EP4669787A1 - Verfahren zum einstellen eines elektrolyseurs - Google Patents

Verfahren zum einstellen eines elektrolyseurs

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Publication number
EP4669787A1
EP4669787A1 EP24705435.6A EP24705435A EP4669787A1 EP 4669787 A1 EP4669787 A1 EP 4669787A1 EP 24705435 A EP24705435 A EP 24705435A EP 4669787 A1 EP4669787 A1 EP 4669787A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrolyzer
operating
cell stack
computing unit
parameters
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP24705435.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Rinkenburger
Patrick Pascher
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP4669787A1 publication Critical patent/EP4669787A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/02—Hydrogen or oxygen
    • C25B1/04—Hydrogen or oxygen by electrolysis of water
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B15/00—Operating or servicing cells
    • C25B15/02—Process control or regulation

Definitions

  • Electrolyzers are electrochemical energy converters which are used, for example, to provide hydrogen.
  • An important criterion for an electrolyzer is the overall efficiency over the operating time. When an electrolyzer is operated, cells in a cell stack of the electrolyzer degrade to varying degrees, depending on the operating parameters selected in each case, such as temperature, current density, etc. The temperature in the cell stack in particular has a major influence on the overall efficiency of the electrolyzer over its operating time.
  • a higher temperature increases the efficiency of the electrolyzer, while higher temperatures simultaneously accelerate the aging process of the cell stack of the electrolyzer, whereby the efficiency of the cell stack decreases again over its lifetime. Accordingly, an optimal operating point must be found over the operating life of the cell stack that optimally coordinates the efficiency and aging of the cell stack, since both variables depend on the operating temperature.
  • R. 405022 - 2 - The aging process of a cell stack is complex and depends on many parameters, such as the operating temperature, the temperature distribution within the cell stack, the load profile, respective manufacturing tolerances, an electrical conductivity of respective reactants, operating pressures, etc. This means that no optimal operating point can be easily determined that ensures the maximum overall efficiency over the operating time of an electrolyzer.
  • the invention presented serves in particular to operate an electrolyzer in an energy-efficient manner over its lifetime. According to a first aspect of the invention presented, a method for setting an electrolyzer is thus presented. The method presented comprises determining a large number of condition parameters of a cell stack of the electrolyzer based on R.
  • a condition parameter is to be understood as a value that quantifies an energetic efficiency of a cell stack of an electrolyzer, in particular in relation to its service life.
  • an operating temperature is to be understood as a temperature that is predominantly present in the cell stack of an electrolyzer during normal operation, ie with possible short deviations.
  • a condition parameter can be determined mathematically using a variety of different calculation methods.
  • the state characteristic value can be determined as the quotient of an upper heating value ( ⁇ ⁇ ) and a cell voltage ( ⁇ ⁇ ) according to formula (1).
  • ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇
  • the ratio of the minimum required reaction enthalpy ( ⁇ ) to the actually required reaction enthalpy ( ⁇ ) corresponds to the efficiency of the stack in relation to the upper heating value.
  • the relationship according to formula (2) applies here.
  • the current-voltage characteristics of a cell stack shift towards higher voltages due to aging effects over the life of the cell stack, ie the efficiency decreases.
  • the average integral under the efficiency ( ⁇ ⁇ , ⁇ ) over the operating time until the target operating time (( ⁇ ⁇ ) can be calculated according to formula (3).
  • R. 405022 - 5 - The optimum operating temperature for a specific operating time and operating point is therefore determined according to formula (4). Enter a formula here. As soon as the optimum operating temperature has been determined, it can be set on a respective electrolyzer.
  • the cell voltages ( ⁇ , Actual) provided according to the invention can be measured, for example, using a voltmeter.
  • a large number of curves of the condition parameters over different operating temperatures for a large number of different predetermined service lives, in particular for a predetermined operating point, are determined and shown on a display.
  • a technician can, for example, select an operating temperature that leads to a corresponding service life and set it on the corresponding electrolyzer.
  • the condition parameter mathematically maps an efficiency of the cell stack over the predetermined service life.
  • the determination of the plurality of condition parameters, the determination of the at least one course of the condition parameters, the selection of the operating temperature and the setting of the selected operating temperature are carried out repeatedly over a service life of the electrolyzer, so that the set operating temperature is dynamically adapted to a state, in particular a current state, of the electrolyzer and, for example, over R. 405022 - 6 - over time, it settles on a value or range of values.
  • the current state may differ from an earlier forecast.
  • a mathematical model is used to determine the large number of state parameters, the mathematical model being formed on the basis of operating parameters determined on the cell stack of the electrolyzer and/or a large number of cell stacks of electrolyzers.
  • a mathematical model that is formed on the basis of a respective electrolyzer or a module of an electrolyzer system is specifically optimized for the respective properties of the electrolyzer, whereas a mathematical model that is formed on the basis of many electrolyzers or modules is particularly robust against measurement tolerances and can possibly predict effects to be expected in the future, such as defects, so that maintenance work can be planned, for example.
  • the mathematical model comprises a machine learner that is trained to assign a state parameter or several state parameters to respective operating parameters of a cell stack.
  • a machine learner such as an artificial neural network, can be trained using predefined training data to automatically determine an optimal setting for an electrolyzer based on the respective measured cell voltages.
  • the mathematical model is executed locally on a computing unit of the electrolyzer.
  • a locally executed process enables the electrolyzer to be adjusted directly and automatically by itself.
  • the mathematical model is executed on a central server, the central server being communicatively connected to a plurality of electrolyzers.
  • a central server for executing the mathematical model enables central control of a plurality of electrolyzers by adapting the mathematical model.
  • the invention presented relates to an electrolyzer for providing hydrogen, the electrolyzer comprising a computing unit configured to carry out a method according to the first aspect of the invention.
  • the invention presented relates to a computing unit for adjusting a plurality of electrolyzers, the computing unit being communicatively connected to the plurality of electrolyzers and configured to carry out a method according to the first aspect of the invention and to adjust a respective selected operating temperature on a respective electrolyzer, in particular according to the second aspect of the invention.
  • a computing unit is understood to mean a computer, a processor, a control unit or any other programmable circuit.
  • the computing unit presented can be a central server that is communicatively connected to a plurality of electrolyzers or a plurality of modules of an electrolyzer.
  • the computing unit can be a control unit integrated locally in an electrolyzer.
  • the invention presented relates to a program product, wherein the program product comprises program code means that configure a computing unit to carry out a possible embodiment of the R. 405022 - 8 - when they are executed on the computing unit.
  • Figure 1 a schematic representation of a possible embodiment of the presented method for setting an electrolyzer.
  • Figure 2 an overview of several curves of condition parameters of a cell stack of an electrolyzer according to a possible embodiment of the presented method.
  • Figure 1 shows a method 100 for setting an electrolyzer.
  • the method 100 comprises a first determination step 101 in which a plurality of condition parameters of a cell stack of the electrolyzer are determined based on cell voltages determined for different operating temperatures of the cell stack at a predetermined operating point.
  • the method 100 further comprises a second determination step 103, in which at least one course of the characteristic state values is determined over various operating temperatures for a predetermined service life.
  • the method 100 further comprises a selection step 105, in which the operating temperature is selected at which the course of the characteristic state values is maximum, and a setting step 107, in which the selected operating temperature is set for operating the electrolyzer.
  • Figure 2 shows a diagram 200, which is plotted on its abscissa over an operating temperature and on its ordinate over a characteristic state value.
  • a first curve 201 corresponds to condition parameters that were determined for a lifetime of 12 years.
  • a second curve 203 corresponds to condition parameters that were determined for a lifetime of 15 years.
  • a third curve 205 corresponds to condition parameters that were determined for a lifetime of 17 years.
  • the curves 201, 203 and 205 are each marked at their maximum with a marker 207, since the condition parameter is optimal at this point, ie, an optimum of efficiency is achieved for the respective lifetime. Accordingly, an operating temperature can be selected at the point of the marked condition parameters for the respective lifetime and set on an electrolyzer.

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Abstract

Das Verfahren (100) umfasst: - Ermitteln (101) einer Vielzahl Zustandskennwerte eines Zellstapels des Elektrolyseurs anhand von für verschiedene Betriebstemperaturen des Zellstapels bei einem vorgegebenen Betriebspunkt ermittelter Zellspannungen, - Ermitteln (103) mindestens eines Verlaufs (201, 203, 205) der Zustandskennwerte über verschiedene Betriebstemperaturen bei einer vorgegebenen Lebensdauer, - Auswählen (105) der Betriebstemperatur, an der der Verlauf (201, 203, 205) der Zustandskennwerte maximal ist, - Einstellen (107) der ausgewählten Betriebstemperatur zum Betreiben des Elektrolyseurs.

Description

R. 405022 - 1 - Beschreibung Titel Verfahren zum Einstellen eines Elektrolyseurs Die vorgestellte Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einstellen eines Elektrolyseurs, einen Elektrolyseur, eine Recheneinheit und ein Computerprogrammprodukt gemäß den beigefügten Ansprüchen. Stand der Technik Elektrolyseure sind elektrochemische Energiewandler, die bspw. zum Bereitstellen von Wasserstoff verwendet werden. Ein wichtiges Kriterium bei einem Elektrolyseur ist die Gesamteffizienz über die Betriebszeit. Beim Betrieb eines Elektrolyseurs kommt es zu unterschiedlicher Degradation von Zellen in einem Zellstapel des Elektrolyseurs, abhängig von jeweilig gewählten Betriebsparametern, wie bspw. Temperatur, Stromdichte, etc. Insbesondere die Temperatur im Zellstapel hat großen Einfluss auf die Gesamteffizienz des Elektrolyseurs über dessen Betriebszeit. Dabei gilt, dass eine höhere Temperatur die Effizienz des Elektrolyseurs erhöht, während höhere Temperaturen sich gleichzeitig beschleunigend auf den Alterungsprozess des Zellstapels des Elektrolyseurs auswirken, wodurch die Effizienz des Zellstapels über dessen Lebenszeit wieder abnimmt. Entsprechend muss über die Betriebsdauer des Zellstapels ein optimaler Betriebspunkt gefunden werden, der die Effizienz und die Alterung des Zellstapels optimal aufeinander abstimmt, da beide Größen von der Betriebstemperatur abhängig sind. R. 405022 - 2 - Der Alterungsprozess eines Zellstapels ist komplex und hängt von vielen Parametern ab, wie bspw. der Betriebstemperatur, der Temperaturverteilung innerhalb des Zellstapels, des Lastprofils, jeweiligen Fertigungstoleranzen, einer elektrischen Leitfähigkeit jeweiliger Edukte, Betriebsdrücken, etc. Dadurch folgt, dass kein optimaler Betriebspunkt trivial ermittelt werden kann, der die maximale Gesamteffizienz über die Betriebszeit eines Elektrolyseurs sicherstellt. Durch den komplexen Alterungsprozess, der selbst bei identischen Betriebsbedingungen auch von Fertigungstoleranzen bestimmt ist, kann ein und derselbe Betriebspunkt für unterschiedliche Elektrolyseure bzw. unterschiedliche Module eines Elektrolyseurs mit Blick auf die Gesamteffizienz über die Betriebszeit nicht optimal gewählt werden. Offenbarung der Erfindung Im Rahmen der vorgestellten Erfindung werden ein Verfahren zum Einstellen eines Elektrolyseurs, ein Elektrolyseur, eine Recheneinheit und ein Programmprodukt vorgestellt. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Elektrolyseur bzw. der erfindungsgemäßen Recheneinheit sowie dem erfindungsgemäßen Programmprodukt und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Die vorgestellte Erfindung dient insbesondere dazu, einen Elektrolyseur über seine Lebenszeit hinweg energieeffizient zu betreiben. Es wird somit gemäß einem ersten Aspekt der vorgestellten Erfindung ein Verfahren zum Einstellen eines Elektrolyseurs vorgestellt. Das vorgestellte Verfahren umfasst das Ermitteln einer Vielzahl Zustandskennwerte eines Zellstapels des Elektrolyseurs anhand von für R. 405022 - 3 - verschiedene Betriebstemperaturen des Zellstapels bei einem vorgegebenen Betriebspunkt ermittelter Zellspannungen, das Ermitteln mindestens eines Verlaufs der Zustandskennwerte über verschiedene Betriebstemperaturen bei einer vorgegebenen Lebensdauer, das Auswählen der Betriebstemperatur, an der der Verlauf der Zustandskennwerte maximal ist und das Einstellen der ausgewählten Betriebstemperatur zum Betreiben des Elektrolyseurs. Unter einem Zustandskennwert ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Wert zu verstehen, der eine energetische Effizienz eines Zellstapels eines Elektrolyseurs insbesondere in Relation zu dessen Lebensdauer quantifiziert. Unter einer Betriebstemperatur ist im Kontext der vorgestellten Erfindung eine Temperatur zu verstehen, die im Normalbetrieb eines Elektrolyseurs in dessen Zellstapel überwiegend, d. h., bei ggf. kurzen Abweichungen, anliegt. Ein Zustandskennwert kann mathematisch mittels einer Vielzahl unterschiedlicher Berechnungsverfahren ermittelt werden. Bspw. kann der Zustandskennwert als Quotient eines oberen Heizwerts (^^^^ ) und einer Zellspannung (^^^^^) gemäß Formel (1) ermittelt werden. ^ ^ ^^^ ^^^^^ = ^^^^^ (1) Aus der Zellspannung kann die Effizienz des Stacks (^^^^^^ ) ermittelt werden, indem die minimal benötigte Reaktionsenthalpie (Δ^) zur Wasserstoff- Elektrolyse (oberer Heizwert „Higher Heating Value“ Δ^ = 285,8 kJ/mol) mithilfe der Faraday-Konstante (F ≈ 96485 C/mol) in eine Spannung (^^^^) umgerechnet wird. Das Verhältnis von minimal benötigter Rekationsenthalpie (Δ^) zur tatsächlich benötigten Reaktionsenthalpie (^^^^^) entspricht dem Wirkungsgrad des Stacks bezogen auf den oberen Heizwert. Dabei gilt der Zusammenhang gemäß Formel (2) R. 405022 - 4 - Die Strom-Spannungskennlinien eines Zellstapels verschieben sich durch Alterungseffekte über die Lebenszeit des Zellstapels in Richtung höherer Spannungen, d. h. die Effizienz verringert sich. Auf die Alterung des Zellstapels über die Zeit (t) hat u.a. die Betriebstemperatur, Temperaturverteilung innerhalb des Stacks, das Lastprofil (statisch und dynamisch), Fertigungstoleranzen, elektrische Leitfähigkeit des Wassers, Betriebsdrücke etc. einen Einfluss, so das folgendes gilt: Ausgehend von einer aktuellen Zellspannung (^^^^^,^^^^^^) kann durch Berücksichtigung des Alterungseffekts bzw. einer Annahme für den Alterungseffekt (^^^^^,^^^ ) auf die zukünftige Zellspannung (^^^^^,^^^^^^^^) geschlossen werden, sodass gilt: ^^^^^,^^^^^^(^^^^^,^^^^^,^) = ^^^^^,^^^^^^(^^^^^,^^^^^) + ^^^^^,^^^(^^^^^,^) und Nun gilt es, eine Betriebstemperatur zu bestimmen, die in Abhängigkeit des Betriebspunkts und der gewünschten Betriebszeit einen optimalen Ausgleich zwischen (temporären) Effizienzgewinn durch eine höhere Temperatur und der erhöhten Alterungsgeschwindigkeit findet. Dafür kann bspw. für einen vorgegebenen Betriebspunkt (^^^^^) und unterschiedliche Betriebstemperaturen (^^^^^^) das durchschnittliche Integral unter der Effizienz (^^^^^^,^^^^^^^^ ) über die Betriebszeit bis zur Zielbetriebszeit ((^^^^^^^ ) gemäß Formel (3) berechnet werden. R. 405022 - 5 - Die optimale Betriebstemperatur ergibt sich für eine bestimmte Betriebszeit und Betriebspunkt also gemäß Formel (4) Geben Sie hier eine Formel ein. Sobald die optimale Betriebstemperatur ermittelt ist, kann diese an einem jeweiligen Elektrolyseur eingestellt werden. Die erfindungsgemäß vorgesehenen Zellspannungen (^^^^^, Actual) können bspw. mittels eines Spannungsmessgeräts gemessen werden. Es kann vorgesehen sein, dass eine Vielzahl Verläufe der Zustandskennwerte über verschiedene Betriebstemperaturen für eine Vielzahl unterschiedlicher vorgegebener Lebensdauern, insbesondere für einen vorgegebenen Betriebspunkt, ermittelt und auf einer Anzeige dargestellt werden. Durch Darstellung einer Vielzahl Verläufe von Zustandskennwerten, die über verschiedene Betriebstemperaturen für eine Vielzahl unterschiedlicher vorgegebener Lebensdauern ermittelt wurden, kann bspw. ein Techniker, eine Betriebstemperatur, die zu einer entsprechenden Lebensdauer führt, auswählen und an dem entsprechenden Elektrolyseur einstellen. Es kann vorgesehen sein, dass der Zustandskennwert eine Effizienz des Zellstapels über die vorgegebene Lebensdauer mathematisch abbildet. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das Ermitteln der Vielzahl Zustandskennwerte, das Ermitteln des mindestens einen Verlaufs der Zustandskennwerte, das Auswählen der Betriebstemperatur und das Einstellen der ausgewählten Betriebstemperatur mehrfach wiederholt über eine Lebensdauer des Elektrolyseurs hinweg durchgeführt werden, sodass die eingestellte Betriebstemperatur dynamisch an einen Zustand, insbesondere einen aktuellen Zustand, des Elektrolyseurs angepasst wird und sich bspw. über R. 405022 - 6 - die Zeit hinweg auf einen Wert bzw. Wertebereich einschwingt. Dabei kann sich der aktuelle Zustand ggf. von einer früheren Prognose unterscheiden. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass zum Ermitteln der Vielzahl Zustandskennwerte ein mathematisches Modell verwendet wird, wobei das mathematische Modell anhand von an dem Zellstapel des Elektrolyseurs und/oder einer Vielzahl Zellstapeln von Elektrolyseuren ermittelter Betriebsparameter gebildet wird. Ein mathematisches Modell, das anhand von einem jeweiligen Elektrolyseur bzw. einem Modul einer Elektrolyseuranlage gebildet wird, ist spezifisch auf jeweilige Eigenschaften des Elektrolyseurs optimiert, wohingegen ein mathematisches Modell, das anhand vieler Elektrolyseure bzw. Module gebildet wird, besonders robust gegenüber Messtoleranzen ist und ggf. in der Zukunft zu erwartende Effekte, wie bspw. Defekte vorhersagen kann, sodass bspw. Wartungsarbeiten geplant werden können. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das mathematische Modell einen maschinellen Lerner umfasst, der dazu trainiert ist, jeweiligen Betriebsparametern eines Zellstapels einen Zustandskennwert bzw. mehrere Zustandskennwerte zuzuordnen. Ein maschineller Lerner, wie bspw. ein künstliches neuronales Netzwerk, kann anhand von vorgegebenen Trainingsdaten dazu trainiert werden, eine optimale Einstellung eines Elektrolyseurs anhand jeweiliger gemessener Zellspannungen automatisch zu ermitteln. Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das mathematische Modell lokal auf einer Recheneinheit des Elektrolyseurs ausgeführt wird. Ein lokal ausgeführtes Verfahren ermöglicht eine direkte und automatische Einstellung des Elektrolyseurs durch sich selbst. R. 405022 - 7 - Es kann weiterhin vorgesehen sein, dass das mathematische Modell auf einem zentralen Server ausgeführt wird, wobei der zentrale Server mit einer Vielzahl Elektrolyseure kommunikativ verbunden ist. Ein zentraler Server zum Ausführen des mathematischen Modells ermöglicht eine zentrale Kontrolle einer Vielzahl Elektrolyseure durch Anpassung des mathematischen Modells. Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung einen Elektrolyseur zum Bereitstellen von Wasserstoff, wobei der Elektrolyseur eine Recheneinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen. Sämtliche Vorteile, die zu dem Verfahren zum Einstellen eines Elektrolyseurs gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufgeführt sind, gelten ebenso für den Elektrolyseur gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung. Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung eine Recheneinheit zum Einstellen einer Vielzahl Elektrolyseure, wobei die Recheneinheit mit der Vielzahl Elektrolyseure kommunikativ verbunden und dazu konfiguriert ist, ein Verfahren gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung auszuführen und eine jeweilige ausgewählte Betriebstemperatur an einem jeweiligen Elektrolyseur, insbesondere gemäß dem zweiten Aspekt Erfindung, einzustellen. Unter einer Recheneinheit ist im Kontext der vorgestellten Erfindung ein Computer, ein Prozessor, ein Steuergerät oder jeder weitere programmierbare Schaltkreis zu verstehen. Insbesondere kann die vorgestellte Recheneinheit ein zentraler Server sein, der mit einer Vielzahl Elektrolyseure bzw. einer Vielzahl Module eines Elektrolyseurs kommunikativ verbunden ist. Alternativ kann die Recheneinheit in lokal in einen Elektrolyseur integriertes Steuergerät sein. Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die vorgestellte Erfindung ein Programmprodukt, wobei das Programmprodukt Programmcodemittel umfasst, die eine Recheneinheit dazu konfigurieren, eine mögliche Ausgestaltung des R. 405022 - 8 - vorgestellten Verfahrens auszuführen, wenn diese auf der Recheneinheit ausgeführt werden. Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens zum Einstellen eines Elektrolyseurs. Figur 2 eine Übersicht über mehrere Verläufe von Zustandskennwerten eines Zellstapels eines Elektrolyseurs gemäß einer möglichen Ausgestaltung des vorgestellten Verfahrens. In Figur 1 ist ein Verfahren 100 zum Einstellen eines Elektrolyseurs dargestellt. Das Verfahren 100 umfasst einen ersten Ermittlungsschritt 101, bei dem eine Vielzahl Zustandskennwerte eines Zellstapels des Elektrolyseurs anhand von für verschiedene Betriebstemperaturen des Zellstapels bei einem vorgegebenen Betriebspunkt ermittelter Zellspannungen ermittelt werden. Weiterhin umfasst das Verfahren 100 einen zweiten Ermittlungsschritt 103, bei dem mindestens ein Verlauf der Zustandskennwerte über verschiedene Betriebstemperaturen bei einer vorgegebenen Lebensdauer ermittelt werden. Weiterhin umfasst das Verfahren 100 einen Auswahlschritt 105, bei dem die Betriebstemperatur ausgewählt wird, an der der Verlauf der Zustandskennwerte maximal ist, und einen Einstellungsschritt 107, bei dem die ausgewählte Betriebstemperatur zum Betreiben des Elektrolyseurs eingestellt wird. In Figur 2 ist ein Diagramm 200 dargestellt, das sich auf seiner Abszisse über eine Betriebstemperatur und auf seiner Ordinate über einen Zustandskennwert R. 405022 - 9 - eines Zellstapels eines Elektrolyseurs in Form einer durchschnittlichen Energieeffizienz über die Lebenszeit in [%] aufspannt. Ein erster Verlauf 201 entspricht Zustandskennwerten, die für eine Lebenszeit von 12 Jahren ermittelt wurden. Ein zweiter Verlauf 203 entspricht Zustandskennwerten, die für eine Lebenszeit von 15 Jahren ermittelt wurden. Ein dritter Verlauf 205 entspricht Zustandskennwerten, die für eine Lebenszeit von 17 Jahren ermittelt wurden. Die Verläufe 201, 203 und 205 sind jeweils an ihrem Maximum mit einem Markierer 207 markiert, da an dieser Stelle der Zustandskennwert optimal ist, d. h., ein Optimum an Effizienz für die jeweilige Lebenszeit erreicht. Entsprechend kann eine Betriebstemperatur an der Stelle der markierten Zustandskennwerte für die jeweilige Lebenszeit ausgewählt und an einem Elektrolyseur eingestellt werden.

Claims

R. 405022 - 10 - Ansprüche 1. Verfahren (100) zum Einstellen eines Elektrolyseurs, wobei das Verfahren (100) umfasst: - Ermitteln (101) einer Vielzahl Zustandskennwerte eines Zellstapels des Elektrolyseurs anhand von für verschiedene Betriebstemperaturen des Zellstapels bei einem vorgegebenen Betriebspunkt ermittelter Zellspannungen, - Ermitteln (103) mindestens eines Verlaufs (201, 203, 205) der Zustandskennwerte über verschiedene Betriebstemperaturen bei einer vorgegebenen Lebensdauer, - Auswählen (105) der Betriebstemperatur, an der der Verlauf (201, 203, 205) der Zustandskennwerte maximal ist, - Einstellen (107) der ausgewählten Betriebstemperatur zum Betreiben des Elektrolyseurs. 2. Verfahren (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl Verläufe (201, 203, 205) der Zustandskennwerte über verschiedene Betriebstemperaturen für eine Vielzahl unterschiedlicher vorgegebener Lebensdauern ermittelt und auf einer Anzeige dargestellt werden. 3. Verfahren (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zustandskennwert eine Effizienz des Zellstapels über die vorgegebene Lebensdauer mathematisch abbildet. R. 405022 - 11 - 4. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln der Vielzahl Zustandskennwerte, das Ermitteln des mindestens einen Verlauf (201, 203, 205) der Zustandskennwerte, das Auswählen der Betriebstemperatur und das Einstellen der ausgewählten Betriebstemperatur mehrfach wiederholt über eine Lebensdauer des Elektrolyseurs hinweg durchgeführt werden. 5. Verfahren (100) nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln der Vielzahl Zustandskennwerte ein mathematisches Modell verwendet wird, wobei das mathematische Modell anhand von an dem Zellstapel des Elektrolyseurs und/oder einer Vielzahl Zellstapeln von Elektrolyseuren ermittelter Betriebsparameter gebildet wird. 6. Verfahren (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell einen maschinellen Lerner umfasst, der dazu trainiert ist, jeweiligen Betriebsparametern eines Zellstapels einen Zustandskennwert zuzuordnen. 7. Verfahren (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell lokal auf einer Recheneinheit des Elektrolyseurs ausgeführt wird. 8. Verfahren (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mathematische Modell auf einem zentralen Server ausgeführt wird, wobei der zentrale Server mit einer Vielzahl Elektrolyseure kommunikativ verbunden ist. R. 405022 - 12 - 9. Elektrolyseur zum Bereitstellen von Wasserstoff, wobei der Elektrolyseur eine Recheneinheit umfasst, die dazu konfiguriert ist, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen. 10. Recheneinheit zum Einstellen einer Vielzahl Elektrolyseure, wobei die Recheneinheit mit der Vielzahl Elektrolyseure kommunikativ verbunden und dazu konfiguriert ist, ein Verfahren (100) nach Anspruch 8 auszuführen und eine jeweilige ausgewählte Betriebstemperatur an einem jeweiligen Elektrolyseur einzustellen. 11. Programmprodukt, wobei das Programmprodukt Programmcodemittel umfasst, die eine Recheneinheit dazu konfigurieren, ein Verfahren (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 auszuführen, wenn diese auf der Recheneinheit ausgeführt werden.
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