EP4670244A1 - Hybride elektrolyseanlage, elektrolysesystem und verfahren zur leistungsregelung einer hybriden elektrolyseanlage - Google Patents

Hybride elektrolyseanlage, elektrolysesystem und verfahren zur leistungsregelung einer hybriden elektrolyseanlage

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Publication number
EP4670244A1
EP4670244A1 EP24716811.5A EP24716811A EP4670244A1 EP 4670244 A1 EP4670244 A1 EP 4670244A1 EP 24716811 A EP24716811 A EP 24716811A EP 4670244 A1 EP4670244 A1 EP 4670244A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
power
electrolysis
electrolyzer
alkaline
rectifier
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
EP24716811.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Marvin Bendig
Fisnik LOKU
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.)
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Original Assignee
Siemens Energy Global GmbH and Co KG
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 Siemens Energy Global GmbH and Co KG filed Critical Siemens Energy Global GmbH and Co KG
Publication of EP4670244A1 publication Critical patent/EP4670244A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J15/00—Systems for storing electric energy specially adapted for power networks
    • H02J15/50—Systems for storing electric energy specially adapted for power networks using stored hydrogen
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J3/00—Circuit arrangements for AC mains or AC distribution networks
    • H02J3/28—Arrangements for balancing of the load in networks by storage of energy
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to a hybrid electrolysis plant, an electrolysis system comprising the electrolysis plant and a method for controlling the power of the hybrid electrolysis plant.
  • REPLACEMENT BLADE In acids, the hydrogen produced is usually produced in a two-phase stream with circulating water, from which it must first be separated before it can be used further.
  • Another type of electrolysis of water is alkaline electrolysis, in which, for example, potassium hydroxide KOH is fed to the electrolyzer as a reactant in a concentrated aqueous solution.
  • High-temperature and high-pressure electrolysis are also known.
  • Mixed forms of electrolysis are also known, such as anion-exchange membrane electrolysis, also known as AEM electrolysis for short.
  • Electrolysis is a widely known electrochemical method in which a direct electrical current (DC) is used to drive an otherwise non-spontaneous chemical reaction. Electrolysis has recently received increased attention as a technological approach in the fight against climate change because it can be used in so-called "Power-to-X" processes. In this process, a supply medium as a reactant, e.g. water or CO2, is usually converted into chemical energy by electrolysis using renewable electrical energy.
  • a supply medium as a reactant e.g. water or CO2
  • the electrolysis products as valuable materials that contain this energy are diverse and range, for example, from from hydrogen H 2 with 0 2 as a by-product through hydrocarbons such as methane CH 4 (also known as "synthetic natural gas” SNG or synthetic LNG in liquid form), ethylene C 2 H 4 or ethanol C 2 H 5 OH to ammonia NH 3 or carbon monoxide CO.
  • hydrocarbons such as methane CH 4 (also known as "synthetic natural gas” SNG or synthetic LNG in liquid form), ethylene C 2 H 4 or ethanol C 2 H 5 OH to ammonia NH 3 or carbon monoxide CO.
  • the electrolysis process must be supplied with a predictable and as constant or even as possible power consumption, while the generation of renewable energy is known to provide a fluctuating output for various reasons.
  • the amount of energy generated depends on the weather conditions or the position of the sun, for example when the electrolysis power from a wind turbine or a photovoltaic system.
  • the amount of energy generated depends on both the current time of year and the course of the day.
  • they In order to protect electrolysis cells from damage caused by fluctuations in the input power, they must be operated in such a way that there is as little energy shortage as possible during operation. To do this, the electricity generated cannot be used up completely, but must be discarded in parts. For example, if there is a surplus on the generator side, the wind turbine is throttled down. This control intervention on the generator side is known as "wind curtailment" in a wind turbine.
  • the object of the present invention is to improve the efficiency of the electrolysis process with regard to a fluctuating supply of electrical power for the electrolysis, in particular when operating in an island network.
  • This object is achieved according to the invention by a method for controlling the power of a hybrid electrolysis system connected to a supply line, which has an alkaline electrolyzer and a PEM electrolyzer connected to the supply line in parallel to the alkaline electrolyzer, wherein an electrical input power is fed into the supply line and an electrical consumption power is taken from the supply line by the hybrid electrolysis system, wherein a balance between the input power and the consumption power is monitored, and wherein in the event of an imbalance the consumption power is adapted to the input power, wherein a first consumption power of the alkaline electrolyzer and/or a second consumption power of the PEM electrolyzer is controlled, wherein a first temporal power change rate is applied when controlling the alkaline electrolyzer and a second temporal power change rate is applied to the PEM electrolyzer. Furthermore, this task is solved by a hybrid electrolysis plant and an electrolysis system.
  • the invention is based on the knowledge that electrolysis systems are particularly suitable for the production of green hydrogen.
  • the two technologies available on the market are alkaline electrolysis and proton exchange membrane electrolysis, also known as PEM electrolysis for short.
  • the two electrolysis systems and the electrolyzers required for them differ significantly in terms of their costs and the possible operating dynamics when load changes.
  • alkaline electrolyzers which have been available on the market for some time, are more cost-effective, the power consumption of the electrolysis direct current in alkaline electrolyzers can only be changed very slowly.
  • the alkaline systems are therefore only suitable to a limited extent for being directly coupled to volatile generation systems, e.g. wind farms, PV parks, etc., as they cannot follow the power profile of the generation quickly enough.
  • PEM electrolysis on the other hand, can be controlled much more dynamically and is therefore better suited for use in combination with volatile generators. However, these advantages come at the cost of higher costs for PEM electrolysis.
  • the invention now meets the technical challenges of controlling the hybrid electrolysis plant in such a way that the load distribution between the electrolysis systems is carried out in such a way that the PEM electrolysis follows rapid changes and the alkaline electrolysis in a is operated or remains in a load range that is as constant as possible. Since the profile of the energy fed in can only be predicted to a limited extent, the control adjustment of the power control takes place at the level of the individual systems "in situ", i.e. during operation, without any knowledge of the future load profile or at least a foreseeable high level of forecast uncertainty.
  • the electrolysis process which is individually controlled in this way, for example via the respective mains rectifiers for alkaline electrolysis and for PEM electrolysis, is advantageously designed as a hybrid combination of alkaline electrolysis and PEM electrolysis.
  • an imbalance between the consumption power and the input power is continuously monitored and imbalances are compensated. chen, whereby a respective adapted load control is carried out for the alkaline electrolyzer and the PEM electrolyzer.
  • the input power on the supply line is provided as AC input power or as a DC supply line.
  • the supply line is then designed as a central AC supply line or accordingly as a DC supply line, so that operation in an AC network or a DC network is possible flexibly.
  • a power control that uses a physical quantity that represents a power imbalance at the grid connection point of the hybrid electrolysis plant as the control input quantity and continuously monitors this quantity.
  • this is preferably the grid frequency of the AG grid; in direct voltage networks, it is the direct voltage. If there is an imbalance between the fed-in input power and the consumed power, this control input quantity changes.
  • the grid frequency can increase if the input power is greater than the consumed power. In a direct voltage network, the grid voltage would increase in this case.
  • the first power consumption and the second power consumption are then increased accordingly, for example.
  • the power control is implemented in such a way that the alkaline electrolyzer and the PEM electrolyzer have predetermined and adjustable power change rates during transient operation, which differ greatly from one another.
  • the second power consumption for the PEM electrolyzer is preferably changed much more quickly than the first power change rate for the alkaline electrolyzer.
  • the alkaline electrolyzer is adjusted and adjusted to a new operating point, so that an adjusted, e.g. increased, base load reduction is advantageously achieved by the alkaline electrolyzer.
  • This approach allows alkaline and PEM systems to be combined and operated in a hybrid electrolysis plant without directly coupling the respective performance control. Such a control concept can therefore also be easily expanded by connecting additional electrolyzers.
  • control concept allows fluctuations in the input power, i.e. those caused by the generator side, to be distributed in a targeted manner across the electrolysis system between the alkaline electrolyzer and the PEM electrolyzer by means of appropriate current supply.
  • fluctuations and imbalances in the power balance can be significantly reduced or buffered depending on the respective specified first and second power change rates.
  • This enables a corresponding hybrid electrolysis system to use the generated volatile renewable input power almost completely for electrolysis purposes despite fluctuations occurring, so that the efficiency with regard to the volatile renewable energy that can be used for electrolysis purposes is increased.
  • the first power consumption is taken via a first rectifier and supplied as direct current power to the alkaline electro- lyser and the second power consumption is taken via a second rectifier and fed to the PEM electrolyser.
  • controllable and adjustable rectifiers are used as the first and second rectifiers, so that individual regulation and control of the first power consumption and the second power consumption can be carried out at the respective network connection point of the electrolyzers.
  • a phase control can be implemented for the power control in the rectifiers. This advantageously makes it possible to connect and flexibly adapt the power control to a supply line designed as an AG network via an independent rectifier control for the alkaline electrolyzer and the PEM electrolyzer.
  • the second power change rate of the second rectifier is preferably set greater than the first power change rate of the first rectifier.
  • both rectifiers - the first rectifier of the alkaline electrolyzer and the second rectifier of the PEM electrolyzer adjust and track the respective power consumption with a specific power change rate using rectifier control alone. Due to the intended differences in the respective specified power change rate, in the event of an imbalance the second power consumption of the second rectifier in the PEM electrolyzer is changed much more quickly than is done via the first rectifier in the alkaline electrolyzer. By limiting the change rates in this way, volatile components are automatically taken up primarily by the PEM system by the power control, while the alkaline system hardly reacts to short power changes.
  • the second power change rate be at least 20 times higher. preferably at least 40 times and particularly preferably at least 60 times higher than the first power change rate.
  • the first power change rate is set in a value range of 5% to 15% per minute with respect to the nominal power of the alkaline electrolyzer.
  • a value range of 7% to 13% per minute with respect to the nominal power of the alkaline electrolyzer can be set or passed through for a transient.
  • the nominal power is the highest peak electrical power as the maximum power consumption that can be provided for the continuous operation of the corresponding electrolyzer.
  • This load profile for power control and in transient operation is adapted to alkaline electrolysis cells, as installed in large numbers in an alkaline electrolysis plant. Such electrolysis cells with this load profile are frequently used because they are inexpensive to manufacture and offer good base load capabilities.
  • the second power change rate is set in a value range of 5% to 15% per second with respect to the nominal power of the PEM electrolyzer.
  • a value range of 7% to 13% per second with respect to the nominal power of the PEM electrolyzer can be set or run through for a transient.
  • this load profile can be realized by means of an electrolyzer with an electrolysis cell with a proton exchange membrane or an anion exchange membrane.
  • the electrolysis electrodes of the electrolysis cells mentioned are deposited directly on the conductive membrane.
  • the proton or anion exchange membrane enables a very rapid adjustment of a production rate and thus an adjustment of the second take-off power to a change in the input power.
  • the excess electrical energy is stored in an energy storage device connected to the supply line.
  • a short-term grid storage system can be provided as an energy storage system, for example designed as an energy storage system based on supercapacitors or on a flywheel storage system.
  • the energy storage system can then, if required, absorb such high power changes, i.e. very steep, short-term transients or peak loads, for which even the load change dynamics of a PEM electrolyzer are too slow.
  • the method preferably proposes that energy stored in the energy storage device is taken and fed into the supply line as electrical power.
  • the power control of the hybrid electrolysis plant is carried out in such a way that the alkaline electrolyzer is operated at the highest possible first power consumption of at least 70%, preferably more than 80%, of its nominal power.
  • the primary control objective is to ensure that the alkaline electrolyzer is fully utilized in order to achieve the highest and most stable base load or base load possible as the operating point of the electrolysis plant, and the first power consumption is implemented accordingly in the power control. Longer-term and quasi-stationary input power is therefore primarily fed to the alkaline electrolyzer for electrolysis, which is supplied with power via the adjustable and controllable first rectifier.
  • This primary control premise implemented in the power control prevents practically all excess input power from always being absorbed by the PEM electrolyzer and/or the energy storage unit.
  • additional, higher-level control loops are preferably implemented in the power control.
  • An energy storage unit as described above should therefore practically always be empty in the long term, while the alkaline electrolyzer is operated in a quasi-stationary manner with the highest possible initial consumption power and high base load.
  • These higher-level control objectives mean that the electrolysis plant can be operated with a higher level of efficiency overall and can be used, for example, for increased hydrogen production. Changes in power can be efficiently followed up and absorbed in this way.
  • the method can preferably provide for the power control to be carried out in such a way that forecast data for the input power are regularly used and a respective target value is specified based on the forecast data for the first power consumption and the second power consumption.
  • One advantageous way to implement power control is to use available wind forecast data or other weather data at regular intervals - approximately every 15 minutes - and, based on a resulting forecast of the input power, to set the first power consumption and the second power consumption as target power or setpoint power of the alkaline electrolyzer or the PEM electrolyzer according to a predetermined distribution.
  • the forecast data is updated regularly and the electrolysis plant is adjusted accordingly.
  • a further aspect of the invention relates to a hybrid electrolysis plant for carrying out the process according to the invention.
  • the hybrid electrolysis plant comprises an alkaline electrolyzer and a PEM electrolyzer as well as a control device which is designed to carry out the method for power control.
  • the hybrid electrolysis system comprises an electrolysis cell with a cell structure for alkaline electrolysis and an electrolysis cell with a cell structure for a PEM electrolyzer.
  • the hybrid electrolysis system preferably comprises several electrolysis cells of each of the two types, which can be stacked to form a respective electrolysis module.
  • An alkaline electrolyzer or a PEM electrolyzer can have several electrolysis modules connected in series.
  • the electrolysis cells are each set up in such a way that they generate an electrolysis product from a supply medium by means of supplied electrical energy.
  • the electrolysis cells preferably convert the supply medium water into H 2 and 0 2.
  • a rectifier control is implemented in the control device so that a respective power control of the first rectifier and the second rectifier can be carried out.
  • the power control and load distribution is implemented individually and independently via the rectifier system with the first rectifier and the second rectifier in the hybrid electrolysis plant by means of a controllable rectifier.
  • the first rectifier and the second rectifier can be controlled individually and independently in such a way that the first power consumption and the second power consumption can be adjusted as direct current power at the output of the respective rectifier.
  • a phase control can advantageously be provided for adjusting the power consumption and the individual current supply. For example, in a thyristor-based rectifier the ignition pulse of the thyristors can be controlled via a control pulse.
  • the concept of power control and distribution of power between the first rectifier and the second rectifier is not limited to a specific type of circuit implementation of the rectification.
  • the hybrid electrolysis plant is provided with an energy storage device designed as a short-term grid storage device, which in particular has a supercapacitor or a flywheel storage device.
  • the energy storage system can be activated in the event of large changes in power and can absorb those load peaks for which the dynamics of the PEM electrolysis are too slow.
  • the energy stored in the energy storage system is to be fed back promptly so that the power consumption and power output of the hybrid electrolysis system can be kept in balance even in the event of a transient change in the input power on the generator side.
  • the electrolysis system according to the invention comprises a hybrid electrolysis plant according to the invention.
  • the electrolysis system comprises a renewable energy plant that generates electrical energy that is supplied as input power for operating the electrolysis device and fed into the utility line.
  • This renewable energy plant can be a photovoltaic plant, a solar thermal power plant and/or a wind turbine.
  • the photovoltaic assembly is constructed as a photovoltaic plant consisting of a plurality of photovoltaic modules, each having several photovoltaic cells. This enables the use of an autonomous system, a so-called island grid, which can be installed in regions with little or no infrastructure.
  • the electrolysis system is therefore preferably designed such that the hybrid electrolysis plant is connected to the renewable energy plant via a supply line designed as a central AC line, whereby an island network is formed.
  • FIG an electrolysis system with a renewable energy plant and with a hybrid electrolysis plant.
  • FIG shows a schematic representation of an electrolysis system 10 with a renewable energy system 15 and with a hybrid electrolysis system 1.
  • the renewable energy system 15 has a wind energy system 15A and a photovoltaic system 15B, so that during operation an electrical input power P E obtained from renewable energy generation - in the present embodiment as an alternating current power - can be fed into the supply line 3.
  • the hybrid electrolysis system 1 comprises an alkaline electrolyzer 5 and a PEM electrolyzer 7, wherein the electrolyzers 5, 7 are each connected to the central supply line 3 at separate network connection points. This provides an alternating current-based island network.
  • the alkaline electrolyzer 5 is connected to the supply line 3 via a first rectifier 9A and the PEM electrolyzer 7 via a second rectifier 9B, so that a parallel connection is realized.
  • a respective rectifier 9A, 9B supplies a respective electrolyzer 5, 7 with a regulated direct current for the electrolysis.
  • An energy storage device 11 is additionally connected to the supply line 3 at a separate network connection point via a further rectifier 9.
  • the alkaline electrolyzer 5 has a number of alkaline electrolysis modules 17 connected in series, each with a plurality of alkaline electrolysis cells.
  • the PEM electrolyzer 7 comprises a number of electrolysis modules 19 connected in series, each with a Large number of PEM electrolysis cells. Due to its modularity, the hybrid electrolysis storage 1 is scalable and designed for large power consumption P A and can be expanded accordingly.
  • a control device 13 which is designed to regulate and distribute the fed-in input power P E in order to achieve as much balance as possible with the consumption power P A of the hybrid electrolysis plant 1.
  • a specific load control of the consumers involved is implemented in the control device 13, which includes the alkaline electrolyzer 5, the PEM electrolyzer 7 and the energy storage device 11 and individually controls their load over time.
  • the control device 13 supplies a respective control signal Si, S 2 , S at its output, which in each case acts on the assigned rectifier 9A, 9B, 9.
  • the first rectifier 9A is controlled via the control signal Si, so that a first power consumption P 2 specified by the control device 13 is decoupled from the supply line 3 and fed to the alkaline electrolyzer 5 as direct current power.
  • the second rectifier 9B is correspondingly controlled via the control signal S 2 , so that a second power consumption P 2 specified by the control device 13 is decoupled from the supply line 3 and fed to the PEM electrolyzer 7 as direct current power.
  • electrical energy can be temporarily stored in the energy storage device 11 with a storage line P s and, if required, stored again in the supply line 3.
  • the rectifier 9 is set up for bidirectional operation and connected to the grid connection point.
  • an electrical input power P E is fed into the supply line 3 and an electrical consumption power P A is taken from the supply line 3 by the hybrid electrolysis system 1.
  • a Equilibrium between the input power P E and the power consumption P A is monitored, wherein in the event of an imbalance the power consumption P A is adapted to the input power P E , wherein a first power consumption P 2 of the alkaline electrolyzer 5 and/or a second power consumption P 2 of the PEM electrolyzer 7 is regulated.
  • the alkaline electrolyzer 5 is regulated using a first temporal power change rate Ri, and a second temporal power change rate R 2 is applied to the PEM electrolyzer 7.
  • the temporal power change rate R 2 is many times greater than the temporal change rate R 2 , typically in the range of a factor of 20 to 60. This results in adapted load control, in which the power consumption P 2 for the alkaline electrolyzer 5 is changed and adjusted more slowly over time, while for the PEM electrolyzer 7 the power consumption P 2 is changed much more quickly and the PEM electrolyzer 7 can therefore be moved to a changed operating point in a timely manner.
  • the diagrams shown in the FIG for the respective rectifier 9A, 9B, 9 show the power P over time t.
  • the qualitative course of the volatile input power P E and the respective temporal course of the regulated power consumption P 2 , P 2 , P s are shown in accordance with the rectifier control implemented in the control device 13. Over time, the control device 13 causes specifically different transients in the input power P 2 , P 2 and the storage power P s , so that an equilibrium between input power P E and output power P A is maintained or achieved again.
  • the first power consumption P 2 and the second power consumption P 2 are increased for both rectifiers 9A, 9B.
  • the value ranges for the power change rates R 2 , R 2 implemented in the power control of the control device 13 result from the respective derivative dP 2 ( t ) /dt or dP 2 ( t ) /dt - i.e. the change in the respective power consumption P 2 , P 2 per Time or a so-called power transient.
  • the set and permissible value ranges for the power change rates Ri, R 2 as a systemic reaction to a changed input power P E differ considerably - by one to two orders of magnitude - for the alkaline electrolyzer 3 and for the PEM electrolyzer 7.
  • the adaptation and control of the power consumption P 2 , P 2 takes place via the respective control of the first rectifier 9A and the second rectifier 9B.
  • the control device 13 controls the second rectifier 9B of the PEM electrolyzer 7 in such a way that the second power consumption P 2 is changed and adjusted much more quickly, even in the matter of seconds, than the first power consumption P 2 of the first rectifier 9A, which supplies the alkaline electrolyzer 5 with direct current power.
  • the control device 13 controls the second rectifier 9B of the PEM electrolyzer 7 in such a way that the second power consumption P 2 is changed and adjusted much more quickly, even in the matter of seconds, than the first power consumption P 2 of the first rectifier 9A, which supplies the alkaline electrolyzer 5 with direct current power.
  • the alkaline electrolyzer 5 is also adjusted and tracked here, so that the alkaline electrolyzer 7 dynamically adjusts to a base load consumption.
  • This approach allows the alkaline electrolyzer 5 and the PEM electrolyzer 7 to be advantageously combined in the electrolysis system 10 without directly coupling the respective control of the electrolyzers 5, 7.
  • Such an electrolysis system 10 is therefore also easily expandable with regard to a large input line and can be scaled accordingly in an electrolysis plant 1.
  • This load control enables the alkaline electrolyzer 5 to be operated as continuously and quasi-stationary as possible at the highest possible first consumption power P 2 of more than 70% of its nominal power, for example 85%.
  • PEM electrolyzer 7 is operated more dynamically during transients because PEM electrolyzer 7 is better designed to react to short-term load changes.
  • it is intended to operate PEM electrolyzer 7 on average over time in partial load operation, for example at an average partial load of 40% to 60% or a high partial load between 60% and 75% of its nominal load.
  • Appropriate operating control for PEM electrolyzer 7 is implemented in control device 13 so that a control signal S 2 can be output for second rectifier 9B to supply direct current to PEM electrolyzer 7.
  • the control device 13 is upgraded for power control in such a way that forecast data for the input power P E can be regularly used and read in, so that based on the forecast data for the first power consumption P 2 and the second power consumption P 2 a respective target value is determined and corresponding control signals S 2 , S 2 for the rectifiers 9A, 9B of the electrolyzers 5 , 7 and, if required, the rectifier 9 for the operation of the energy storage device P s .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Leistungsregelung einer an eine Versorgungsleitung (3) angeschlossenen hybriden Elektrolyseanlage (1), die einen alkalischen Elektrolyseur (5) und einen parallel zu dem alkalischen Elektrolyseur (5) an die Versorgungsleitung (3) angeschlossenen PEM- Elektrolyseur (7) aufweist. Dabei wird eine elektrische Eingangsleistung (PE) in die Versorgungsleitung (3) eingespeist und eine elektrische Abnahmeleistung (PA) von der hybriden Elektrolyseanlage (1) aus der Versorgungsleitung (3) abgenommen wird, wobei ein Gleichgewicht zwischen der Eingangsleistung (PE) und der Abnahmeleistung (PA) überwacht wird. Bei einem Ungleichgewicht wird die Abnahmeleistung (PA) an die Eingangsleistung (PE) angepasst, wobei eine erste Abnahmeleistung (P1) des alkalischen Elektrolyseurs (5) und/oder eine zweite Abnahmeleistung (P2) des PEM-Elektrolyseurs (7) geregelt wird, wobei bei der Regelung des alkalischen Elektrolyseurs (5) eine erste zeitliche Leistungsänderungsrate (R1) und bei dem PEM-Elektrolyseur (7) eine zweite zeitliche Leistungsänderungsrate (R2) angewendet wird. Die Erfindung betrifft weiterhin eine hybride Elektrolyseanlage (1) mit einem alkalischen Elektrolyseur (3) und mit einem PEM-Elektrolyseur (5) sowie ein Elektrolysesystem (10)

Description

Beschreibung
Hybride Elektrolyseanlage , Elektrolysesystem und Verfahren zur Leistungsregelung einer hybriden Elektrolyseanlage
Die vorliegende Erfindung betri f ft eine hybride Elektrolyseanlage , ein Elektrolysesystem, das die Elektrolyseanlage umfasst sowie ein Verfahren zur Leistungsregelung der hybriden Elektrolyseanlage .
Zurzeit gibt es - getrieben durch den Klimawandel - erhebliche Bestrebungen einen möglichst hohen Anteil des Gesamtenergiebedarfs der Gesellschaft aus regenerativen Energiequellen zu decken . So hat sich die Bundesregierung der Bundesrepublik Deutschland 2010 auf ein Energiekonzept geeinigt , das bis 2050 u . a . einen Anteil der regenerativen Energien von 80 % am Bruttostromverbrauch vorsieht . 2017 betrug dieser Anteil 36 % . Mit 24 , 2 % wurde ein Großteil davon von Windkraftanlagen an Land und See sowie Photovoltaikanlagen erzeugt . Allerdings unterliegen gerade Windkraft- und Photovoltaikanlagen stark den Witterungsbedingungen, bzw . tages- und j ahres zeitabhängigen Schwankungen der Sonneneinstrahlung . So richtet sich die Stromerzeugung dieser Anlagen nicht nach aktuellem Bedarf , sondern nach den aktuellen Umgebungsbedingungen . Daraus ergibt sich die Notwendigkeit von Energiespeichertechnologien, um diese Unterschiede zu kompensieren .
Die elektrochemische Erzeugung von Wasserstof f aus Wasser stellt eine solche Speichertechnologie dar, denn auf diesem Wege kann nicht verwertbare elektrische Energie , z . B . aus temporärer Überproduktion, in Wasserstof f chemisch gebunden, gelagert , transportiert und andernorts wieder nutzbar freigesetzt werden . Daher wurden die Forschungsaktivitäten unter anderem an Elektrolyseuren für die Wasserelektrolyse zu diesem Zweck intensiviert . Ein möglicher Technologiepfad der Wasserelektrolyse besteht beispielsweise in der PEM-Elektro- lyse ( PEM : „polymer electrolyte membrane" , auch „proton exchange membrane" ) von Wasser . In solchen PEM-Elektroly-
ERSATZBLATT (REGEL 26) seuren fällt der erzeugte Wasserstof f üblicherweise in einem Zwei-Phasen-Strom mit umgewäl ztem Wasser an, von welchem er zunächst abgetrennt werden muss , bevor er weiterer Verwendung zugeführt wird . Eine weitere Art der Elektrolyse von Wasser ist die alkalische Elektrolyse , bei der beispielsweise Kaliumhydroxid KOH in konzentrierter wässriger Lösung als Edukt dem Elektrolyseur zugeführt wird . Daneben sind Hochtemperatur- und Hochdruckelektrolysen bekannt . Weiterhin sind Mischformen von Elektrolyse bekannt , wie etwa die Anion-Exchange Membrane Elektrolyse , auch kurz als AEM-Elektrolyse bezeichnet .
Die Elektrolyse ist eine weithin bekannte elektrochemische Methode , bei der ein elektrischer Gleichstrom ( DC ) verwendet wird, um eine ansonsten nicht spontane chemische Reaktion anzutreiben . Die Elektrolyse hat in j üngster Zeit auch deshalb verstärkte Aufmerksamkeit als ein technologischer Ansatz im Kampf gegen den Klimawandel erhalten, da sie in so genannten "Power-to-X" -Prozessen eingesetzt werden kann . Dabei wird in der Regel ein Versorgungsmedium als Edukt , z . B . Wasser oder CO2 , mittels erneuerbarer elektrischer Energie durch Elektrolyse in chemische Energie umgewandelt . Die Elektrolyseprodukte als Wertstof fe , die diese Energie enthalten, sind viel fältig und reichen z . B . von Wasserstof f H2 mit 02 als Nebenprodukt über Kohlenwasserstof fe wie Methan CH4 auch als " synthetisches Erdgas" SNG oder synthetisches LNG in flüssiger Form bezeichnet , Ethylen C2H4 oder Ethanol C2H5OH bis hin zu Ammoniak NH3 oder Kohlenmonoxid CO . Diese Moleküle können als Kraftstof f , z . B . für Fahrzeuge oder Generatoren, oder als Ausgangsstof f für die chemische Industrie verwendet werden .
Im Allgemeinen muss der Elektrolyseprozess mit einer vorhersagbaren und möglichst konstanten bzw . gleichmäßigen Leistungsaufnahme versorgt werden, während die Erzeugung erneuerbarer Energien aus verschiedenen Gründen bekanntermaßen eine schwankende Leistung liefert . Zum Beispiel ist die Menge der erzeugten Energie abhängig von den Wetterbedingungen oder vom Sonnenstand, etwa bei einer Bereitstellung der Elektrolyse- leistung durch eine Windenergieanlage oder eine Fotovoltaikanlage . Darüber hinaus hängt die Menge der erzeugten Energie sowohl von der aktuellen Jahres zeit als auch vom Tagesverlauf ab . Um Elektrolysezellen vor Schäden durch Schwankungen der Eingangsleistung zu schützen, müssen sie so betrieben werden, dass während des Betriebs möglichst kein Energiemangel auftritt . Dazu kann der erzeugte Strom nicht vollständig verbraucht werden, sondern muss in Teilen verworfen werden . So wird etwa bei einer Uberschussleitung auf der Erzeugerseite die Windenergieanlage abgeregelt . Dieser Regeleingri f f auf der Erzeugerseite wird bei einer Windenergieanlage als „Wind Curtailment" bezeichnet .
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es , den Wirkungsgrad des Elektrolyseprozesses im Hinblick auf ein schwankendes Anbot an elektrischer Leistung für die Elektrolyse zu verbessern, insbesondere bei einem Betrieb in einem Inselnetz .
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren zur Leistungsregelung einer an eine Versorgungsleitung angeschlossenen hybriden Elektrolyseanlage , die einen alkalischen Elektrolyseur und einen parallel zu dem alkalischen Elektrolyseur an die Versorgungsleitung angeschlossenen PEM- Elektrolyseur aufweist , wobei eine elektrische Eingangsleistung in die Versorgungsleitung eingespeist und eine elektrische Abnahmeleistung von der hybriden Elektrolyseanlage aus der Versorgungsleitung abgenommen wird, wobei ein Gleichgewicht zwischen der Eingangsleistung und der Abnahmeleistung überwacht wird, und wobei bei einem Ungleichgewicht die Abnahmeleistung an die Eingangsleistung angepasst wird, wobei eine erste Abnahmeleistung des alkalischen Elektrolyseurs und/oder eine zweite Abnahmeleistung des PEM-Elektrolyseurs geregelt wird, wobei bei der Regelung des alkalischen Elektrolyseurs eine erste zeitliche Leistungsänderungsrate und bei dem PEM-Elektrolyseur eine zweite zeitliche Leistungsänderungsrate angewendet wird . Weiterhin wird diese Aufgabe durch eine hybride Elektrolyseanlage und ein Elektrolysesystem gelöst .
Die Erfindung geht bereits von der Erkenntnis aus , dass zur Produktion von grünem Wasserstof f sich vor allem Elektrolyseanlagen eignen . Die beiden marktverfügbaren Technologien sind alkalische Elektrolysen und die Proton-Exchange-Membrane Elektrolyse , die auch kurz PEM-Elektrolyse bezeichnet wird . Die beiden Elektrolysen und die dazu bereitzustellenden Elektrolyseure unterscheiden sich allerdings deutlich in ihren Kosten und der möglichen Betriebsdynamik bei Laständerungen . Während alkalische Elektrolyseure , welche schon länger am Markt verfügbar sind, kostengünstiger sind, kann bei den alkalischen Elektrolyseuren die Leistungsaufnahme des Elektrolysegleichstroms nur sehr langsam verändert werden . Die alkalischen Systeme eignen sich daher nur bedingt , um direkt an volatile Erzeugungsanlagen, z . B . an Windparks , PV-Parks usw . , direkt gekoppelt zu werden, da sie dem Leistungsprofil der Erzeugung nicht ausreichend schnell folgen können . PEM- Elektrolysen können hingegen deutlich dynamischer geregelt werden und sind daher besser für den Einsatz in Kombination mit volatilen Erzeugern geeignet . Diese Vorteile gehen allerdings mit höheren Kosten bei einer PEM-Elektrolyse einher .
Eine wirtschaftliche Kopplung von volatilen Energieerzeugungsanlagen mit Wasserstof fproduktionsanlagen wie Elektrolyseuren kann durch eine Kombination der beiden Elektrolysetechnologien erreicht werden . Die alkalische Elektrolyse übernimmt dabei die Grundlast , während das PEM-System die dynamischen Lasten nachfährt , so dass eine hybride Elektrolyseanlage gegeben ist .
Mit der Erfindung wird nun regelungstechnisch mit einer entsprechend angepassten Gleichrichterregelung den technischen Heraus forderungen begegnet , die hybride Elektrolyseanlage so zu regeln, dass die Lastaufteilung zwischen den Elektrolysesystemen in der Art erfolgt , dass die PEM-Elektrolyse schnelle Änderungen nachfährt und die alkalische Elektrolyse in ei- nem möglichst konstanten Lastbereich gefahren wird bzw . verbleibt . Da das Profil der eingespeisten Energie nur in Grenzen vorhergesagt werden kann, erfolgt die Regelungsanpassung der Leistungsregelung j eweils auf Ebene der Einzelsysteme „in-situ" , d . h . während des Betriebs , ohne dass eine Kenntnis des zukünftigen Lastverlaufs bestehen muss bzw . eine zumindest absehbar hohen Prognoseunsicherheit . Der auf dieser Weise z . B . über j eweilige die Netzgleichrichter j eweils für eine alkalische Elektrolyse und für eine PEM-Elektrolyse individuell geregelte Elektrolyseprozess ist hierbei insgesamt als hybride Kombination aus einer alkalischen Elektrolyse und einer PEM-Elektrolyse vorteilhaft ausgelegt .
Auf dieser Weise wird erreicht , dass bei einem Inselbetrieb von z . B . Windparks , wenn die überschüssige Leistung nicht verbraucht werden kann, die so genannte Windkraftbeschränkung ein nachteiliges „Wind Curtailment" nicht mehr oder nur ausnahmsweise und nur in einem geringen Maße angewendet werden muss . Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile . Durch diese Art der Implementierung einer getrennten Leistungsregelung mit in der Regelung implementierten charakteristischen j eweiligen Leistungstransienten für den alkalischen Elektrolyseur und den PEM-Elektrolyseur ergeben sich erhebliche Kostenvorteile durch die angepasste Betriebs führung des hybriden Elektrolyseprozesses . Hierbei wird beispielsweise die Leistungsregelung als Leistungsregelung für einen j eweiligen Gleichrichter implementiert , über den der alkalische Elektrolyseur und der PEM-Elektrolyseur an die Versorgungsleitung angeschlossen sind .
Somit ist ein Ansatz vorgeschlagen, der die im Stand der Technik zu verzeichnenden Nachteile in Bezug auf hybride Al- kaline-PEM-Elektrolyseanlagen überwindet , wobei sich Wirkungsgradvorteile durch die Gleichrichterregelung ergeben .
Bei der Leistungsregelung der Erfindung wird ein Ungleichgewicht zwischen der Abnahmeleistung und der Eingangsleistung fortlaufend überwacht und Ungleichgewichte werden ausgegli- chen, wobei eine j eweilige angepasste Auslastungssteuerung für den alkalischen Elektrolyseur und den PEM-Elektrolyseur durchgeführt wird . Dabei ist es möglich, dass die Eingangsleistung auf der Versorgungsleitung als AC-Eingangsleistung oder als DC-Versorgungsleitung bereitgestellt wird . Die Versorgungsleitung ist dann als zentraler AC-Versorgungsstrang oder entsprechend als DC-Versorgungsstrang ausgebildet , so dass ein Betrieb in einem AC-Netz oder einem DC-Netz flexibel möglich ist .
Hierbei wird vorgeschlagen eine Leistungsregelung zu implementieren, die eine physikalische Größe , welche ein Leistungsungleichgewicht am Netzanschlusspunkt der hybriden Elektrolyseanlage abbildet , als Regeleingangsgröße verwendet und diese Größe kontinuierlich überwacht . In Wechselspannungsnetzen ist dies vorzugsweise die Netz frequenz des AG- Netzes , in Gleichspannungsnetzen die Gleichspannung . Kommt es zu einem Ungleichgewicht zwischen eingespeister Eingangsleistung und abgenommener Abnahmeleistung, so ändert sich diese Regeleingangsgröße . In einem Wechselspannungsnetz kann es zum Beispiel zu einem Anstieg der Netz frequenz kommen, wenn die Eingangsleistung größer ist als die Abnahmeleistung . In einem Gleichspannungsnetz würde sich in diesem Fall die Netzspannung erhöhen .
In der Folge wird dann die erste Abnahmeleistung und die zweite Abnahmeleistung beispielsweise entsprechend erhöht . Hierbei wird die Leistungsregelung so implementiert , dass der alkalische Elektrolyseur und der PEM-Elektrolyseur bei einer transienten Fahrweise j eweilige vorgegebene und einstellbare Leistungsänderungsraten haben, die sich stark voneinander unterscheiden . Bei einem Leistungsungleichgewicht wird für den PEM-Elektrolyseur die zweite Abnahmeleistung vorzugsweise deutlich schneller geändert als dies für die erste Leistungs- änderungsrate bei dem alkalischen Elektrolyseur durchgeführt wird . Durch diese Begrenzung bzw . Festlegung der Betriebsintervalle für spezi fische Leistungsänderungsraten werden volatile Anteile in geregelter Weise von dem PEM-System abgenom- men, während bei dem alkalischen Elektrolyseur bei kurzen Leistungsänderungen die erste Abnahmeleistung nahezu nicht angepasst wird . Ein neuer Betriebspunkt des alkalischen Elektrolyseurs wird nur mit einer erheblichen zeitlichen Verzögerung nachgefahren .
Steht allerdings über ein längeres Zeitintervall ein Leistungsungleichgewicht an, wird auch eine Anpassung und Nachführung des alkalischen Elektrolyseurs in einen neuen Betriebspunkt durchgeführt , sodass vorteilhafterweise eine angepasste , z . B . erhöhte , Grundlastabnahme durch den alkalischen Elektrolyseur herbeigeführt wird . Durch diesen Ansatz können alkalische und PEM-Systeme miteinander in einer hybriden Elektrolyseanlage kombiniert und betrieben werden, ohne die j eweilige Leistungsregelung direkt zu koppeln . Ein solches Regelungskonzept ist daher auch einfach erweiterbar, indem weitere Elektrolyseure angeschlossen werden .
Von besonderem Vorteil erweist sich, dass durch das Regelungskonzept Schwankungen der Eingangsleistung, d . h . durch die Erzeugerseite verursacht , gezielt über die Elektrolyseanlage zwischen dem alkalischen Elektrolyseur und dem PEM- Elektrolyseur durch entsprechende Bestromung verteilt werden . Auf diese Weise können Schwankungen und Ungleichgewichte in der Leistungsbilanz in Abhängigkeit von der j eweils vorgegebenen zeitlichen ersten und zweiten Leistungsänderungsrate deutlich verringert bzw . gepuf fert werden . Damit wird eine entsprechende hybride Elektrolyseanlage ertüchtigt , die erzeugte volatile erneuerbare Eingangsleistung trotz auftretender Schwankungen nahezu vollständig für Elektrolysezwecke zu verbrauchen, so dass der Wirkungsgrad hinsichtlich der zu Elektrolysezwecken nutzbaren volatilen erneuerbaren Energie erhöht ist .
In einer besonders bevorzugten Aus führung des Verfahrens wird die erste Abnahmeleistung über einen ersten Gleichrichter abgenommen und als Gleichstromleistung dem alkalischen Elektro- lyseur und die zweite Abnahmeleistung über einen zweiten Gleichrichter abgenommen und dem PEM-Elektrolyseur zugeführt .
Hierbei kommen j eweils steuerbare und regelbare Gleichrichter als erster und zweiter Gleichrichter zur Anwendung, so dass eine individuelle Regelung und Steuerung der ersten Abnahmeleistung und der zweiten Abnahmeleistung am j eweiligen Netzanschlusspunkt der Elektrolyseure durchführbar sind . Beispielsweise kann eine Phasenanschnittsteuerung für die Leistungsregelung bei den Gleichrichtern implementiert sein . Hierdurch ist vorteilhaft eine Anschlussmöglichkeit und eine flexibel anpassbare Leistungsregelung an einer als AG-Netz ausgeführten Versorgungsleitung möglich über eine j eweils unabhängige Gleichrichterregelung für den alkalischen Elektrolyseur und den PEM-Elektrolyseur vorgesehen .
In dem Verfahren wird vorzugsweise die zweite Leistungsände- rungsrate des zweiten Gleichrichters größer eingestellt als die erste Leistungsänderungsrate des ersten Gleichrichters .
In der Folge werden allein über eine Gleichrichterregelung beide Gleichrichter - den ersten Gleichrichter des alkalischen Elektrolyseurs und des zweiten Gleichrichters des PEM- Elektrolyseurs - die j eweilige Abnahmeleistung mit einer spezi fischen Leistungsänderungsrate angepasst und nachgeführt . Durch die vorgesehenen Unterschiede in der j eweils vorgegebenen Leistungsänderungsrate , wird bei einem Ungleichgewicht die zweite Abnahmeleistung des zweiten Gleichrichters in dem PEM-Elektrolyseur deutlich schneller geändert als dies über den ersten Gleichrichter bei dem alkalischen Elektrolyseur durchgeführt wird . Durch diese Begrenzung der Änderungsraten werden volatile Anteile durch die Leistungsregelung automatisch vorrangig von dem PEM-System abgenommen, während das alkalische System bei kurzen Leistungsänderungen nahezu nicht reagiert .
In bevorzugter Aus führung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die zweite Leistungsänderungsrate mindestens 20-mal hö- her, bevorzugt mindestens 40-mal und besonders bevorzugt mindestens 60-mal höher eingestellt wird als die erste Leis- tungsänderungsrate .
Dies ermöglicht einen sofortigen Verbrauch und ein nahezu in- stantanes Nachführen einer detektierten Änderung der Eingangsleistung vorrangig durch den PEM-Elektrolyseur . Zusätzliche Einrichtungen zur Abnahme oder zur Puf ferung dieser Änderungen, wie z . B . Kondensatoren oder Batterien, können vermieden bzw . deutlich kleiner dimensioniert werden .
Für eine weitere bevorzugte Aus führung des Verfahrens ist es vorgesehen, dass die erste Leistungsänderungsrate in einem Wertebereich von 5 % bis 15 % pro Minute bezüglich der Nennleistung des alkalischen Elektrolyseurs eingestellt wird . Besonders bevorzugt kann für eine Transiente ein Wertebereich von 7 % bis 13 % pro Minute bezüglich der Nennleistung des alkalischen Elektrolyseurs eingestellt werden bzw . durchfahren werden .
In diesem Zusammenhang ist die Nennleistung die höchste elektrische Spitzenleistung als maximale Äbnahmelei stung, die für den Dauerbetrieb des entsprechenden Elektrolyseurs bereitgestellt werden darf . Dieses Lastprofil für die Leistungsregelung und in einem transienten Betrieb ist angepasst an alkalische Elektrolysezellen, wie sie bei einer alkalischer Elektrolyseanlage in großer Zahl verbaut sind . Solche Elektrolysezellen mit diesem Lastprofil werden häufig verwendet , da sie kostengünstig herzustellen sind und gute Grundlastfähigkeiten bieten .
Für eine weitere bevorzugte Aus führung des Verfahrens wird vorgeschlagen, dass die zweite Leistungsänderungsrate in einem Wertebereich von 5 % bis 15 % pro Sekunde bezüglich der Nennleistung des PEM-Elektrolyseurs eingestellt wird . Besonders bevorzugt kann für eine Transiente ein Wertebereich von 7 % bis 13 % pro Sekunde bezüglich der Nennleistung des PEM- Elektrolyseurs eingestellt werden bzw . durchfahren werden . Zum Beispiel kann dieses Lastprofil mittels eines Elektrolyseurs mit einer Elektrolysezelle mit einer Protonenaustauschmembran oder einer Anionenaustauschmembran realisiert werden . Insbesondere sind die Elektrolyseelektroden der genannten Elektrolysezellen direkt an der leitenden Membran abgeschieden . Im Gegensatz zu klassischen Elektrolysezellen, z . B . mit alkalischer Elektrolyse , ermöglicht die Protonen- oder Anionenaustauschmembran eine sehr schnelle Anpassung einer Produktionsrate und damit eine Anpassung der zweiten Abnahmeleistung an eine Änderung der Eingangsleistung .
Vorzugsweise wird in dem Verfahren bei einer sehr schnellen Erhöhung der Eingangsleistung, die größer ist als die zweite Leistungsänderungsrate , die elektrische Überschussenergie in einen an die Versorgungsleitung angeschlossenen Energiespeicher eingespeichert .
Um die Aufnahme sehr schneller Lastspitzen zusätzlich zu ermöglichen, kann als Energiespeicher ein Kurz zeit-Netzspeicher vorgesehen werden, zum Beispiel ausgeführt als Energiespeicher basierend auf Superkondensatoren oder auf einem Schwungradspeicher . Mit dem Energiespeicher können dann bedarfsweise solche hohen Leistungsänderungen, d . h . zeitlich sehr steile kurz zeitige Transienten oder Spitzenlasten, aufgenommen werden, für die auch die Laständerungsdynamik eines PEM- Elektrolyseurs zu langsam ist .
Dabei wird bei dem Verfahren vorzugsweise vorgeschlagen, dass dem Energiespeicher gespeicherte Energie entnommen und als elektrische Leistung in die Versorgungsleitung eingespeist wird .
Hierdurch ist eine Rückspeisung und Nutzung von gespeicherter Energie zu Elektrolysezwecken in der Elektrolyseanlage möglich und damit eine zusätzliche Erhöhung des Wirkungsgrads . Der entleerte Energiespeicher steht dann erneut für die Aufnahme von Lastspitzen und Einspeicherung von Energie bereit . In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Verfahrens wird die Leistungsregelung der hybriden Elektrolyseanlage derart ausgeführt , dass der alkalische Elektrolyseur bei einer möglichst hohen ersten Abnahmeleistung von mindestens 70% , vorzugsweise mehr als 80% , seiner Nennleistung betrieben wird .
Vorrangig wird somit als übergeordnetes Regelungs ziel der alkalische Elektrolyseur hinsichtlich der Erzielung einer möglichst hohen und stabilen Grundlast oder Sockelauslastung als Betriebspunkt der Elektrolyseanlage ausgelastet und die erste Abnahmeleistung ist entsprechend in der Leistungsregelung implementiert . Somit werden längerfristige und quasi-stationäre Eingangsleistungen vorrangig dem alkalischen Elektrolyseur zur Elektrolyse zugeführt und dieser über den regelbaren und steuerbaren ersten Gleichrichter bestromt .
Durch diese in die Leistungsregelung implementierte vorrangige Regelungsprämisse wird verhindert , dass praktisch alle überschüssige Eingangsleistung stets nur durch den PEM-Elek- trolyseur und/oder den Energiespeicher aufgenommen wird . Hierzu sind in die Leistungsregelung bevorzugt zusätzliche , überlagerte Regelkreise implementiert . Ein vorgesehener Energiespeicher wie oben beschrieben, sollte daher im Langzeitverhalten praktisch immer leer sein, während der alkalische Elektrolyseur bei einer möglichst hohen ersten Abnahmeleistung und hoher Grundlast quasi-stationär gefahren wird . Durch diese übergeordneten Regel ziele kann die Elektrolyseanlage insgesamt mit höherem Wirkungsgrad betrieben und z . B . zur erhöhten Wasserstof fproduktion ausgenutzt werden . Leistungsänderungen können auf diese Weise ef fi zient nachgefahren und auf genommen werden .
Zusätzlich kann in dem Verfahren bevorzugt vorgesehen sein, dass die Leistungsregelung derart ausgeführt wird, dass Prognosedaten für die Eingangsleistung regelmäßig herangezogen werden und basierend auf den Prognosedaten für die erste Abnahmeleistung und die zweite Abnahmeleistung ein j eweiliger Sollwert vorgegeben wird . Vorteilhaft umsetzbar ist zum Beispiel eine Leistungsregelung, die z . B . zu regelmäßigen zeitlichen Abständen - etwa alle 15 Minuten - verfügbare Wind-Forecast-Daten oder andere Wetterdaten heranzieht und basierend auf einer resultierenden Prognose der Eingangsleistung die erste Abnahmeleistung und die zweite Abnahmeleistung als Zielleistungen oder Sollwertleistungen des alkalischen Elektrolyseurs bzw . des PEM- Elektrolyseurs entsprechend einer vorherbestimmten Aufteilung festgelegt werden . Die Prognosedaten werden turnusgemäß aktualisiert und die Elektrolyseanlage entsprechend nachgesteuert .
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betri f ft eine hybride Elektrolyseanlage zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens .
Die hybride Elektrolyseanlage umfassend einen alkalischen Elektrolyseur und einen PEM-Elektrolyseur sowie eine Regeleinrichtung, die zur Durchführung des Verfahrens zur Leistungsregelung ausgebildet ist .
Die hybride Elektrolyseanlage umfasst dabei eine Elektrolysezelle mit einem Zellenaufbau für eine alkalische Elektrolyse und eine Elektrolysezelle mit einem Zellenaufbau für einen PEM-Elektrolyseur . Vorzugsweise umfasst die hybride Elektrolyseanlage dabei mehrere Elektrolysezellen j edes der beiden Typen, die zu einem j eweiligen Elektrolysemodul gestapelt sein können . Ein alkalischer Elektrolyseur oder ein PEM- Elektrolyseur kann dabei mehrere in Serie geschaltete Elektrolysemodule aufweisen . Insbesondere sind die Elektrolysezellen j eweils so eingerichtet , dass sie mittels zugeführter elektrischer Energie ein Elektrolyseprodukt aus einem Versorgungsmedium erzeugen . Vorzugsweise wandeln die Elektrolysezellen das Versorgungsmedium Wasser in H2 und 02 um . Es ist aber auch möglich, dass die Zuführung von C02 und Wasser als Edukte einer Elektrolyse zu Kohlenstof fmonoxid CO, kleinen Kohlenwasserstof fen oder kleinen sauerstof fhaltigen Verbindungen als Elektrolyseprodukten führt . In besonders bevorzugter Ausgestaltung der hybriden Elektrolyseanlage ist in die Regeleinrichtung eine Gleichrichterregelung implementiert , so dass eine j eweilige Leistungsregelung des ersten Gleichrichters und des zweiten Gleichrichters durchführbar ist .
Hierdurch ist vorteilhafterweise eine unabhängige Auslastungsteuerung des alkalischen Elektrolyseurs und des PEM- Elektrolyseurs in dem Verbund in einer hybriden Elektrolyseanlage erzielt . Die Leistungsregelung und Lastaufteilung ist individuell und unabhängig über das Gleichrichtersystem mit dem ersten Gleichrichter und dem zweiten Gleichrichter in die hybride Elektrolyseanlage durch einen steuerbaren Gleichrichter implementiert . Der erste Gleichrichter und der zweite Gleichrichter sind dabei derart individuell und unabhängig steuerbar, so dass die erste Abnahmeleistung und die zweite Abnahmeleistung als Gleichstromleistung am Ausgang des j eweiligen Gleichrichters anpassbar sind . Vorteilhaft kann etwa eine Phasenanschnittsteuerung zur Einstellung der Abnahmeleistung und der individuellen Bestromung vorgesehen sein . So kann etwa bei einem thyristorbasieren Gleichrichter der Zündimpuls der Thyristoren über einen Steuerpuls gesteuert werden . Nach Erlöschen des Steuerpulses bleibt der Stromfluss bis zum folgenden Nulldurchgang bestehen . Durch Verschiebung des Einschalt Zeitpunktes lässt sich die Energie bzw . Leistung verändern, die am Ausgang zum Verbraucher fließt . Das Konzept der Leistungsregelung und Aufteilung der Leistung auf den ersten Gleichrichter und den zweiten Gleichrichter ist aber nicht auf eine bestimmte Art der schaltungstechnischen Implementierung der Gleichrichtung beschränkt .
Vorzugsweise ist in der hybriden Elektrolyseanlage ein als Kurz zeit-Netzspeicher ausgeführter Energiespeicher vorgesehen, der insbesondere einen Superkondensator oder einen Schwungradspeicher aufweist .
Dies ist vorteilhaft , um bedarfsweise die Aufnahme sehr schneller Lastspitzen zusätzlich zu ermöglichen . Der so aus- geführte Energiespeicher kann bei hohen Leistungsänderungen aktiviert werden und diej enigen Lastspitzen aufnehmen, für die auch die Dynamik der PEM-Elektrolyse zu langsam ist . Ein zeitnahes Zurückspeisen der in dem Energiespeicher gespeicherten Energie ist vorgesehen, so dass bei der hybriden Elektrolyseanlage die Leistungsaufnahme und Leistungsabgabe auch bei einer transienten Änderung der Eingangsleistung auf der Erzeugerseite im Gleichgewicht gehalten werden kann .
Das erfindungsgemäße Elektrolysesystem umfasst eine erfindungsgemäße hybride Elektrolyseanlage .
Darüber hinaus umfasst das Elektrolysesystem eine erneuerbare Energieanlage , die elektrische Energie erzeugt , die als Eingangsleistung für den Betrieb der Elektrolysevorrichtung geliefert und in die Versorgungsleitung einspeist wird . Diese erneuerbare Energieanlage kann eine Photovoltaikanlage , ein solarthermisches Kraftwerk und/oder eine Windenergieanlage sein . Zum Beispiel ist die photovoltaische Baugruppe als eine photovoltaische Anlage aufgebaut , die aus einer Viel zahl von photovoltaischen Modulen besteht , die j eweils mehrere photovoltaische Zellen aufweisen . Dies ermöglicht den Einsatz eines autonomen Systems , ein so genanntes Inselnetz , das in Regionen mit schwacher oder keiner Infrastruktur installiert werden kann .
Das Elektrolysesystem ist daher vorzugsweise derart ausgestaltet , dass die hybride Elektrolyseanlage über eine als zentraler AC-Strang ausgestaltete Versorgungsleitung an die erneuerbare Energieanlage angeschlossen ist , wobei ein Inselnetz gebildet ist .
Weitere Vorteile , Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Aus führungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung . Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den einzigen Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der j e- wells angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen .
Aus führungsbeispiele der Erfindung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert . Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht die
FIG ein Elektrolysesystem mit einer erneuerbaren Energieanlage und mit einer hybriden Elektrolyseanlage .
Die einzige FIG zeigt in schematischer Darstellung ein Elektrolysesystem 10 mit einer erneuerbaren Energieanlage 15 und mit einer hybriden Elektrolyseanlage 1 . Die erneuerbare Energieanlage 15 weist eine Windenergieanlage 15A und eine Fotovoltaikanlage 15B auf , so dass im Betrieb eine aus erneuerbarer Energieerzeugung gewonnene elektrische Eingangsleistung PE - vorliegend im Aus führungsbeispiel als eine Wechselstromleistung - bereitgestellt in die Versorgungsleitung 3 einspeisbar ist . Die hybride Elektrolyseanlage 1 umfasst einen alkalischen Elektrolyseur 5 und einen PEM-Elektrolyseur 7 , wobei die Elektrolyseure 5 , 7 j eweils an separaten Netzanschlusspunkten an die zentrale Versorgungsleitung 3 angeschlossen sind . Hierdurch ist ein wechselstrombasiertes Inselnetz bereitgestellt . Dabei ist der alkalische Elektrolyseur 5 über einen ersten Gleichrichter 9A an die Versorgungsleitung 3 angeschlossen und der PEM-Elektrolyseur 7 über einen zweiten Gleichrichter 9B, so dass eine Parallelschaltung realisiert ist . Ein j eweiliger Gleichrichter 9A, 9B versorgt einen j eweiligen Elektrolyseur 5 , 7 mit einem geregelten Gleichstrom für die Elektrolyse . Über einen weiteren Gleichrichter 9 ist zusätzlich ein Energiespeicher 11 an die Versorgungsleitung 3 an einem separaten Netzanschlusspunkt angeschlossen . Der alkalische Elektrolyseur 5 weist eine Anzahl von in Serie geschalteter alkalischer Elektrolysemodule 17 mit j eweils einer Viel zahl von alkalischen Elektrolysezellen auf . Entsprechend umfasst der PEM-Elektrolyseur 7 eine Anzahl seriell geschalteter Elektrolysemodule 19 mit j eweils einer Viel zahl von PEM-Elektrolysezellen . Durch die Modularität ist die hybride Elektrolyseablage 1 skalierbar und für große Abnahmeleistungen PA ausgelegt und entsprechend erweiterbar .
Zur Leistungsregelung der hybriden Elektrolyseanlage 1 ist eine Regeleinrichtung 13 vorgesehen, die hinsichtlich einer Regelung und Verteilung der eingespeisten Eingangsleistung PE zur Erzielung möglichst eines Gleichgewichts mit der Abnahmeleistung PA der hybriden Elektrolyseanlage 1 ausgelegt ist . Dabei ist eine spezi fische Auslastungsteuerung der beteiligten Verbraucher in der Regeleinrichtung 13 implementiert , die den alkalischen Elektrolyseur 5 , den PEM-Elektrolyseur 7 und den Energiespeicher 11 umfasst und individuell deren Auslastung im Zeitverlauf steuert . Die Regeleinrichtung 13 liefert hierzu an deren Ausgang ein j eweiliges Steuersignal Si , S2 , S , das j eweils auf den zugewiesenen Gleichrichter 9A, 9B, 9 wirkt . Dabei wird über das Steuersignal Si der erste Gleichrichter 9A gesteuert , so dass eine durch die Regelungseinrichtung 13 vorgegebene erste Abnahmeleistung P2 aus der Versorgungsleitung 3 ausgekoppelt und dem alkalischen Elektrolyseur 5 als Gleichstromleistung zugeführt wird . Entsprechend wird über das Steuersignal S2 der zweite Gleichrichter 9B gesteuert , so dass eine durch die Regelungseinrichtung 13 vorgegebene zweite Abnahmeleistung P2 aus der Versorgungsleitung 3 ausgekoppelt und dem PEM-Elektrolyseur 7 als Gleichstromleistung zugeführt wird . Zusätzlich kann bei Lastspitzen auf der Erzeugerseite elektrische Energie in den Energiespeicher 11 mit einer Speicherleitung Ps temporär eingespeichert und bedarfsweise wieder in den Versorgungsleitung 3 ausgespeichert werden . Hierzu ist der Gleichrichter 9 für einen bidirektionalen Betrieb eingerichtet und an dem Netzanschlusspunkt angeschlossen .
Im Betrieb des Elektrolysesystems 10 wird eine elektrische Eingangsleistung PE in die Versorgungsleitung 3 eingespeist und eine elektrische Abnahmeleistung PA von der hybriden Elektrolyseanlage 1 insgesamt aus der Versorgungsleitung 3 abgenommen . Dabei wird mittels der Regeleinrichtung 13 ein Gleichgewicht zwischen der Eingangsleistung PE und der Abnahmeleistung PA überwacht , wobei bei einem Ungleichgewicht die Abnahmeleistung PA an die Eingangsleistung PE angepasst wird, wobei eine erste Abnahmeleistung P2 des alkalischen Elektrolyseurs 5 und/oder eine zweite Abnahmeleistung P2 des PEM- Elektrolyseurs 7 geregelt wird . Die Regelung des alkalischen Elektrolyseurs 5 erfolgt dabei mit einer ersten zeitlichen Leistungsänderungsrate Ri und bei dem PEM-Elektrolyseur 7 wird eine zweite zeitliche Leistungsänderungsrate R2 angewendet . Die zeitliche Leistungsänderungsrate R2 ist dabei um ein Viel faches größer als die zeitliche Änderungsrate R2 , und zwar typischerweise im Bereich von einem Faktor 20 bis 60 . Somit ist eine angepasste Auslastungssteuerung erreicht , bei der im Ergebnis für den alkalischen Elektrolyseur 5 die Abnahmeleistung P2 zeitlich langsamer verändert und angepasst wird, während für den PEM-Elektrolyseur 7 die Abnahmeleistung P2 deutlich schneller geändert wird und dadurch der PEM- Elektrolyseur 7 zeitnah auf einen veränderten Betriebspunkt gefahren werden kann . Die in der FIG zu dem j eweiligen Gleichrichter 9A, 9B, 9 dargestellten Diagramme zeigen die Leistung P über der Zeit t . Dabei ist der qualitative Verlauf der volatilen Eingangsleistung PE und der j eweilige zeitliche Verlauf der geregelten Abnahmeleistung P2 , P2 , Ps entsprechend der in die Regeleinrichtung 13 j eweils implementierten Gleichrichterregelung gezeigt . Im zeitlichen Verlauf werden durch die Regeleinrichtung 13 spezi fisch unterschiedliche Transienten in der Abnahmeleistungen P2 , P2 und der Speicherleistung Ps bewirkt , so dass ein Gleichgewicht zwischen Eingangsleistung PE und Abnahmeleistung PA gehalten oder wieder erreicht wird .
Bei einer beispielsweise erhöhten Eingangsleistung PE wird für beide Gleichrichter 9A, 9B die abgenommene erste Abnahmeleistung P2 und die zweite Abnahmeleistung P2 erhöht . Die in die Leistungsregelung der Regeleinrichtung 13 implementierten Wertebereiche für die Leistungsänderungsraten R2 , R2 ergeben sich aus der j eweiligen Ableitung dP2 ( t ) /dt bzw . dP2 ( t ) /dt - also der Änderung der j eweiligen Abnahmeleistung P2 , P2 pro Zeit oder einem so genannten Leistungstransienten . Die eingestellten und für den Betrieb zulässigen Wertebereiche für die Leistungsänderungsraten Ri , R2 als systemische Reaktion auf eine geänderte Eingangsleistung PE unterscheiden sich in erheblicher Weise - um ein bis zwei Größenordnungen - für den alkalischen Elektrolyseur 3 und für den PEM-Elektrolyseur 7 . Die Anpassung und Steuerung der Abnahmeleistungen P2 , P2 erfolgt über die j eweilige Regelung des ersten Gleichrichters 9A und des zweiten Gleichrichters 9B .
Bei einem detektierten Leistungsungleichgewicht wird durch die Regeleinrichtung 13 der zweite Gleichrichter 9B des PEM- Elektrolyseurs 7 derart angesteuert , dass die zweite Abnahmeleistung P2 deutlich schneller bereits im Sekundenbereich geändert und angepasst wird als die erste Abnahmeleistung P2 des ersten Gleichrichters 9A, der den alkalischen Elektrolyseur 5 mit Gleichstromleistung versorgt . Durch diese Begrenzung der Wertebereichet der Leistungsänderungsraten R2 , R2 werden volatile Anteile automatisch vorrangig von dem PEM- Elektrolyseur 7 abgenommen, während der alkalische Elektrolyseur 5 auf kurz fristige Leistungsänderungen nahezu nicht reagiert . Steht allerdings über eine längere Zeit auf einer Zeitskala im Minutenbereich entsprechend der Leistungsände- rungsrate R2 ein Leistungsungleichgewicht an, so wird auch hier eine Anpassung und Nachführung des alkalischen Elektrolyseurs 5 durchgeführt , sodass durch den alkalischen Elektrolyseur 7 eine dynamische Anpassung auf eine Grundlastabnahme erfolgt . Durch diesen Ansatz kann der alkalische Elektrolyseur 5 und der PEM-Elektrolyseur 7 vorteilhaft in dem Elektrolysesystem 10 miteinander kombiniert werden, ohne die j eweilige Regelung der Elektrolyseure 5 , 7 direkt miteinander zu koppeln . Ein solches Elektrolysesystem 10 ist daher auch einfach erweiterbar hinsichtlich einer großen Eingangsleitung und in entsprechender Weise in einer Elektrolyseanlage 1 skalierbar . Durch diese Auslastungssteuerung wird der alkalische Elektrolyseur 5 möglichst durchgehend und quasistationär bei einer möglichst hohen ersten Abnahmeleistung P2 von mehr als 70% seiner Nennleistung betrieben, beispielsweise 85% . Der PEM-Elektrolyseur 7 wird bei Transienten dynamischer gefahren, da der PEM-Elektrolyseur 7 für die Reaktion auf kurz zeitige Laständerungen besser konzipiert ist . Um bedarfsweise eine entsprechende dynamische Leistungsreserve zu einer höheren und zu einer niedrigen zweiten Abnahmeleistung P2 vorzuhalten, ist es vorgesehen, den PEM-Elektrolyseur 7 im zeitlichen Mittel in einem Teillastbetrieb, beispielweise bei einer mittleren Teillast von 40% bis 60 % oder einer hohen Teillast zwischen 60% und 75% seiner Nennlast zu fahren . Eine entsprechende Betriebs führung für den PEM-Elektrolyseur 7 ist in der Regeleinrichtung 13 implementiert , so dass ein Steuersignal S2 für den zweiten Gleichrichter 9B zur Gleichstrombeaufschlagung des PEM-Elektrolyseurs 7 ausgegeben werden . Zur Auslastungssteuerung ist die Regeleinrichtung 13 für eine Leistungsregelung derart ertüchtigt , dass Prognosedaten für die Eingangsleistung PE regelmäßig herangezogen und eingelesen werden können, so dass basierend auf den Prognosedaten für die erste Abnahmeleistung P2 und die zweite Abnahmeleistung P2 ein j eweiliger Sollwert ermittelt wird und entsprechender Steuersignale S2 , S2 für die Gleichrichter 9A, 9B der Elektrolyseure 5 , 7 und bedarfsweise des Gleichrichters 9 für den Betrieb des Energiespeicher Ps .

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Leistungsregelung einer an eine Versorgungsleitung (3) angeschlossenen hybriden Elektrolyseanlage (1) , die einen alkalischen Elektrolyseur (5) und einen parallel zu dem alkalischen Elektrolyseur (5) an die Versorgungsleitung (3) angeschlossenen PEM-Elektrolyseur (7) aufweist, wobei eine elektrische Eingangsleistung (PE) in die Versorgungsleitung (3) eingespeist und eine elektrische Abnahmeleistung (PA) von der hybriden Elektrolyseanlage ( 1 ) aus der Versorgungsleitung (3) abgenommen wird, wobei ein Gleichgewicht zwischen der Eingangsleistung (PE) und der Abnahmeleistung (PA) überwacht wird, und wobei bei einem Ungleichgewicht die Abnahmeleistung (PA) an die Eingangsleistung (PE) angepasst wird, wobei eine erste Abnahmeleistung (P2) des alkalischen Elektrolyseurs (5) und/oder eine zweite Abnahmeleistung (P2) des PEM-Elektrolyseurs (7) geregelt wird, wobei bei der Regelung des alkalischen Elektrolyseurs (5) eine erste zeitliche Leistungsänderungsrate (Ri) und bei dem PEM-Elektrolyseur (7) eine zweite zeitliche Leistungsänderungsrate (R2) angewendet wird .
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die erste Abnahmeleistung (P2) über einen ersten Gleichrichter (9A) abgenommen und als Gleichstromleistung dem alkalischen Elektrolyseur (5) zugeführt wird und die zweite Abnahmeleistung (P2) über einen zweiten Gleichrichter (9B) abgenommen und dem PEM- Elektrolyseur (7) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die zweite Leistungsänderungsrate (R2) des zweiten Gleichrichters (9B) größer eingestellt wird als die erste Leistungsänderungsrate (R2) des ersten Gleichrichters (9A) .
4. Verfahren nach Anspruch nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Leistungsänderungsrate (R2) mindestens 20-mal höher, bevorzugt mindestens 40-mal und besonders bevorzugt mindestens 60-mal höher eingestellt wird als die erste Leistungsänderungsrate (Ri) .
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Leistungsänderungsrate (Ri) in einem Wertebereich von 5 % bis 15 % pro Minute bezüglich der Nennleistung des alkalischen Elektrolyseurs (5) eingestellt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Leistungsänderungsrate (R2) in einem Wertebereich von 5 % bis 15 % pro Sekunde bezüglich der Nennleistung des PEM-Elektrolyseurs (7) eingestellt wird.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei bei einer sehr schnellen Erhöhung der Eingangsleistung, die größer ist als die zweite Leistungsänderungsrate (R2) , die elektrische Überschussenergie in einen an die Versorgungsleitung (3) angeschlossenen Energiespeicher (11) eingespeichert wird .
8. Verfahren nach Anspruch 7, bei dem Energiespeicher (11) gespeicherte Energie entnommen und als elektrische Leistung in die Versorgungsleitung (3) eingespeist wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Leistungsregelung der hybriden Elektrolyseanlage (1) derart ausgeführt wird, dass der alkalische Elektrolyseur (5) bei einer möglichst hohen ersten Abnahmeleistung (Pi) von mindestens 70%, vorzugsweise mehr als 80%, seiner Nennleistung betrieben wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei die Leistungsregelung derart ausgeführt wird, dass Prognosedaten für die Eingangsleistung (PE) regelmäßig herangezogen werden und basierend auf den Prognosedaten für die erste Abnahmeleistung (Pi) und die zweite Abnahmeleistung (P2) ein jeweiliger Sollwert vorgegeben wird.
11. Hybride Elektrolyseanlage (1) , umfassend einen alkalischen Elektrolyseur (3) und einen PEM-Elektrolyseur (5) sowie eine Regeleinrichtung (13) , die zur Durchführung des Verfahrens zur Leistungsregelung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgebildet ist.
12. Hybride Elektrolyseanlage (1) nach Anspruch 11, bei der in die Regeleinrichtung () eine Gleichrichterregelung implementiert ist, so dass eine jeweilige Leistungsregelung des ersten Gleichrichters (9A) und des zweiten Gleichrichters (9B) durchführbar ist.
13. Hybride Elektrolyseanlage (1) nach Anspruch 11 oder 12, mit einem als Kurzzeit-Netzspeicher ausgeführten Energiespeicher (11) , der insbesondere einen Superkondensator oder einen Schwungradspeicher aufweist.
14. Elektrolysesystem (10) umfassend: eine hybride Elektrolyseanlage (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 11 bis 13; eine erneuerbare Energieanlage (15) , die elektrische Energie erzeugt, die als Eingangsleistung (PE) für den Betrieb der Elektrolysevorrichtung (10) geliefert und in die Versorgungsleitung einspeist wird.
15. Elektrolysesystem (10) nach Anspruch 14, bei der die hybride Elektrolyseanlage (1) über eine als zentraler AG-Strang ausgestaltete Versorgungsleitung (3) an die erneuerbare Energieanlage (15) angeschlossen ist, wobei ein Inselnetz gebildet ist.
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