Versorgungseinrichtung für eine Hochstromlast und Anordnung mit der Versorgungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinrichtung für eine Hochstromlast .
Hochstromlasten sind Energieverbraucher, die einen hohen Strom von mehr als 1 kA, insbesondere von mehr als 5 kA er fordern. Beispiele für Hochstromlasten sind Lichtbogenöfen und Elektrolyseanlagen. Die elektrische Energieversorgung bzw. Anbindung von Hochstromlasten im großtechnischen Maßstab (insbesondere im Leistungsbereich oberhalb von 100 MW) wird derzeit meist unter Verwendung von Hochspannungs- bzw. Mit telspannungskomponenten und entsprechender Leistungselektro nik ausgeführt. Dazu gehören vor allem Hochspannungs- und Mittelspannungstransformatoren, Hochstrom-Gleichrichter- Schaltungen und dergleichen. Die sich derzeit in Verwendung befindenden Lösungen sind allerdings nicht oder nur bedingt mit der Leistung skalierbar: Der Anteil der Kosten für Trans formatoren und Gleichrichter-Schaltungen bzw. Leistungselekt ronik steigt bei Erhöhung der Leistung überproportional.
Mögliche Beispiele einer Anbindung eines Offshore-Windparks zur Energieversorgung einer Elektrolyse-Anlage ist in Figuren 1 und 2 dargestellt. In Figur 1 ist ein Windpark 1, der aus mehreren Windturbinen 2a-2c besteht, dezentral angebunden. Dazu ist jede Windturbine 2a-2c über einen eigenen turbinen eigenen Generator 3a-3c und turbineneigenen Umrichter 4a-4c sowie über einen der jeweiligen Windturbine zugeordneten Transformator 5a-5c mit einem ebenfalls zugeordneten Gleich richter 6a-6c mit einer jeweiligen Elektrolyseanlage 7a-7c verbunden. Das mittels der Elektrolyseanlagen 7a-7c erzeugte Gas wird einem zentralen Offshore-Gas-Terminal 8 zugeführt und anschließend mittels einer geeigneten Gas-Transport- Infrastruktur (z.B. Gas-Pipeline, LNG-Tankschiffe oder refor miertem Methanol) 9 an Land transportiert.
Eine zentrale Integration eines Windparks ist in Figur 2 ge zeigt. Gemäß dem Beispiel der Figur 2 sind die Windturbinen la-lc über einen zentralen Offshore-Transformator 10 mit ei nem zentralen Gleichrichter 11 verbunden. Der zentrale Gleichrichter 11 liefert die elektrische Energie zum Betrei ben einer Elektrolyseanlage 12. Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Realisierungsbeispiele sind im Offshore-Bereich nur mit sehr großem Aufwand durchführbar. Insbesondere sind bei diesen Lösungen sowohl eine Gas-spezifische Offshore infrastruktur als auch nachgelagerte Aufbereitungs- und Transportsysteme notwendig, um die chemisch gebundene Energie aus dem Offshore-Bereich in den On-shore-Bereich zu transpor tieren.
Ein Beispiel einer Versorgungseinrichtung 20 für eine Elekt rolyseanlage 21 gemäß dem Stand der Technik ist in Figur 3 dargestellt. Die Versorgungseinrichtung 20 umfasst einen thy ristorbasierten Umrichter 22, der wechselspannungsseitig mit tels eines Netztransformators 24 mit einem Wechselspannungs netz verbindbar ist. Gleichspannungsseitig des Umrichters 22 ist ein Umrichterstrom IDC und eine Umrichterspannung VDC er zeugbar, die zur Versorgung der Elektrolyseanlage 21 einge setzt werden kann. Es ist erkennbar, dass die Skalierbarkeit der Versorgungseinrichtung 20 relativ begrenzt ist. Mit stei gender elektrischer Anschlussleistung der Elektrolyseanlage 21 sind überproportional steigende Kosten in Bezug auf die Leistungselektronik, insbesondere des Netztransformators 24 und der Gleichrichter-Schaltung des Umrichters 22 zu erwar ten.
Aus den genannten Gründen besteht hoher Bedarf nach innovati ven Lösungen in Bezug auf die Energieversorgung von großtech nischen Hochstromlasten.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Versorgungsein richtung für eine Hochstromlast vorzuschlagen, die möglichst effizient und kostengünstig, insbesondere bei hohen Leistun gen, und möglichst zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Versorgungsein richtung für eine Hochstromlast mit einem Spannungswandler gelöst, wobei der Spannungswandler einem ersten Teilumrichter und einen zweiten Teilumrichter umfasst, wobei die Teilum richter miteinander in einer Umrichter-Reihenschaltung zwi schen einem ersten und einem zweiten primärseitigen Gleich spannungspol geschaltet sind, wobei der zweite Teilumrichter zwischen einem ersten und einem zweiten sekundärseitigen Gleichspannungspol geschaltet ist, wobei die Teilumrichter jeweils wenigstens einen Wechselspannungsanschluss aufweisen, die mittels einer Kopplungseinrichtung miteinander verbunden sind, so dass ein Austausch elektrischer Leistung zwischen dem ersten und dem zweiten Teilumrichter ermöglicht ist, wo bei die sekundärseitigen Gleichspannungspole zum Verbinden mit der Hochstromlast eingerichtet sind. Die primärseitigen Gleichspannungspole des Spannungswandlers umfassen einen pri märseitigen Gleichspannungsanschluss zum Verbinden mit einem primärseitigen Gleichspanungsnetz. Zugleich umfassen die se kundärseitigen Gleichspannungspole des Spannungswandlers ei nen sekundärseitigen Gleichspannungsanschluss zum Verbinden mit einem sekundärseitigen Gleichspannungsnetz. Da die Span nungsfestigkeit der Umrichterreihenschaltung größer als die Spannungsfestigkeit eines der beiden Teilumrichter ist, kann das primärseitiges Gleichspannungsnetz eine Betriebsspannung aufweisen, die größer als die Betriebsspannung des sekundär seitigen Gleichspannungsnetzes ist. Der primärseitige Gleich spannungsanschluss kann daher als Oberspannungsseite und der sekundärseitige Gleichspannungsanschluss als Unterspannungs seite bezeichnet werden. Die Kopplungseinrichtung ist dazu eingerichtet, eine am ersten Teilumrichter anfallende über schüssige Leistung an den zweiten Teilumrichter zu übertra gen. Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung ist deren Skalierbarkeit, sowohl in Bezug auf die zu erzeu gende Spannung als auch in Bezug auf den zu liefernden Aus gangsstrom. Des Weiteren zeigt die erfindungsgemäße Versor gungseinrichtung im Vergleich zum Stand der Technik einen hö heren leistungselektronischen Wirkungsgrad und eine geringere
Strombelastung eines ggf. in der Kupplungseinrichtung einge setzten Transformators.
Geeigneterweise umfasst der erste Teilumrichter wenigstens einen ersten Phasenzweig, der sich zwischen dem ersten pri märseitigen Gleichspannungspol und dem ersten sekundärseiti gen Gleichspannungspol erstreckt, und in dem Leistungshalb leiter sowie ein erster Wechselspannungsanschluss angeordnet sind. Ferner umfasst der zweite Teilumrichter wenigstens ei nen zweiten Phasenzweig, der sich zwischen dem ersten sekun därseitigen Gleichspannungspol und dem zweiten sekundärseiti gen Gleichspannungspol erstreckt, und in dem Leistungshalb leiter sowie ein zweiter Wechselspannungsanschluss angeordnet sind, wobei die Wechselspannungsanschlüsse mittels der Kopp lungseinrichtung miteinander verbunden sind. Die Leistungs halbleiter sind zweckmäßigerweise steuerbare, ein- und/oder abschaltbare Leistungshalbleiterschalter, die mittels einer geeigneten Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung steuerbar sind. Die jeweilige Anzahl der Leistungshalbleiter in jedem Phasenzweig ist grundsätzlich beliebig und kann an die jewei lige Anwendung angepasst sein. Die Skalierbarkeit der Versor gungseinrichtung in Bezug auf die Spannung ergibt sich insbe sondere aus der entsprechend bestimmbaren Anzahl der verwen deten Leistungshalbleiter. Die Skalierbarkeit der Versor gungseinrichtung in Bezug auf den Strom ergibt sich aus der Tatsache, dass die Anzahl der Phasenzweige in jedem Teilum richter ebenfalls grundsätzlich beliebig und an die jeweilige Anwendung anpassbar ist. Jeder der Teilumrichter kann zu die sem Zweck mehrere parallel geschaltete, zum Beispiel gleich artig aufgebaute, Phasenzweige umfassen.
Zweckmäßigerweise umfasst die Kopplungseinrichtung einen Kopplungstransformator, dessen Primärseite bzw. Primärwick lung mit dem ersten Wechselspannungsanschluss des ersten Tei lumrichters und die Sekundärseite bzw. Sekundärwicklung mit dem ersten Wechselspannungsanschluss des zweiten Teilumrich ters verbunden ist. Auf diese Weise ist eine induktive Kopp lung der beiden Teilumrichter mit einer galvanischen Trennung
zwischen den Wechselspannungsanschlüssen realisiert. Um einen zusätzlichen Abgang in ein angeschlossenes Wechselspannungs system realisieren zu können, kann geeigneterweise auch ein Dreiwicklungstransformator oder eine Kopplungseinrichtung mit vergleichbarer Funktionalität eingesetzt werden, wie nachfol gend noch weiter ausgeführt wird.
Die Versorgungseinrichtung ist, wie bereits zuvor erörtert, besonders vorteilhaft bei einer Hochstromlast anwendbar, die eine Elektrolyseanlage (bzw. Brennstoffzelle) oder eine Lichtbogenofenanlage ist.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Tei lumrichter ein netzgeführter Teilumrichter, insbesondere ein thyristorbasierter Teilumrichter. Ein netzgeführter Umrichter zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass die Kommutie rungsvorgänge in dessen Betrieb üblicherweise durch das ange schlossene Netz bestimmt werden. Ein netzgeführter (netzkom- mutierter) Umrichter kann Leistungshalbleiter umfassen, die ein- aber nicht abschaltbar sind. Ein thyristorbasierter Tei lumrichter umfasst dementsprechend in seinem Phasenzweig, vorzugsweise in jedem Phasenzweig, eine Reihenschaltung von Thyristoren. Die Verwendung eines netzgeführten Teilumrich ters erlaubt vorteilhaft eine robuste Systemauslegung und kann über einen besonders großen Leistungsbereich skaliert werden.
Der zweite Teilumrichter kann ein passiver Teilumrichter sein, insbesondere ein diodenbasierter Teilumrichter. Der di odenbasierte Teilumrichter umfasst in jedem seiner Phasen zweige eine Reihenschaltung von Leistungsdioden. Durch die Verwendung passiver Leistungshalbleiter wie Dioden kann eine besonders robuste Systemauslegung erreicht werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist der zweite Teilumrichter ein doppeltyhristorbasierter Teilumrich ter (antiparallele Thyristoren). Dazu umfasst der Teilumrich ter in jedem seiner Phasenzweige eine Reihenschaltung von
Thyristorschalteinheiten, wobei jede Thyristorschalteinheit antiparallel geschaltete Thyristoren aufweist. Mittels einer solchen bidirektionalen Thyristorbrücke kann eine Energie- Rückspeisung ermöglicht werden. Im Fall einer Anbindung einer reversiblen Elektrolyse-/Brennstoffzellenanlage führt verfah renstechnisch die Rückverstromung von H2 auf eine kleinere DC-Spannung, so dass ein besonderer Vorteil hierbei darin be steht, dass die unterspannungsseitige Gleichspannung variabel bis 0 kV abgesenkt werden kann.
Es ist hierbei anzumerken, dass alle zuvor erörterten netzge führten (netzkommutierten) Topologien sechs-pulsig aber auch höherpulsig (12, 18, ...) ausgeführt sein können. Zudem können die entsprechenden Teilumrichter mit einer beliebigen Phasen anzahl ausgebildet sein.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der erste Teilumrichter ein sogenannter modularer Mehrstufenum richter (MMC). Ein MMC umfasst in dem (jedem) Phasenzweig ei ne Reihenschaltung von Schaltmodulen. Jedes der Schaltmodule weist abschaltbare Leistungshalbleiter sowie einen Energie speicher in Form eines Schaltmodulkondensators auf. Die Schaltmodule können in dem Phasenzweig geeigneterweise grup piert sein, so dass zwei Stromrichterarme ausgebildet sind, zwischen denen der Wechselspannungsanschluss angeordnet ist. Werden der erste Teilumrichter als ein MMC und der zweite Teilumrichter als ein netzgeführter bzw. passiver Umrichter ausgeführt, so kann die exzellente Spannungsskalierbarkeit des MMC mit der hohen Stromtragfähigkeit des zweiten Teilum richters in besonders vorteilhafter Weise kombiniert werden.
Der erste Teilumrichter kann Schaltmodule umfassen, mittels deren unipolare Schaltmodulspannungen erzeugbar sind, insbe sondere Halbbrückenschaltmodule. Diese Art von Schaltmodulen zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass an deren An schlüssen eine positive Schaltmodulspannung (der einer am Energiespeicher des betreffenden Schaltmoduls anstehenden Energiespeicherspannung entspricht) oder eine Nullspannung
erzeugbar sind. Der Vorteil solcher Schaltmodule ist deren relativ einfacher Aufbau und relativ niedrige Verluste im Be trieb. In dieser Konfiguration kann ein besonders hoher Wir kungsgrad der Versorgungseinrichtung erreicht werden.
Alternativ dazu kann erste Teilumrichter Schaltmodule umfas sen, mittels deren bipolare Schaltmodulspannungen erzeugbar sind, insbesondere Vollbrückenschaltmodule. Vollbrücken- Schaltmodule zeichnen sich dadurch aus, dass an deren An schlüssen eine bipolare Spannung erzeugbar ist, d.h. sowohl eine positive als auch eine negative Schaltmodulspannung. Der Betrag der Schaltmodulspannung entspricht im Wesentlichen ei ner an einem Energiespeicher des Vollbrücken-Schaltmoduls an stehenden Energiespeicherspannung. Die Schaltmodule dieser Art haben den Vorteil, ggf. eine Gegenspannung aufbauen zu können. Ein Rückspeisen der Unterspannungsseite (Hochstrom seite) auf den DC-Fehler kann so unterbunden bzw. vermieden werden. Auf diese Weise kann also vorteilhaft ein Schutz des Teilumrichters im Fall von Kurzschlüssen auf der Oberspan nungsseite realisiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung umfassen sowohl der erste als auch der zweite Teilumrichter Halbbrückenschaltmo- dule und/oder Vollbrückenschaltmodule. Sind sowohl der erste als auch der zweite Teilumrichter transistorbasiert oder als MMC ausgebildet, dann können sowohl der Gleichspannungsstrom auf der Sekundärseite bzw. DC-Unterspannungsseite als auch die sekundärseitige Ausgangsspannung am DC-Spannungswandler nahezu optimal eingestellt werden. Zudem kann vorteilhaft der Anteil an Strom- als auch Spannungsoberschwingungen minimiert werden. Alternativ hierzu kann insbesondere der zweite Tei lumrichter aufgrund der vergleichsweise geringen DC- Ausgangsspannung als ein aus dem Stand der Technik bekannte 2- bzw. 3-Level-Umrichter ausgeführt sein.
Es kann von Vorteil sein, wenn ein Gleichspannungsleistungs schalter vorgesehen ist, der mit einem der primär- bzw. ober spannungsseitigen Gleichspannungspole verbunden ist. Ein sol-
eher Gleichspannungsleistungsschalter (DC Breaker) kann zu einem Schutz vor Kurzschlüssen auf der Oberspannungsseite des DC-Spannungswandlers dienen.
Vorzugsweise ist der Spannungswandler für eine Spannungswand lung mit einem Spannungsübersetzungsverhältnis primärseitiger zu sekundärseitiger Spannung von 2 bis 20 ausgelegt. Der Leistungsbereich des DC-Spannungswandlers liegt vorzugsweise zwischen 1 MW und 1000 MW. Die Gleichspannung auf der Ober spannungsseite skaliert passend zum Leistungsbereich etwa von 1 kV bis zu oberhalb der 1 MV-Grenze.
Zweckmäßigerweise sind die beiden Teilumrichter jeweils min destens zweiphasig ausgebildet. Demgemäß umfasst der erste Teilumrichter zumindest einen dritten Phasenzweig, der sich zwischen dem ersten primärseitigen Gleichspannungspol und dem ersten sekundärseitigen Gleichspannungspol erstreckt, und in dem Leistungshalbleiter sowie ein dritter Wechselspannungsan schluss angeordnet sind. Entsprechend umfasst der zweite Tei lumrichter zumindest einen vierten Phasenzweig, der sich zwi schen dem ersten sekundärseitigen Gleichspannungspol und dem zweiten sekundärseitigen Gleichspannungspol erstreckt, und in dem Leistungshalbleiter sowie ein zweiter Wechselspannungsan schluss angeordnet sind. Die Anordnung ist in der aufgezeig ten Weise auf drei und mehr Phasen entsprechend erweiterbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kopplungseinrichtung einen Kopplungsanschluss auf, der zum Verbinden der Anordnung mit einem Wechselspannungsnetz eingerichtet ist. Dadurch kann Leistung mit dem Wechselspan nungsnetz ausgetauscht werden. Auf diese Weise ist eine An bindung der Versorgungseinrichtung sowohl mit einem Gleich spannungsnetz als auch mit einem Wechselspannungsnetz mög lich. Vorzugsweise ist der Kopplungsanschluss eine Terti ärwicklung eines Kopplungstransformators. Statt 3- Wicklertransformatoren sind in diesem Zusammenhang auch je Teilumrichter ein 2-Wicklertransformator möglich.
Im Hinblick auf eine weitere Erhöhung der unterspannungssei tigen Anchlussleistung bzw. des Gleichstromes auf der Unter spannungsseite des Spannungswandlers kann die Versorgungsein richtung bzw. der Spannungswandler einen dritten Teilumrich ter umfassen, der in einer Umrichterparallelschaltung mit dem zweiten Teilumrichter verbunden ist. Der dritte und ggf. die weiteren Teilumrichter können, müssen aber nicht notwendiger weise gleichartig zum zweiten Teilumrichter ausgebildet sein.
Die Erfindung betrifft ferner eine Anordnung zum Umwandeln elektrischen Energie in chemische Energie unter Wasserstoff-/ Gaserzeugung. Ein solcher Vorgang kann beispielsweise bei der Elektrolyse vorliegen, bei der elektrische Energie in ein Gas als Energieträger der chemischen Energie umgewandelt wird.
Das Gas kann beispielsweise Wasserstoff sein. Das erzeugte Gas wird nach der Elektrolyse mittels entsprechender Leitun gen (z.B. einer Pipeline) an einen Verbrauchsort transpor tiert.
Eine solche Anordnung kann in dem bereits zuvor beschriebenen Kontext einer Anbindung eines Windparks an eine Elektrolyse anlage eingesetzt werden.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, eine solche Anordnung anzu geben, die möglichst kostengünstig in Herstellung und Betrieb und möglichst zuverlässig ist.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Anordnung zum Um wandeln elektrischen Energie in chemische Energie unter Gas erzeugung gelöst, umfassend eine Energieerzeugungsanlage, mittels der elektrische Energie bereitstellbar und mittels einer Gleichstromübertragungsstrecke übertragbar ist, sowie einer erfindungsgemäßen Versorgungseinrichtung, wobei die Versorgungseinrichtung primärseitig mit der Gleichstromüber tragungsstrecke verbunden ist. Die Vorteile der erfindungsge mäßen Anordnung ergeben sich insbesondere aus den bereits ge nannten Vorteilen der erfindungsgemäßen Versorgungseinrich tung.
Geeigneterweise umfasst die Energieerzeugungsanlage einen Gleichrichter, mittels dessen die Energieerzeugungsanlage mit der Gleichstromübertragungsstrecke verbunden ist. Die elekt rische Energie wird demnach zunächst in ein Wechselspannungs netz eingespeist und mittels des Gleichrichters in Gleich spannung umgewandelt. Dies ermöglicht eine Anbindung bei spielsweise von Windparks, die üblicherweise eine Wechsel spannung erzeugen. Der Gleichrichter kann auch ein unidirek- tionaler Gleichrichter, zum Beispiel ein Diodengleichrichter sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Kopp lungseinrichtung des DC-Spannungswandlers einen Kopplungsan schluss auf, der mit einem Versorgungsnetz verbunden ist. Demnach kann die Versorgungseinrichtung primärseitig mit dem Gleichrichter und sekundärseitig mit der Elektrolyseanlage verbunden sein. Zusätzlich kann die Versorgungseinrichtung mit dem Versorgungsnetz verbunden sein. Auf diese Weise ist es ermöglicht, dass die über das Gleichspannungsnetz bzw. die Gleichspannungsleitung übertragene Energie dazu genutzt wer den kann, einerseits die Elektrolyseanlage mit Energie zu versorgen, und anderseits beispielsweise ggf. überschüssige Energie in das Versorgungsnetz einzuspeisen oder auch nach Bedarf diesem zu entnehmen. Zusätzlich kann es ermöglicht werden chemisch gebundene Energie als Strom wieder in das Versorgungsnetz zurückzuspeisen und Wasserstoff rückzuver- stromen (reversible Elektrolyse/Brennstoffzellen Betrieb) oh ne zusätzliche Rückverstromungs-Anlagen.
Die Erfindung wird nachfolgend im Zusammenhang mit den Figu ren 4 bis 19 näher erläutert.
Figur 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 7 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 8 zeigt ein fünftes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 9 zeigt ein Beispiel eines Schaltmoduls für eine erfin dungsgemäße Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 10 zeigt ein weiteres Beispiel eines Schaltmoduls für eine erfindungsgemäße Versorgungseinrichtung in einer schema tischen Darstellung;
Figur 11 zeigt ein Beispiel eines Teilumrichters für eine er findungsgemäße Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 12 zeigt ein sechstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 13 zeigt ein siebtes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 14 zeigt ein achtes Ausführungsbeispiel einer erfin- dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 15 zeigt ein neuntes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Versorgungseinrichtung in einer schematischen Darstellung;
Figur 16 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Anordnung zum Umwandeln elektrischen Energie in chemische Energie unter Gaserzeugung in einer schematischen Darstellung;
Figur 17 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Anordnung zum Umwandeln elektrischen Energie in chemische Energie unter Gaserzeugung in einer schematischen Darstellung;
Figur 18 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Anordnung zum Umwandeln elektrischen Energie in chemische Energie unter Gaserzeugung in einer schematischen Darstellung;
Figur 19 zeigt ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfin dungsgemäßen Anordnung zum Umwandeln elektrischen Energie in chemische Energie unter Gaserzeugung in einer schematischen Darstellung.
In Figur 4 ist eine Versorgungseinrichtung 30 für eine Hoch stromlast dargestellt. In dem in Figur 4 dargestellten Bei spiel ist die Hochstromlast eine Elektrolyseanlage 31.
Die Versorgungseinrichtung 30 umfasst einen DC- Spannungswandler 32. Der DC-Spannungswandler 32 umfasst einen ersten Teilumrichter 33 und einen zweiten Teilumrichter 34, die miteinander in einer Umrichterreihenschaltung verbunden sind, die sich zwischen einem ersten primärseitigen Gleich-
spannungspol 35 und einem zweiten primärseitigen Gleichspan nungspol 36 erstreckt.
Der erste Teilumrichter 33 ist dreiphasig ausgebildet. Er um fasst einen ersten Phasenzweig 37, einen dritten Phasenzweig 38 und einen fünften Phasenzweig 39. Die drei Phasenzweige 37-39 verbinden jeweils den ersten primärseitigen Gleichspan nungspol 35 mit einem ersten sekundärseitigen Gleichspan nungspol 41. Der erste Phasenzweig 37 weist einen ersten Wechselspannungsanschluss 40a auf, der dritte Phasenzweig 38 weist einen dritten Wechselspannungsanschluss 40b auf, der fünfte Phasenzweig 39 weist einen fünften Wechselspannungsan schluss 40c auf Der erste Teilumrichter 33 ist ein modularer Mehrstufenumrichter (MMC). In einem ersten Umrichterarm des ersten Teilumrichters 33, der sich zwischen dem ersten pri märseitigen Gleichspannungspol 35 und dem ersten Wechselspan nungsanschluss 40a erstreckt ist eine Reihenschaltung von Schaltmodulen SM angeordnet. Auf den Aufbau der Schaltmodule SM gemäß dem hier dargestellten Beispiel wird nachfolgend an hand der Figuren 9 und 10 näher eingegangen. Jedes der Schaltmodule SM umfasst im Allgemeinen mehrere abschaltbare Leistungshalbleiter (wie beispielsweise abschaltbare Transis toren) sowie einen moduleigenen Energiespeicher, üblicher weise in Form eines Schaltmodulkondensators. Ein zweiter Um richterarm des ersten Teilumrichters 33 zwischen dem ersten Wechselspannungsanschluss 40a und dem ersten sekundärseitigen Gleichspannungspol 41 umfasst eine weitere Reihenschaltung der Schaltmodule SM. Beide Umrichterarme weisen ferner eine Arminduktivität Lärm auf. Die übrigen zwei Phasenzweige des ersten Teilumrichters 33 sind zum ersten Phasenzweig 37 im Wesentlichen gleichartig aufgebaut.
Der zweite Teilumrichter 34 ist ein diodenbasierter, passi ver, dreiphasig ausgebildeter Umrichter. Er umfasst einen zweiten Phasenzweig 43, einen vierten Phasenzweig 44 und ei nen sechsten Phasenzweig 45, die den ersten sekundärseitigen Gleichspannungspol 41 mit einem zweiten sekundärseitigen Gleichspannungspol 42 verbinden. Jeder der drei Phasenzweige
43-45 weist jeweils einen zugeordneten Wechselspannungsan schluss 46a,46b bzw. 46c. Jeder der drei Phasenzweige 43-45 weist ferner zwei Umrichterarme: einen ersten oder oberen Um- richterarm zwischen dem ersten sekundärseitigen Gleichspan nungspol 41 und dem jeweils zugeordneten Wechselspannungsan schluss 46a-c sowie einen zweiten bzw. unteren Umrichterarm zwischen dem zugeordneten Wechselspannungsanschluss 46a-c und dem zweiten sekundärseitigen Gleichspannungspol 42. Jeder der Umrichterarme des zweiten Teilumrichters 34 umfasst eine Rei henschaltung von Hochleistungsdioden 47, 48, 49, 50, 51 bzw. 52.
Ein zweiter primärseitiger Gleichspannungspol 53 ist mit dem zweiten sekundärseitigen Gleichspannungspol 42 direkt verbun den.
Eine an den primärseitigen Gleichspannungspolen 35, 53 anste hende primärseitige Spannung wird als VDci bezeichnet. Eine an den sekundärseitigen Gleichspannungspolen 41, 42 anstehende sekundärseitige Spannung wird als VDc2 bezeichnet. Auf der Primärseite fließt ein primärseitiger Strom IDCi, auf der Se kundärseite ein sekundärseitiger Strom IDc2-
Die Versorgungseinrichtung 30 umfasst ferner eine Kopplungs einrichtung 54 zum Energieaustausch zwischen den Teilumrich tern 33, 34. Die Kopplungseinrichtung 54 verbindet die Wech selspannungsanschlüsse 40a-c des ersten Teilumrichters 33 mit den Wechselspannungsanschlüssen 46a-c des zweiten Teilumrich ters 34. Die Kopplungseinrichtung 54 umfasst einen Kopplungs transformator 55 mit einer Primärseite bzw. Primärwicklung 56, die an den ersten Teilumrichter 33 angeschlossen ist, und mit einer Sekundärseite bzw. Sekundärwicklung 57, die an den zweiten Teilumrichter 34 angeschlossen ist.
Die Versorgungseinrichtung 30 umfasst ferner eine Regelungs einrichtung zur Durchführung einer Spannungs-, Strom- und/oder Leistungsregelung (die jedoch figürlich nicht darge stellt ist). Die Regelungseinrichtung kann eine Ansteuerein-
heit umfassen, die zur Ansteuerung aller steuerbaren Leis tungshalbleiter der Versorgungseinrichtung 30 eingerichtet ist.
In Figur 5 ist eine weitere Versorgungseinrichtung 60 darge stellt. Gleiche und gleichartige Bauteile und Elemente sind in den Figuren 4 und 5 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgenden Figuren 6 bis 8. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird im Folgenden nur auf die Unterschiede zwischen der Versorgungseinrichtung 30 der Figur 4 und der Versorgungseinrichtung 60 eingegangen.
Im Unterschied zur Versorgungseinrichtung 30 umfasst die Ver sorgungseinrichtung 60 einen DC-Spannungswandler 32, dessen zweiter Teilumrichter 34 thyristorbasiert ist. Das bedeutet, dass in jedem der drei Phasenzweige 43-45 bzw. in jedem der sechs entsprechenden Umrichterarme eine Reihenschaltung von Thyristoren 61-66 angeordnet ist.
In Figur 6 ist eine Versorgungseinrichtung 70 dargestellt. Im Unterschied zur Versorgungseinrichtung 60 der Figur 5 (Rei henschaltungen von) Schalteinheiten 71-76 in jedem Umrichter arm der Phasenzweige 43-45, die jeweils antiparallel geschal tete Thyristoren umfassen. Die Verwendung der Doppelthyris- tor-Schaltungen (antiparallele Thyristoren) erlaubt eine Rückspeisung von Energie in ein angeschlossenes Wechselspan nungsnetz 77 ohne die DC-Spannung umzukehren. Dazu ist an dem Kopplungstransformator 55 eine Tertiärwicklung 78 vorgesehen, mittels der die Versorgungseinrichtung 70 mit dem Wechsel spannungsnetz 77 verbindbar ist.
In Figur 7 ist eine Versorgungseinrichtung 80 dargestellt. Im Unterschied zur Versorgungseinrichtung 70 der Figur 6 sind die Schaltmodule SM des ersten Teilumrichters 33 konkret als Halbbrückenschaltmodule HB ausgebildet. Auf den Aufbau der Halbbrückenschaltmodule HB wird nachfolgend im Zusammenhang mit der Figur 9 detailliert eingegangen.
Ferner umfasst die Versorgungseinrichtung 80 einen Gleich spannungsleistungsschalter 81 (DC-Breaker), der am ersten primärseitigen Gleichspannungspol 35 angeordnet ist, so dass der DC-Spannungswandler 32 über den Gleichspannungsleistungs schalter 81 mit dem primärseitigen Gleichspannungsnetz bzw. der Gleichspannungsleitung verbunden ist. In einem Fehlerfall (z.B. Kurzschluss) auf der primärseitigen Gleichspannungssei te kann mittels des Gleichspannungsleistungsschalters 81 der DC-Spannungswandler geschützt werden.
In Figur 8 ist eine Versorgungseinrichtung 82 zur Versorgung der Hochstromlast 31 dargestellt. Im Unterschied zu den Ver sorgungseinrichtungen der vorangehenden Figuren sind beide Teilumrichter 33 und 34 als modulare Mehrstufenumrichter aus gebildet. Entsprechend umfassen die Phasenzweige 37-39 bzw. 43-45 jeweils Reihenschaltungen von Schaltmodulen mit jeweils Leistungshalbleiterschaltern und schaltmoduleigenen Energie speichern. Dabei sind in jedem der insgesamt zwölf Umrichter armen, die sich jeweils zwischen einem der Gleichspannungspo le 35, 41, 42, 53 und einem der Wechselspannungsanschlüsse 40a-c, 46a-c erstrecken, sowohl Halbbrückenschaltmodule HB als auch Vollbrückenschaltmodule FB vorgesehen. Auf den Auf bau der Halbbrücken- und Vollbrückenschaltmodule wird nach folgend im Zusammenhang mit den Figuren 9 und 10 näher einge gangen. Mittels der Vollbrückenschaltmodule kann der DC- Spannungswandler 32 in einem Fehlerfall geschützt werden, da diese dazu geeignet sind, eine Gegenspannung aufzubauen, die einen Kurzschlussstrom durch den DC-Spannungswandler 32 redu zierten bzw. verhindern kann.
Figur 9 zeigt ein Halbbrückenschaltmodul 101. Das Halbbrü- ckenschaltmodul 101 weist zwei Anschlüsse XI und X2 auf. Der Anschluss XI kann beispielsweise das Halbbrückenschaltmodul 101 mit dem Anschluss X2 eines weiteren Halbbrückenschaltmo duls verbinden, so dass eine Reihenschaltung der Halbbrücken schaltmodule gebildet ist.
Das Halbbrückenschaltmodul 101 umfasst einen ersten Halb leiterschalter 102 in Form eines Bipolartransistors mit iso lierter Gate-Elektrode (IGBT), dem eine Freilaufdiode 103 an tiparallel geschaltet ist. Ferner umfasst das Halbbrücken schaltmodul 101 einen zweiten Halbleiterschalter 104 in Form eines IGBT, dem eine Freilaufdiode 105 antiparallel geschal tet ist. Die Durchlassrichtung der beiden Halbleiterschalter 102 und 104 ist gleichgerichtet. Der erste Anschluss XI ist an einem Potenzialpunkt 113 zwischen den beiden Halbleiter schaltern 102 und 104 angeordnet. Der zweite Anschluss X2 ist mit dem Emitter des zweiten Halbleiterschalters 104 verbun den.
Parallel zu den beiden Halbleiterschaltern 102, 104 ist ein Energiespeicher in Form eines Hochleistungskondensators 106 angeordnet. Durch eine geeignete Ansteuerung der Halbleiter schalter 102, 104 kann, bei einer durch einen Pfeil im ange deuteten Betriebsstromrichtung, der Kondensator 106 zuge schaltet oder überbrückt werden, so dass an den Anschlüssen XI, X2 eine Schaltmodulspannung Vm ansteht, die entweder der am Kondensator 106 abfallende Spannung Vc oder einer Spannung null entspricht.
Ein Beispiel eines Vollbrückenschaltmoduls 108 ist in Figur 10 schematisch dargestellt. Das Vollbrückenschaltmodul 108 weist einen ersten Halbleiterschalter 109 in Form eines IGBT, dem eine Freilaufdiode 110 antiparallel geschaltet ist sowie einen zweiten Halbleiterschalter 111 in Form eines IGBT, dem eine Freilaufdiode 112 antiparallel geschaltet ist. Die Durchlassrichtung der beiden Halbleiterschalter 109 und 111 ist gleichgerichtet. Ferner umfasst das Vollbrückenschaltmo dul 108 einen dritten Halbleiterschalter 113 in Form eines IGBT, dem eine Freilaufdiode 114 antiparallel geschaltet ist sowie einen vierten Halbleiterschalter 115 in Form eines IGBT, dem eine Freilaufdiode 116 antiparallel geschaltet ist. Die Durchlassrichtung der beiden Halbleiterschalter 113 und 115 ist gleichgerichtet. Die Halbleiterschalter 109 und 111 mit ihnen zugeordneten Freilaufdioden 110, 112 bilden somit
eine Reihenschaltung, die einer durch die Halbleiterschalter 113, 115 und die zugeordneten Freilaufdioden 114 und 116 ge bildeten Reihenschaltung parallelgeschaltet ist. Ein Energie speicher in Form eines Hochleistungskondensators 117 ist pa rallel zu den beiden Reihenschaltungen angeordnet. Der erste Anschluss XI ist an einem Potenzialpunkt 118 zwischen den Halbleiterschaltern 109, 111 angeordnet, der zweite Anschluss X2 ist an einem Potenzialpunkt 119 zwischen den Halbleiter schaltern 113, 115 angeordnet.
Durch eine geeignete Steuerung der Leistungshalbleiter 109, 111, 113 und 115 kann bei einem gegebenen Strom im durch das Schaltmodul eine an den Anschlüssen XI, X2 abfallende Schalt modulspannung Vm erzeugt werden, die einer am Kondensator 117 abfallenden Energiespeicherspannung Vc, der am Kondensator 117 abfallenden Energiespeicherspannung jedoch mit entgegen gesetzter Polarität oder einer Spannung null entspricht.
In Figur 11 ist ein Teilumrichter 120 dargestellt, der als der erste und/oder der zweite Teilumrichter 33 bzw. 34 der DC-Spannungswandler 32 der vorangehenden Figuren verwendbar ist. Der Teilumrichter 120 ist dreiphasig ausgebildet und um fasst sechs Umrichterarme 121-126, die sich jeweils zwischen einem der Gleichspannungspole 127, 128 und einem der Wechsel spannungsanschlüsse 129-131 erstrecken. In jedem der Um richterarme 121-126 ist eine Reihenschaltung von Schaltele menten angeordnet (figürlich durch ein einzelnes Schaltele ment 132 repräsentiert), wobei jedes Schaltelement 132 einen abschaltbaren Halbleiterschalter 133 (IGBT wie in der Figur gezeigt, IGCT, GTO oder dergleichen) und eine dazu antiparal lel geschaltete Diode 134 umfasst. Der Teilumrichter 120 wird oftmals als 2-Level-Konverter bezeichnet.
In Figur 12 ist eine Versorgungseinrichtung 130 dargestellt, die für eine Bipol-Konfiguration konzipiert ist. Die Versor gungseinrichtung ist dazu geeignet, eine erste und eine zwei te Hochstromlast 131 bzw. 132 zu versorgen.
Die Versorgungseinrichtung 130 umfasst einen ersten DC- Spannungswandler 133 und einen zweiten DC-Spannungswandler 134. Der erste Spannungswandler 133 weist eine erste Umricht erreihenschaltung mit einem ersten Teilumrichter 135 und ei nem zweiten Teilumrichter 136, die sich zwischen einem ersten Gleichspannungspol 137 und einem zweiten, durch Erdrücklei tung oder dediziertem metallischem Rückleiter (DMR) gebilde ten Gleichspannungspol 138 erstreckt. Der erste DC- Spannungswandler 133 ist dazu eingerichtet, eine primärseiti ge Spannung VDc,i in eine sekundärseitige Spannung VDC,n umzu wandeln. Die durch den ersten DC-Spannungswandler 133 flie ßenden Ströme sind mit IDc,i bzw. IDC,II gekennzeichnet. Der zweite DC-Spannungswandler 134 weist eine erste Umrichterrei henschaltung mit einem dritten Teilumrichter 139 und einem zweiten Teilumrichter 140, die sich zwischen dem zweiten Gleichspannungspol 138 und einem dritten Gleichspannungspol 141 erstreckt. Der zweite DC-Spannungswandler 134 ist dazu eingerichtet, eine primärseitige Spannung, die im gezeigten Beispiel der Spannung VDc,i entspricht, in eine sekundärseiti ge Spannung umzuwandeln, die im gezeigten Beispiel der Span nung VDC,ii entspricht. Die durch den ersten DC- Spannungswandler 133 fließenden Ströme sind mit IDc,i bzw.
IDC,II gekennzeichnet. Beide DC-Spannungswandler 133 und 134 weisen jeweils eine Wechselspannungsanbindung 142, 143 an ex terne Wechselspannungsnetze auf.
Eine weitere Konfiguration einer Versorgungseinrichtung 150 ist in Figur 13 dargestellt. Die Versorgungseinrichtung 150 umfasst einen DC-Spannungswandler 151 mit drei Teilumrichtern 152-154. Die Versorgungseinrichtung 150 ist dazu eingerich tet, eine primärseitige DC-Klemmenspannung 2*VDC,I in eine se kundärseitige DC-Klemmenspannung 2*VDC,n umzuwandeln, um eine Hochstromlast 155 zu versorgen. Die Ausführung der Versor gungseinrichtung 150 ist besonders aus der Sicht des Trans formatordesigns vorteilhaft. Es ist erkennbar, dass nur ein Hochstromtransformator (anstelle von zwei) an dem zweiten bzw. mittleren Teilumrichter 153 benötigt wird.
In Figur 14 ist eine Versorgungseinrichtung 160 dargestellt. Die Versorgungseinrichtung wandelt eine primärseitige Span nung VDC,i in eine sekundärseitige Spannung VDC,n zur Versor gung einer Hochstromlast 161. Die durch die Versorgungsein richtung 160 fließenden Ströme sind in der Figur 14 primär seitig mit IDC,i und entsprechend sekundärseitig mit IDC,II be zeichnet.
Die Versorgungseinrichtung 160 umfasst, ähnlich beispielswei se der Versorgungseinrichtung 80 der Figur 7, einen DC- Spannungswandler 162 mit zwei Teilumrichtern 163 bzw. 164. Zusätzlich umfasst der DC-Spannungswandler 162 jedoch, im Un terschied zur besagten Versorgungseinrichtung 80, weitere Teilumrichter 165 und 166. Die weiteren Teilumrichter 165,
166 sind in einer Parallelschaltung zu dem zweiten Teilum richter 164 angeordnet. Dank der Parallelschaltung der Tei lumrichter kann ein höherer sekundärseitiger Strom IDC,II be reitgestellt werden, ohne die Stromtragfähigkeit der einzel nen Teilumrichter selbst zu erhöhen.
Figur 15 zeigt eine weitere Versorgungseinrichtung 170. Glei che und gleichartige Elemente bzw. Bauteile sind in den Figu ren 14 und 15 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Grün den der Übersichtlichkeit wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zwischen der Versorgungseinrichtung 170 und der Versorgungseinrichtung 160 der Figur 14 näher eingegangen.
Im Unterschied zur Versorgungseinrichtung 160 umfasst die beispielhaft dargestellte Versorgungseinrichtung 170 drei pa rallel geschaltete sekundärseige Anschlüsse 173-175 zum Ver binden mit drei Hochstromlasten 161, 171 und 172. Auf diese Weise ist die Versorgungseinrichtung 170 zum gleichzeitigen Versorgen von drei Hochstromlasten 161, 171 und 172 einge richtet. Hierbei sei darauf hingewiesen, dass die Anzahl der auf der DC-Unterspannungsseite parallel geschalteten Syste me/Hochstromlasten nicht auf drei beschränkt ist, sondern va riabel an die Erfordernisse der Anlage skaliert werden kann. Dies wird gerade im Hinblick auf die Standardisierung des
Elektrolyse-Systeme, wie auch im Hinblick auf die Betriebs führung und Wartung solcher Anlagen als vorteilhaft erachtet.
In Figur 16 ist eine beispielhafte Anordnung 200 zum Umwan deln elektrischer Energie in chemische Energie unter Gaser zeugung dargestellt. Die Anordnung 200 umfasst eine Energie- erzeugungs- und Energieeinspeisungssanlage 201. Die Energie einspeisungsanlage 201 umfasst Windturbinen 202, 203, 204 mit zugehörigen Generatoren 205-207, Windturbinenumrichtern 208- 210 sowie mit Mittelspannungstransformatoren 211-213, mittels dessen die Windenergie in elektrische Energie umgewandelt wird und in ein erstes Wechselspannungsnetz 214 eingespeist wird. Ein Gleichrichter 215 ist bereitgestellt und dazu ein gerichtet, die Wechselspannung des ersten Wechselspannungs netzes 214 in eine Gleichspannung umzuwandeln und in ein Gleichspannungsnetz bzw. Gleichspannungslei tung/Gleichspannungsverbindung 216 einzuspeisen. Die Energie einspeisungsanlage 201 kann im Offshore-Bereich angeordnet sein.
Die als Gleichspannung und Gleichstrom bereitgestellte Leis tung aus Windenergie wird über die Gleichspannungsverbindung 216 an Land übertragen (was mit einer Linie 222 angedeutet ist), wo die Gleichspannung mittels eines Wechselrichters 217 in eine Wechselspannung übersetzt und in ein zweites Wechsel spannungsnetz bzw. ein Versorgungsnetz 218 eingespeist wird. Die Anordnung umfasst ferner einen sogenannten DC-Chopper 219, der dazu eingerichtet ist, überschüssige Energie in Ver lust-Wärme umzuwandeln.
Die Anordnung umfasst ferner eine Versorgungseinrichtung 220 zur Versorgung einer Hochstromlast 221 in Form einer Elektro lyseanlage, mittels der elektrische Energie in chemische Energie unter Gaserzeugung umgewandelt wird, wobei die chemi sche Energie in dem erzeugten Gas (beispielsweise H2) gespei chert und für einen weiteren Transport aufbereitet wird. Als Versorgungseinrichtung 220 ist beispielsweise eine der in den
Figuren 4 bis 15 dargestellten Ausführungsbeispielen von Ver sorgungseinrichtungen einsetzbar.
In Figur 17 ist eine Anordnung 230 zum Umwandeln elektrischer Energie in chemische Energie unter Gaserzeugung dargestellt. Gleiche und gleichartige Elemente bzw. Bauteile sind in den Figuren 16 und 17 mit gleichen Bezugszeichen versehen. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird im Folgenden lediglich auf die Unterschiede zwischen der Anordnung 230 und der Anordnung 200 der Figur 16 näher eingegangen. Dies gilt im Übrigen auch für die nachfolgenden Figuren 18 und 19.
Im Unterschied zur Anordnung 200 umfasst die Anordnung 230 einen Gleichrichter 231, der als Diodengleichrichter ausge bildet ist. Dies erlaubt Vorteile insbesondere in Bezug auf Herstellungs-, Installations- und Betriebskosten des Gleich richters.
In Figur 18 ist eine Anordnung 240 ähnlich der Anordnung 230 der Figur 17 dargestellt. Im Unterschied zur Anordnung 230 wurde in der Anordnung 240 auf den DC-Chopper verzichtet. An dessen Stelle tritt eine Versorgungseinrichtung 241, die dazu eingerichtet ist, sekundärseitig sowohl mit einer Hochstrom last 242 als auch mit einer Einrichtung 243 zur Speicherung elektrischer Energie (Super-Caps bzw. leistungsfähige Batte rie-Systeme) oder eines Systems zur Wärmespeicherung bzw. Wärmeauskopplung verbunden zu werden. Hierbei ist es beson ders vorteilhaft, wenn die oben genannten Einrichtungen 243 hoch-dynamische Eigenschaften zur Abpufferung eines Leis tungs-Ungleichgewichtes aufweisen.
In Figur 19 ist eine besonders vorteilhafte Anordnung 250 ähnlich der Anordnung 240 der Figur 18 dargestellt. Im Unter schied zur Anordnung 240 übernimmt in der Anordnung 250 ein voll-integriertes Anlagenkonzept mit der Einrichtung 251 zur Einbindung einer Hochstromanwendung 252 zusätzlich die Rolle eines Wechselrichters zum Umwandeln der Gleichspannung in die
Wechselspannung zur Einspeisung in das Versorgungsnetz 218 (mittels eines Hochspannungstransformators 253).
Zugleich ist die Einrichtung 251 - neben der Hochstromanwen dung 252 - mit einer Einrichtung 254 zur Umwandeln einer DC- Leistung in weiterhin nutzbare Energie verbunden.
Hierbei ist es besonders vorteilhaft, wenn die Einrichtung 252 und 254 hoch-dynamische Eigenschaften zur Abpufferung ei nes Leistungs-Ungleichgewichtes aufweisen. Bi-direktionale Lastflusseigenschaften der Einrichtungen 252 und 254 sind ebenso besonders vorteilhaft.
Vor allem zur Flexibilisierung und Erreichung einer voll- integrativen Sektorenkopplung des Strom- und Gasmarktes ist es besonders von Vorteil, wenn die Einrichtung 252 sowohl für den Elektrolyse- als auch den Brennstoffzellen-Betrieb einge- richtet ist. Hier sind die hochdynamischen Eigenschaften der „Proton Exchange Membrane" (PEM) Elektrolyse bzw. der sog. Hochtemperatur Elektrolyse besonders vorteilhaft.
Hierzu sind die erfindungsgemäßen Schaltungstopologien der Einrichtung 251 mit der Einrichtung eines bi-direktionalen Lastflusses besonders vorteilhaft.