die Bypass-Leitung 25 eine Gas-Rückführleitung 57 angeschlossen, die von dem Druckgasspeicher 17 abgeht. In die Gas-Rückführleitung 57 ist ein Regelventil 63 eingebaut, so dass ein gegenüber dem Druck im Druckgasspeicher 17 reduzierter Beladungsdruck einstellbar ist. Hierdurch ist verdichteter Wasserstoff aus dem Druckgasspeicher 17 dem Gaszwischenspeicher 27 zuführbar. Insbesondere auch beim Anfahren der Elektrolyseanlagen 3, 3A, 3B, 3C in dem Elektrolysesystem 1 - also mit noch verminderter Wasserstoffproduktion - kann so bereits Wasserstoff aus dem Gaszwischenspeicher 27 oder aus dem Druckgasspeicher 17 wahlweise ausgekoppelt werden, um die Verdichteranlage 7 bereits in einem günstigen Arbeitspunkt zu fahren und entsprechend mit Wasserstoff ausreichenden Volumenstroms und Drucks zu versorgen. Auch ist ein betriebsbedingter Teillastbetrieb einer Elektrolyseanlage 3, 3A, 3B, 3C dadurch möglich, ohne die Verdichteranlage 3 nennenswert herunterregeln zu müssen.
Weiterhin ist der Anschlussleitung 59, die an die zentrale Sammelleitung 15 anschließt, eine Kühlvorrichtung 29 geschaltet, die als Wärmetauscher mit einer Primärseite und eine Sekundärseite ausgeführt ist. Damit wird eine Kühlung des vorverdichteten und dadurch bereits auf eine höhere Temperatur erwärmten Wasserstoffs aus der Vorverdichtern 11, 11A, 11B erreicht. Die Kühlung erfolgt dabei vorzugsweise durch eine Zugabe von Wasser und/oder Wasserstoff als Kühlmedium, das über eine Kühlleitung 33 zuführbar ist. Auf diese Weise ist eine kostengünstige und technisch einfach realisierbare Kühlung möglich, da sowohl Wasser als auch Wasserstoff in der Elektrolyseanlage verfügbar ist. Eine zweite Kühlvorrichtung 31 ist in die Auslassleitung 55 auf der Druckseite der Nachverdichterstation 13 eingebaut und der Nachverdichterstation 13 nachgeschaltet. Hier kann der schließlich auf einen Enddruck von z.B. 30 bar hochverdichtete und auf über 80°C erwärmte Wasserstoff als Produktgas erneut gekühlt werden. Die Kühlung in der Kühlvorrichtung 31 erfolgt dabei durch eine Zugabe von Wasser und/oder Wasserstoff durch eine Kühlleitung 33. Das Kühlmedium verlässt anschließend die Kühlvorrichtung 31 durch die Leitung 53. Bei der Kühlung des Wasserstoff-Produktstroms kondensiert zumindest ein Teil des im Gas befindlichen Wasserdampfes und das Kondensat kann über eine Rückführleitung 35 in den Elektrolyseur 3, 3A, 3B, 3C zurückgeführt werden.
Die vorliegende Erfindung unterscheidet sich insbesondere durch eine besonders vorteilhaft ausgeführte Umsetzung eines zweistufigen Verdichtungskonzept in einem Elektrolysesystem 1 für große Leistungen über 100 MW. Das Konzept umfasst in vorteilhafter Kombination eine Vorverdichtungseinrichtung 9, mit bevorzugt als Schraubenverdichter ausgeführten Vorverdichtern 11, 11A, 11B, sowie mit einer zentralen Nachverdichterstation 13, die bevorzugt als Kolbenverdichterstation ausgestaltet ist. Das Elektrolysesystem 1 ist damit in seiner besonders ausgestalteten Form für großskalige Elektrolyseanlagen angepasst und einsetzbar. Durch dieses vorteilhafte Anlagenkonzept können sowohl Kosteneinsparungen durch den Wegfall der Niederdruckstufen am vorzugsweisen Kolbenverdichter der Nachverdichterstation 13 als auch durch eine mögliche verringerte Redundanz der bevorzugten Schraubenverdichter erreicht werden. Ein weiterer Vorteil ist die mögliche Leistungserhöhung des Kolbenverdichters durch den höherem Eintrittsdruck durch den bereits in der Vorverdichtungseinrichtung 9 vorverdichteten Wasserstoffs. Dadurch ist bei Elektrolyseanlagen großer Leistung auch die Anzahl der Verdichter reduzierbar mit entsprechenden Kostenvorteilen für Errichtung und Betrieb.
Darüber hinaus wird ein großer und herkömmlicher Kolbenverdichter mit erheblichen Montageaufwand auf der Baustelle auf einem komplizierten Fundament - sowohl geometrisch als auch Schwingungstechnisch - zusammengebaut. Schraubenverdichter können als so genannte Skid-basierte Lösung auf die Baustelle verbracht werden und benötigen lediglich ein einfaches Fundament. Wenn bei höherem Druck mit der Nachverdichtung in einem Kolbenverdichter begonnen wird, können auch hier Skid-basierte Aufstellung zum Einsatz kommen, oder wenige große zentrale Verdichtersysteme für sehr große Elektrolysemassenströme verwendet werden. Die zu erwartende Aufwandseinsparung ist erheblich.

Claims

Elektrolysesystem (1) mit einer Mehrzahl von Elektrolyseanlagen (3, 3A, 3B, 3C), die jeweils einen Elektrolyseur mit einer jeweiligen Produktgas-Leitung (5) aufweisen, mittels derer ein Produktgas aus der Elektrolyseanlage (3, 3A, 3B, 3C) herausleitbar ist, und mit einer Verdichteranlage (7) umfassend eine Vorverdichtungseinrichtung (9) mit einer Mehrzahl von Vorverdichtern (11, 11A, 11B), eine Nachverdichterstation (13) und eine zentrale Sammelleitung (15), wobei die Produktgas-Leitung (5, 5A, 5B, 5C) eingangsseitig an einen Vorverdichter (11, 11A, 11B) und die Vorverdichter (11, 11A, 11B) ausgangsseitig an die zentrale Sammelleitung (15) angeschlossen sind, und wobei die Nachverdichterstation (13) an die zentrale Sammelleitung (15) angeschlossen ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 1, bei der die Vorverdichter (11, 11A, 11B) auf annähernd atmosphärischen Eingangsdruck ausgelegt sind und die Verdichterleistung der Vorverdichter (11, 11A, 11B) auf einen Ausgangsdruck von maximal 10 bar begrenzt ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Vorverdichter (11, 11A, 11B) in räumlicher Nähe der zu der Elektrolyseanlage (3, 3A, 3B, 3C)) angeordnet sind, wobei der Leitungsweg der jeweiligen Produktgas-Leitung (5) minimiert ist.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der in der Vorverdichtungseinrichtung (9) die Verdichter (11, 11A, 11B) als Schraubenverdichter ausgestaltet sind.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nachverdichterstation (13) als eine zentrale Nachverdichterstation (13) ausgeführt und auf einen Enddruck von mindestens 20 bar, insbesondere mindestens 30 bar, ausgelegt ist.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Nachverdichterstation (13) als eine Kolbenverdichterstation mit einer Anzahl von Kolbenverdichtern ausgestaltet ist.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einem an die zentrale Sammelleitung (15) angeschlossenen Druckgasspeicher (17).
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 7, mit einer druckseitig von der Nachverdichterstation (13) abzweigenden Gas-Rückführleitung (19), die an den Druckgasspeicher (17) angeschlossen ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 8, mit einer in die Rückführleitung (19) eingebauten Druckminderungseinrichtung (21), die insbesondere als Gasentspannungsturbine (23) ausgeführt ist.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Vorverdichtungseinrichtung (9) eine Bypass-Leitung (25) aufweist, in die ein Gaszwischenspeicher (27) geschaltet ist, wobei die Bypass-Leitung (25) an die Produktgas-Leitung (5) angeschlossen ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 10, bei dem der Gaszwischenspeicher (27) als ein Konstantdruck-Kolbenspeicher ausgestaltet ist, so dass der Druck nach der Elektrolyse und vor der Verdichtung auf einem konstanten Eingangsdruck einstellbar ist.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Kühlvorrichtung (29) zum Kühlen des Produktgases vorgesehen ist, die den Vorverdichtern (11, 11A, 11B) nachgeschaltet ist.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Kühlvorrichtung (31) zum Kühlen des Produktgases der Nachverdichterstation (13) auf deren Druckseite nachgeschaltet ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 12 oder 13, bei dem die Kühlvorrichtung (29, 31), insbesondere ein Wärmetauscher für eine Zugabe von Wasser und/oder Wasserstoff als Kühlmittel über eine Kühlleitung (33) ausgelegt ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 12, 13 oder 14, bei der die Kühlvorrichtung (29, 31) für eine zumindest teilweise Kondensation des im Produktgas befindlichen Wasserdampfes ausgelegt ist und eine Kondensat-Rückführleitung (35) für das Kondensat aufweist, welche in eine Elektrolyseanlage (3, 3A, 3B, 3C) mündet.
Elektrolysesystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine Regeleinrichtung (37) vorgesehen ist, an die die Vorverdichter (11, 11A, 11B) angeschlossen sind, so dass die Vorverdichter (11, 11A, 11B) auf einen eingangsseitigen Elektrolysedruck regelbar sind.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 16, bei der die Regeleinrichtung (37) derart ausgestaltet ist, dass eine Drehzahl- und Bypassregelung durchführbar ist.
Elektrolysesystem (1) nach Anspruch 16 oder 17, gekennzeichnet durch eine zweistufige Regeleinrichtung (37), die als erste Regelstufe (37A) eine führende Leistungsregelung und als zweite Regelstufe (37B) eine stabilisierende Druckregelung aufweist, so dass ein geregeltes Zusammenwirken von Elektrolyse und Verdichtung bewirkt ist.