EP4762633A1 - Versorgungseinheit für einen dc-verbraucher, verfahren zu deren betrieb und elektrolyseanlage - Google Patents

Abstract

Die Anmeldung beschreibt eine Versorgungseinheit (20) für einen DC-Verbraucher (50). Die Versorgungseinheit (20) umfasst: - einen DC-Anschluss (21) zur Verbindung mit dem DC-Verbraucher (50) - einen ersten AC-Anschluss (22), der über einen ersten AC/DC-Wandler (24) mit einem DC-Bus (26) verbunden ist, - einen zur Verbindung mit einer zweiten AC-Spannung (U2) ausgelegten zweiten AC-Anschluss (23), der über einen zweiten AC/DC-Wandler (25) mit dem DC- Anschluss (21) verbunden ist, - einen Energiespeicher (29), der über einen ersten DC/DC-Wandler (27) mit dem DC-Bus (26) verbunden ist, - einen zweiten DC/DC-Wandler (28), der den DC-Bus (26) mit dem DC- Anschluss (21) verbindet und in Bezug auf den DC-Anschluss (21) stromstellend betreibbar ist, und - eine Steuerungseinheit (30) zur Steuerung der Versorgungseinheit (20). Die Versorgungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass - der erste DC/DC-Wandler (27) als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgeführt ist und die Steuerungseinheit (30) eingerichtet ist, den ersten DC/DC-Wandler (27) in Bezug auf den DC-Bus (26) spannungsstellend zu betreiben, und - der erste AC/DC-Wandler (24) als bidirektionaler AC/DC-Wandler ausgeführt ist und die Steuerungseinheit (30) eingerichtet ist, den ersten AC/DC-Wandler (24) in Bezug auf den ersten AC-Anschluss (22) spannungsstellend zu betreiben. Die Anmeldung beschreibt weiterhin Verfahren zum Betrieb und Aufstarten wie auch eine Elektrolyseanlage mit einer derartigen Versorgungseinheit (20).

Description

VERSORGUNGSEINHEIT FÜR EINEN DC-VERBRAUCHER, VERFAHREN ZU DEREN BETRIEB UND ELEKTROLYSEANLAGE

Technisches Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Versorgungseinheit für einen DC-Verbraucher, insbesondere - aber nicht ausschließlich - einen Elektrolyseur. Die Erfindung betrifft zudem Verfahren zum Betrieb und zum Aufstarten einer derartigen Versorgungseinheit und eine Elektrolyseanlage mit einer oder mehreren Versorgungseinheiten.

Stand der Technik

Um Wasserstoff mittels einer Elektrolysereaktion aus Wasser herzustellen, sind Elektrolyseanlagen bekannt, bei denen ein Elektrolyseur über eine Versorgungseinheit aus einem Wechselspannungs-Netz (AC-Netz) mit elektrischer Leistung versorgt wird. Da derartige Elektrolyseure während der Elektrolysereaktion üblicherweise als Gleichstrom- (DC-) Verbraucher betrieben werden, weist die Versorgungseinheit einen oder mehrere gleichrichtend wirkende Leistungswandler auf. Die Elektrolyseure können je nach Größe und Bauart Nominalleistungen bis zu einigen 10 MW aufweisen. Mittels der Versorgungseinheit kann eine Wasserstoff-Produktionsrate, also die pro Zeiteinheit produzierte Menge an Wasserstoff, gezielt eingestellt werden. Hierzu kann der Leistungswandler an seinem mit dem Elektrolyseur verbundenen DC-Anschluss stromstellend betrieben werden. Je nach Bauart des Elektrolyseurs stellt sich dabei eine dem gestellten Strom zugeordnete elektrische DC-Spannung an dem DC- Anschluss des Elektrolyseurs, und somit auch an dem DC-Anschluss der Versorgungseinheit, ein. Die DC-Spannung steigt üblicherweise mit zunehmender Wasserstoff-Produktionsrate an und kann Werte im Bereich zwischen einigen 100 V und 1500 V annehmen.

Um den steigenden Bedarf an grünem Wasserstoff - also an Wasserstoff, der mittels Elektrolyse ausschließlich aus regenerativen Energiequellen hergestellt wird - zu decken, werden große Elektrolyseanlagen mit einer Vielzahl von Elektrolyseuren und einer Vielzahl von Versorgungseinheiten konzipiert. Derartige Elektrolyseanlagen weisen Gesamtleistungen im Bereich von einigen 100 MW auf. Als regenerative Energiequellen werden insbesondere Photovoltaik und Windkraft verwendet. Innerhalb der Elektrolyseanlagen sind die Energieverbraucher und die Energieerzeuger über ein internes AC-Netz gekoppelt. Je nach Verfügbarkeit und/oder Entfernung eines übergeordneten Energieversorgungsnetzes (EVN) kann das interne AC-Netz entweder überhaupt keine elektrische Verbindung mit dem übergeordneten EVN aufweisen, also als reines Inselnetz ausgelegt sein, oder aber eine elektrische Verbindung aufweisen, die für einen lediglich geringen Leistungsaustausch zwischen dem internen AC-Netz und dem übergeordneten EVN ausgelegt ist. Dies ist beispielsweise bei Elektrolyseanlagen der Fall, die im Off-Shore Bereich betrieben werden. Insbesondere dort ist nämlich üblicherweise gefordert, dass das interne AC- Netz eine Schwarzstartfähigkeit, zumindest jedoch eine Braunstartfähigkeit aufweist. Es muss also in der Lage sein, ohne Energiezufuhr oder mit nur eingeschränkter Energiezufuhr aus dem übergeordneten EVN aufzustarten. An die Versorgungseinheiten, die in einem derartigen Inselnetz eingesetzt werden, sind somit spezielle Anforderungen gestellt. Konkret sollen sie

- eine elektrische Versorgung des ihnen zugeordneten Elektrolyseurs mit hohem Wirkungsgrad erlauben,

- ein Vorladen des ihnen zugeordneten Elektrolyseurs ermöglichen,

- ein Hochfahren des internen AC-Netzes mit keiner oder nur geringer externer Leistungszufuhr - ggf. in Verbindung mit weiteren dem internen AC-Netz zugeordneten Versorgungseinheiten - gewährleisten.

Der Fachartikel: Meng, X. [et al.]; “A Novel Multi-Scale Frequency Regulation Method of Hybrid Rectifier and Its Specific Application in Electrolytic Hydrogen Production”; IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 38, 2023, No. 1 , S. 123-129 lEEE Xplore [online], DOI: 10.1109/TPEL.2022.3207601 , In: IEEE; offenbart einen Hybridgleichrichter mit einem thyristorbasierten und einem transistorbasierten Gleichrichter. Dabei dient der transistorbasierte Gleichrichter des Hybrid- Gleichrichters einer Frequenzunterstützung eines an den Hybridgleichrichter angeschlossenen AC-Netzes in einem Kurzzeit- / Kleinleistungs-Maßstab, z.B. zur Glättung einer Frequenzänderungsrate und zum Zeitgewinn für die Wirkung des thyristorbasierten Gleichrichters. Der thyristorbasierte Gleichrichter dient einer Frequenzunterstützung des AC-Netzes im Langzeit- / Großleistungs-Maßstab.

Auch die Druckschrift DE 10 2020 124964 A1 offenbart einen Hybridgleichrichter mit einem Thyristor-Gleichrichter und einem Transistor-Gleichrichter zur Versorgung einer DC-Last aus einem AC-Netz. Bei einer DC-Spannung an einem DC-Ausgang des Hybrid-Gleichrichters unterhalb eines Spannungs-Schwellwertes wird der Hybrid- Gleichrichter in einem ersten Betriebszustand betrieben, in dem eine Gesamt- Wirkleistung von dem AC-Eingang zu dem DC-Ausgang des Hybrid-Gleichrichters über den Thyristor-Gleichrichter und nicht über den Transistor-Gleichrichter transportiert wird. Wenn die DC-Spannung am DC-Ausgang des Hybrid-Gleichrichters den Spannungs-Schwellwert erreicht oder überschreitet, wird die Gesamt-Wirkleistung von dem AC-Eingang zu dem DC-Ausgang des Hybrid-GR sowohl über den Thyristor- Gleichrichter als auch über den Transistor-Gleichrichter transportiert.

Die Druckschrift DE 10 2018 133 641 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb einer Elektrolysevorrichtung mit einem Umrichter, der wechselspannungsseitig über eine Entkopplungsimpedanz an ein Wechselspannungsnetz angeschlossen ist und einem Elektrolyseur, der gleichspannungsseitig an den Umrichter angeschlossen ist. Bei einer Netzfrequenz, die einer Nennfrequenz des Wechselspannungsnetzes entspricht und zeitlich konstant ist, wird die Elektrolysevorrichtung mit einer elektrischen Leistung betrieben, die zwischen 50% und 100% einer Nennleistung des Elektrolyseurs beträgt. Der Umrichter wird dabei spannungseinprägend betrieben, so dass die dem Wechselspannungsnetz entnommene AC-Wirkleistung unmittelbar in Abhängigkeit einer Änderung und/oder einer Änderungsrate der Netzfrequenz im Wechselspannungsnetz geändert wird.

Aufgabe der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Versorgungseinheit für einen DC- Verbraucher, insbesondere einen Elektrolyseur, anzugeben, die die oben aufgeführten Anforderungen in verbesserter Art und Weise ermöglicht. Es ist zudem Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betrieb der Versorgungseinheit und eine Elektrolyseanlage mit einer derartigen Versorgungseinheit aufzuzeigen.

Lösung

Die Aufgabe, eine Versorgungseinheit für einen DC-Verbraucher, insbesondere einen Elektrolyseur, aufzuzeigen, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Die Aufgabe, ein Verfahren zum Betrieb der Versorgungseinheit aufzuzeigen, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen der Ansprüche 11 und 14 gelöst. Die Aufgabe, eine Elektrolyseanlage mit einer derartigen Versorgungseinheit aufzuzeigen, wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruchs 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen der Versorgungseinheit sind in den Ansprüchen 2 bis 10 wiedergegeben. Vorteilhafte Ausführungsformen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 12 und 13, vorteilhafte Ausführungsformen der Elektrolyseanlage sind in den Ansprüchen 16 und 17 aufgeführt.

Beschreibung der Erfindung

Eine erfindungsgemäße Versorgungseinheit für einen DC-Verbraucher umfasst: einen DC-Anschluss zur Verbindung mit dem DC-Verbraucher einen ersten AC-Anschluss, der über einen ersten AC/DC-Wandler mit einem DC-Bus verbunden ist, einen zweiten AC-Anschluss, der über einen zweiten AC/DC-Wandler mit dem DC-Anschluss verbunden ist, einen Energiespeicher, der über einen ersten DC/DC-Wandler mit dem DC-Bus verbunden ist, einen zweiten DC/DC-Wandler, der den DC-Bus mit dem DC-Anschluss verbindet und in Bezug auf den DC-Anschluss stromstellend betreibbar ist, und eine Steuerungseinheit zur Steuerung der Versorgungseinheit, insbesondere des ersten und des zweiten AC/DC-Wandlers, des ersten und des zweiten DC/DC- Wandlers sowie der jeweils zugeordneten Trenneinheiten. Die Versorgungseinheit ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste DC/DC-Wandler als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgeführt ist und die Steuerungseinheit eingerichtet ist, den ersten DC/DC-Wandler in Bezug auf den DC-Bus spannungsstellend zu betreiben, und der erste AC/DC-Wandler als bidirektionaler AC/DC-Wandler ausgeführt ist und die Steuerungseinheit eingerichtet ist, den ersten AC/DC-Wandler in Bezug auf den ersten AC-Anschluss spannungsstellend zu betreiben.

Unter dem Begriff DC-Verbraucher ist ein Gerät zu verstehen, das während seines Betriebs elektrische Gleichstrom- (DC-) Leistung verbraucht, insbesondere durch elektrische DC-Leistung versorgt wird. Das heißt jedoch nicht, dass es ausschließlich zum Verbrauch von DC-Leistung ausgelegt ist. Vielmehr ist es auch möglich, dass das Gerät sowohl als DC-Verbraucher als auch als DC-Quelle operieren kann, welches in einigen Zeitabschnitten DC-Leistung verbraucht und in anderen Zeitabschnitten DC- Leistung erzeugt. Bei dem DC-Verbraucher kann es sich insbesondere um einen Elektrolyseur handeln. Die Anmeldung ist jedoch nicht auf einen Elektrolyseur als DC- Verbraucher limitiert. Beispielsweise können bestimmte Elektrolyseure sowohl als DC- Verbraucher, als auch als DC-Quelle, insbesondere als Brennstoffzelle operieren. Der erste DC-Anschluss kann zur Verbindung mit einer ersten Sekundärwicklung einer Transformatoreinheit ausgelegt sein, die dem ersten AC-Anschluss der Versorgungseinheit eine erste AC-Spannung Ui aus einem AC-Netz bereitstellt. Der zweite AC-Anschluss kann zur Verbindung mit einer zweiten Sekundärwicklung der Transformatoreinheit ausgelegt sein, um dem zweiten AC-Anschluss der Versorgungseinheit eine zweite AC-Spannung U2 aus dem AC-Netz bereitzustellen. Bei dem ersten AC/DC-Wandler wie auch bei dem zweiten AC/DC-Wandler kann es sich insbesondere um transistorbasierte AC/DC-Wandler handeln. Dabei kann auch der zweite AC/DC-Wandler als bidirektionaler AC/DC-Wandler ausgeführt sein, wie dies für den ersten AC/DC-Wandler der Fall ist. Der erste DC/DC-Wandler, wie auch der zweite DC/DC-Wandler können jeweils als transistorbasierter DC/DC-Wandler ausgeführt sein.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betrieb der Versorgungseinheit zielt in einem ersten Aspekt auf die elektrische Versorgung des DC-Verbrauchers, insbesondere eines Elektrolyseurs. Bei dem Verfahren ist die Versorgungseinheit über ihren DC- Anschluss mit dem DC-Verbraucher, also insbesondere dem Elektrolyseur als DC- Verbraucher, verbunden. An dem ersten AC-Anschluss der Versorgungseinheit wird eine erste AC-Spannung Ui bereitgestellt, beispielsweise indem der erste AC- Anschluss mit einer ersten Sekundärwicklung einer Transformatoreinheit verbunden ist. Weiterhin wird an dem zweiten AC-Anschluss der Versorgungseinheit eine zweite AC-Spannung U2 bereitgestellt, beispielsweise indem der zweite AC-Anschluss mit einer zweiten Sekundärwicklung der Transformatoreinheit, verbunden ist. Das Verfahren umfasst dabei die Schritte:

Versorgen des DC-Verbrauchers, insbesondere des Elektrolyseurs, in einem Teillastbetrieb oder bei dessen Vorladung mit einem Leistungsfluss durch den ersten AC/DC-Wandler, der dabei in Bezug auf den ersten AC-Anschluss spannungsstellend betrieben wird, wobei ein Leistungsfluss durch den zweiten AC/DC- Wandler unterdrückt wird, und

Versorgen des DC-Verbrauchers, insbesondere des Elektrolyseurs, in einem Normalbetrieb mit einem gleichzeitigen Leistungsfluss durch den ersten AC/DC- Wandler und den zweiten AC/DC-Wandler. Dabei ist die Steuerungseinheit der Versorgungseinheit eingerichtet, die Versorgungseinheit in einem mit dem AC-Netz und dem DC-Verbraucher verbundenen Zustand gemäß dem Verfahren zum Betrieb zu betreiben. Dabei kann die Steuerungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet sein, die Versorgungseinheit - gegebenenfalls in einem mit dem AC-Netz und dem DC- Verbraucher verbundenen Zustand - gemäß dem Verfahren zum Aufstarten zu betreiben.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufstarten einer derartigen Versorgungseinheit zielt in einem zweiten Aspekt auf einen Schwarzstart oder Braunstart der Versorgungseinheit und auch eines die Versorgungseinheit aufweisenden AC-Netzes. Bei dem Verfahren ist die Versorgungseinheit über ihren DC-Anschluss mit dem DC-Verbraucher, insbesondere einem Elektrolyseur als DC- Verbraucher verbunden. Weiterhin ist die Versorgungseinheit mit ihrem ersten AC- Anschluss mit einer ersten Sekundärwicklung und mit ihrem zweiten AC-Anschluss mit einer zweiten Sekundärwicklung einer Transformatoreinheit verbunden. Das Verfahren zum Schwarzstart oder Braunstart umfasst die folgenden Schritte:

Aufladen des Energiespeichers der Versorgungseinheit, sofern dieser nicht schon ausreichend geladen ist,

Bereitstellen einer DC-Busspannung UDC-BUS auf dem DC-Bus durch einen spannungsstellenden Betrieb des ersten DC/DC-Wandlers

Bereitstellen einer ersten AC-Spannung Ui an dem ersten AC-Anschluss der Versorgungseinheit durch einen in Bezug auf den ersten AC-Anschluss spannungsstellenden Betrieb des AC/DC-Wandlers,

Schließen einer der Versorgungseinheit und/oder des ersten AC/DC-Wandlers zugeordneten AC-Trenneinheit, sofern diese nicht schon geschlossen ist. Die Steuerungseinheit der Versorgungseinheit ist eingerichtet, die Versorgungseinheit - gegebenenfalls in einem mit dem AC-Netz und dem DC-Verbraucher verbundenen Zustand - gemäß dem Verfahren zum Aufstarten zu betreiben. Dabei kann die Steuerungseinheit zusätzlich dazu eingerichtet sein, die Versorgungseinheit in einem mit dem AC-Netz und dem DC-Verbraucher verbundenen Zustand gemäß dem Verfahren zum Betrieb zu betreiben.

Mit einer derart ausgelegten Versorgungseinheit und den Verfahren lässt sich die eingangs genannte Aufgabe in besonders effizienter Art und Weise lösen. So erlaubt die Versorgungseinheit eine elektrische Versorgung des ihr jeweils zugeordneten DC- Verbrauchers, der insbesondere als Elektrolyseur ausgeführt sein kann, mit hohem Wirkungsgrad. Konkret wird nämlich der DC-Verbraucher im Teillastbetrieb lediglich über einen Leistungsfluss aus dem ersten AC/DC-Wandler versorgt, wobei ein Leistungsfluss aus dem zweiten AC/DC-Wandler unterdrückt wird. Dadurch kann der erste AC/DC-Wandler aufgrund der geringeren Betriebsspannung im Teillastbereich besonders effizient und mit hohem Wirkungsgrad betrieben werden. Erst im normalen Betrieb des DC-Verbrauchers erfolgt dessen elektrische Versorgung über gleichzeitige Leistungsflüsse durch den ersten und den zweiten AC/DC-Wandler. Da beide AC/DC- Wandler über ihre jeweils zugeordneten AC-Anschlüsse mit jeweils unterschiedlichen AC-Spannungen Ui, U2 verbunden sind, beispielsweise über unterschiedliche, insbesondere galvanisch getrennte, Sekundärwicklungen einer Transformatoreinheit, werden der erste AC/DC-Wandler und der zweite AC/DC-Wandler derart voneinander entkoppelt, dass ein spannungsstellender Betrieb des ersten AC/DC-Wandlers und - gleichzeitig dazu - ein stromstellender Betrieb des zweiten AC/DC-Wandlers ermöglicht wird. Weiterhin können die bei der Wandlung insgesamt entstehenden Verluste reduziert werden. Beide AC/DC-Wandler können nämlich zum Erreichen ihrer jeweilig zugeordneten DC-Spannungen ausgehend von ihren jeweilig zugeordneten AC-Spannungen so betrieben werden, dass für jeden der beiden AC/DC-Wandler ein übermäßiges Hochsetzen und damit einhergehende Wandlungsverluste vermieden werden.

Auch ein Vorladen des der Versorgungseinheit zugeordneten DC-Verbrauchers, insbesondere des Elektrolyseurs, kann besonders effizient erfolgen. Indem nämlich der erste DC/DC-Wandler bidirektional ausgeführt ist und in Bezug auf den DC Bus spannungsstellend betreibbar ist, kann er die an dem DC-Bus anliegende DC- Busspannung UDC.BUS, insbesondere auch bei Spannungsschwankungen des internen AC-Netzes und/oder bei Spannungsänderungen aufgrund des Energieinhaltes des Energiespeichers, auf einem konstanten Wert halten. Aus dieser konstanten DC- Spannung kann sich der zweite DC/DC-Wandler bedienen, der dann hinsichtlich des DC-Anschlusses stromstellend betrieben wird, also derart betrieben wird, einen vordefinierten Strom an seinem Ausgang - und somit an dem DC-Anschluss der Versorgungseinheit - bereitzustellen. Auf diese Weise operiert der zweite DC/DC- Wandler während der Vorladung als eine Stromquelle, die ein kontrolliertes Vorladen ohne unkontrollierte Stromschwankungen ermöglicht. Dies gilt auch für den Teillastbetrieb und/oder den Normalbetrieb der Versorgungseinheit, da auch dort der zweite DC/DC-Wandler in Bezug auf den DC-Anschluss stromstellend betrieben werden kann. Indem die Versorgungseinheit selbst einen geeignet dimensionierten Energiespeicher aufweist, ist auch ein Hochfahren des internen AC-Netzes mit keiner oder nur geringer externer Leistungszufuhr - ggf. in Verbindung mit weiteren dem internen AC-Netz zugeordneten Versorgungseinheiten - gewährleistet. Sollte der Energiespeicher nicht ausreichend geladen sein, kann er über eine Hilfsenergiequelle, beispielsweise einen Generator mit Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle aufgeladen werden. Die Hilfsenergiequelle kann hierzu mit dem internen AC-Netz koppelbar sein. Sie kann eine lediglich kleine Nominalleistung aufweisen, da ein Aufladen des Energiespeichers nicht zu 100% erfolgen muss und zudem auch nicht innerhalb einer kurzen Zeit erledigt sein muss. Unabhängig davon gibt es bei einer Vielzahl von entsprechend ausgelegten und mit dem internen AC-Netz verbundenen Versorgungseinheiten in der Regel einzelne Versorgungseinheiten, die einen ausreichend aufgeladenen Energiespeicher aufweisen, die dann als VersorgungseinheitA/ersorgungseinheiten für den Schwarzstart oder Braunstart genutzt werden kann/können. Bei dem Schwarz- oder Braunstart kann der erste DC/DC-Wandler unter Leistungsentnahme aus dem Energiespeicher eine vordefinierte DC-Spannung auf dem DC-Bus bereitstellen. Aufgrund seines hinsichtlich des DC-Busses spannungsstellenden Betriebs kann der erste DC/DC-Wandler diese DC-Spannung - insbesondere auch bei einem durch die Energieentnahme bedingtem Abfall einer DC-Spannung an dem Energiespeicher - auf dem DC-Bus konstant halten. Aus der konstanten DC-Busspannung UDC-BUS des DC- Busses kann der erste AC/DC-Wandler Leistung entnehmen und aufgrund seiner bidirektionalen Betriebsweise eine erste AC-Spannung Ui an dem ersten AC- Anschluss - und über die erste Sekundärwicklung auch an der Primärseite der Transformatoreinheit bereitstellen. Dies ist insbesondere deswegen möglich, weil der erste AC/DC-Wandler in Bezug auf den ersten AC-Anschluss spannungsstellend betrieben werden und so für eine geeignete Vormagnetisierung der Transformatoreinheit sorgen kann. Vorteilhafterweise kann die erste AC-Spannung Ui zumindest temporär konstant gehalten werden. Danach kann eine auf der Primärseite der Transformatoreinheit angeordnete AC-Trenneinheit geschlossen werden, sofern sie nicht ohnehin schon geschlossen ist, so dass die AC-Spannung in dem internen AC-Netz, zumindest jedoch in einem Teilbereich des internen AC-Netzes präsent ist. Mit der in dem internen AC-Netz präsenten AC-Spannung können sich weitere dem internen AC-Netz zugeordnete Versorgungseinheiten, nachdem sie in gleicher Art und Weise eine AC Spannung Ui an ihrem ersten AC-Anschluss erzeugt haben, synchronisieren und verbinden. Auch dem internen AC-Netz zugeordnete Energieerzeugungseinheiten, beispielsweise Photovoltaik- (PV-) Anlagen und/oder Windkraftanlagen, können sich mit der AC-Spannung, die in dem internen AC-Netz präsent ist und die durch die damit bereits verbundenen Versorgungseinheiten aufrechterhalten wird, synchronisieren und verbinden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in der nachfolgenden Beschreibung und den Unteransprüchen angegeben, deren Merkmale einzeln und in beliebiger Kombination miteinander angewendet werden können.

In einer Ausführung der Versorgungseinheit kann der zweite AC/DC-Wandler in Bezug auf den DC-Anschluss stromstellend betreibbar sein. Entsprechend kann auch die Steuerungseinheit eingerichtet sein, den zweiten AC/DC-Wandler in Bezug auf den DC-Anschluss stromstellend zu betreiben, so dass an seinem DC-Anschluss ein vorgegebener Strom bereitgestellt wird. Dies ist dann vorteilhaft, wenn auch durch den zweiten AC/DC-Wandler ein Leistungsfluss bereitgestellt wird, beispielsweise in dem Normalbetrieb der Versorgungseinheit. Insbesondere bei einem Elektrolyseur als DC- Verbraucher kann so auch über den zweiten AC/DC-Wandler eine Produktionsrate bei dem Elektrolyseprozess vorgegeben werden, so wie das auch bei dem zweiten DC/DC-Wandler mit seinem in Bezug auf den DC-Anschluss stromstellenden Betrieb der Fall ist. Alternativ oder kumulativ dazu ist es möglich, dass der zweite DC/DC- Wandler in Bezug auf seinen Leistungsfluss als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgelegt ist. Auf diese Weise kann insbesondere bei einem Elektrolyseur als DC- Verbraucher eine elektrische Ladung, die gegebenenfalls in dem Elektrolyseur verfügbar ist, zusätzlich zu dem Energiespeicher beim Hochfahren des internen AC- Netzes genutzt werden. Dabei kann es vorteilhaft sein, dass der zweite DC/DC- Wandler bei einem Leistungsfluss in Richtung des DC-Busses in Bezug auf den DC- Bus spannungsstellend betreibbar ist. Insbesondere kann dabei die Steuerungseinheit eingerichtet sein, den zweiten DC/DC-Wandler in Bezug auf den DC-Bus spannungsstellend zu betreiben. Auf diese Weise kann der zweite DC/DC-Wandler den ersten DC/DC-Wandler beim Stellen einer DC-Spannung auf dem DC-Bus optimal unterstützen. Zusätzlich ist es mittels eines bidirektionalen zweiten DC/DC-Wandler ebenfalls möglich, eine Eingangskapazität des DC-Verbrauchers kontrolliert zu entladen und die Ladung über den DC-Bus und den ersten DC/DC-Wandler in den Energiespeicher zu transferieren, um diese dort zu speichern. Hierzu kann der Energiespeichervorteilhafterweise einen oder mehrere Superkondensatoren und/oder einen oder mehrere Akkumulatoren umfassen.

In einer Ausführungsform kann der zweite DC/DC-Wandler ausgelegt sein, eine an dem DC-Bus anliegende DC-Spannung UDC.BUS auf eine an dem DC-Anschluss anliegende DC-Spannung UDC,2I herabzusetzen, also von dem DC-Bus in Richtung des DC-Anschlusses tiefsetzend zu operieren. Bei einem Leistungsfluss von dem DC- Anschluss in Richtung des DC-Busses kann er entsprechend hochsetzend operieren. Auf diese Weise kann der zweite DC/DC-Wandler einerseits eine Vorladung einer Eingangskapazität des DC-Verbrauchers beginnend von einer entladenen, also spannungsfreien Eingangskapazität in kontrollierter Art und Weise durchführen. Andererseits ist es so auch möglich, bei Bedarf die Eingangskapazität des DC- Verbrauchers wieder vollständig, zumindest nahezu vollständig, zu entladen.

Es ist möglich, dass das AC-Netz selbst zwei unterschiedliche AC-Spannungen, insbesondere zwei AC-Spannungen mit unterschiedlichen Spannungsamplituden aufweist. In diesem Fall kann die AC-Spannung mit der kleineren Spannungsamplitude an den ersten AC-Anschluss und die AC-Spannung mit der größeren Spannungsamplitude an den zweiten AC-Anschluss angeschlossen werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass die Versorgungseinheit zusätzlich eine Transformatoreinheit umfasst oder mit einer Transformatoreinheit verbunden ist. Die Transformatoreinheit kann eine Primärseite zum Anschluss an ein AC-Netz und eine Sekundärseite mit einer ersten Sekundärwicklung und einer zweiten Sekundärwicklung aufweisen. Dabei kann die erste Sekundärwicklung zur Bereitstellung der ersten AC-Spannung Ui ausgelegt sein und mit dem ersten AC- Anschluss verbunden sein. Die zweite Sekundärwicklung kann zur Bereitstellung der zweiten AC-Spannung U2 ausgelegt sein und mit dem zweiten AC-Anschluss verbunden sein. Dabei kann ein Wicklungsverhältnis der Transformatoreinheit derart ausgelegt sein, dass eine zweite Amplitude Ü2 der zweiten AC-Spannung U2 größer ist, insbesondere um zumindest einen Faktor 1 ,3 größer ist, als eine erste Amplitude Ü1 der ersten AC-Spannung Ui. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn eine DC-Busspannung eine DC-Spannung übersteigt, die an dem Elektrolyseur anliegt, während der Elektrolyseur bei seiner maximal möglichen Leistung, beispielsweise seiner Nominalleistung, betrieben wird. Alternativ dazu kann jedoch ein Wicklungsverhältnis der Transformatoreinheit auch derart ausgelegt sein, dass eine zweite Amplitude Ü2 der zweiten AC-Spannung U2 kleiner ist, insbesondere um zumindest einen Faktor 1 ,3 kleiner ist, als eine erste Amplitude Üi der ersten AC- Spannung Ui. Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn eine DC- Busspannung eine DC-Spannung unterschreitet, die an dem Elektrolyseur anliegt, während der Elektrolyseur bei seiner maximal möglichen Leistung, beispielsweise seiner Nominalleistung, betrieben wird. Im Rahmen der Erfindung ist es jedoch auch möglich, dass die erste Amplitude Üi der ersten AC-Spannung Ui gleich der zweiten Amplitude Ü2 der zweiten AC-Spannung U2 ist.

Dabei kann ein durch die Versorgungseinheit insgesamt bereitgestellter Leistungsfluss während des Normalbetriebs, beispielsweise bei einer Nominalleistung des DC- Verbrauchers, insbesondere des Elektrolyseurs, zu einem Anteil von 25% bis 40% über den ersten AC/DC-Wandler und zu einem Anteil von 60% bis 75% über den zweiten AC/DC-Wandler erfolgen.

Um den Leistungsfluss durch den zweiten AC/DC-Wandler im Teillastbetrieb und/oder bei Vorladung des DC-Verbrauchers zu unterdrücken, kann der zweite AC/DC- Wandler über einen Trennschalter mit dem DC-Anschluss der Versorgungseinheit verbunden sein. Alternativ oder kumulativ dazu kann auch ein AC-Trennschalter zwischen dem zweiten AC-Anschluss und dem zweiten AC/DC-Wandler angeordnet sein. Dabei kann der Trennschalter in einem Verbindungsmodul der Versorgungseinheit angeordnet sein. Die Versorgungseinheit kann zusätzlich auch weitere Trenneinheiten umfassen, beispielsweise zwischen dem ersten AC/DC- Wandler und dem ersten AC-Anschluss, zwischen dem ersten DC/DC-Wandler und dem Energiespeicher und/oder zwischen dem zweiten DC/DC-Wandler und dem DC- Anschluss. Dabei können mehrere der Trennschalter gegebenenfalls, auch mehrere Sicherungen, in dem Verbindungsmodul der Versorgungseinheit angeordnet sein.

Bei verschiedenen DC-Verbrauchern sind während ihres Betriebes auch AC- Verbraucher elektrisch zu versorgen. So sind bei einem Elektrolyseur als DC- Verbraucher beispielsweise Pumpen zur Förderung und zum Abtransport der Medien, ggf. auch eine Heizung elektrisch zu versorgen. Vorteilhafterweise kann die Versorgungseinheit auch einen weiteren AC-Hilfsversorgungsanschluss zur Versorgung von einem oder mehreren dem DC-Verbraucher zugeordneten AC- Verbrauchern aufweisen.

Eine erfindungsgemäße Elektrolyseanlage umfasst: einen oder mehrere Elektrolyseure als DC-Verbraucher, und einen oder mehrere Versorgungseinheiten, und eine oder mehrere Transformatoreinheiten, die Teil der einen oder mehreren Versorgungseinheiten ist/sind, oder über die die eine oder mehreren Versorgungseinheiten mit einem AC-Netz verbindbar ist/sind. Es ergeben sich die bereits im Zusammenhang mit der Versorgungseinheit und dem Verfahren aufgeführten Vorteile.

In einer Ausführungsform kann die Elektrolyseanlage mehrere Versorgungseinheiten aufweisen, wobei zumindest eine der einen oder mehreren Transformatoreinheiten mehr als zwei Sekundärwicklungen aufweist, und wobei eine Mehrzahl von Versorgungseinheiten über eine gemeinsame Transformatoreinheit mit dem AC-Netz verbindbar sind. Die Elektrolyseanlage kann zusätzlich eine Hilfsenergiequelle zum Aufladen des / der Energiespeicher aufweisen. Die Hilfsenergiequelle kann als eine mit Wasserstoff betreibbare Hilfsenergiequelle, ausgebildet sein und beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle umfassen.

Kurzbeschreibunq der Figuren

Im Folgenden wird die Erfindung mithilfe von Figuren dargestellt. Von diesen zeigen

Fig. 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrolyseanlage;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrolyseanlage.

Figurenbeschreibung

Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrolyseanlage 100 mit mehreren Versorgungseinheiten 20, die jeweils mit einem DC-Verbraucher 50 - hier exemplarisch ein Elektrolyseur 51 - verbunden sind. Der Elektrolyseur ist Teil einer Elektrolyseeinheit 55, die neben einer oder mehrerer Pumpen 53 zur Förderung von Elektrolyse-Edukten und zum Abtransport von Elektrolyse-Produkten, einer Heizung 54 zur Temperierung der Elektrolyse-Edukte und ggf. des Elektrolyseurs 50, auch eine Steuerungseinheit 52 zur Steuerung der Elektrolyseeinheit 53 beinhaltet. Die mehreren Versorgungseinheiten 20 können jeweils gleichartig, zumindest jedoch weitgehend gleichartig aufgebaut sein, weswegen in Fig. 1 lediglich eine der mehreren Versorgungseinheiten 20 dargestellt ist. Weitere Versorgungseinheiten 20 sind in Fig. 1 über die drei Punkte symbolisiert. Die Versorgungseinheit 20 weist einen ersten AC-Anschluss 22 auf, der über einen ersten bidirektional betreibbaren AC/DC Wandler 24 mit einem DC-Bus 26 verbunden ist. Ein zweiter AC-Anschluss 23 der Versorgungseinheit 20 ist über einen zweiten AC/DC-Wandler 25 und einen Trennschalter 31 mit einem DC-Anschluss 21 der Versorgungseinheit 20 verbunden. Weiterhin ist der erste DC-Anschluss 22 mit einem AC-Hilfsversorgungsanschluss 32 verbunden, über den dem DC-Verbraucher zugeordnete AC-Verbraucher - hier exemplarisch die Pumpe 53 und die Heizung 54 - versorgt werden können.

Der DC-Bus 26 ist über einen bidirektional betreibbaren ersten DC/DC-Wandler 27 mit einem Energiespeicher 29 verbunden. Bei dem ersten DC/DC-Wandler 27 kann es sich, je nach einem Spannungsverhältnis von dem Energiespeichers 29 und einer an dem DC-Bus 26 anliegenden Spannung UDC-BUS, um einen in Richtung auf den DC-Bus 26 hochsetzenden, oder einen in Richtung auf den DC-Bus 26 tiefsetzenden DC/DC- Wandler handeln. Im Rahmen der Erfindung kann auch ein kombinierter Hoch- Tiefsetzsteller als erster DC/DC-Wandler 27 verwendet werden. Der erste DC/DC- Wandler 27 ist in Bezug auf den DC-Bus 26 spannungsstellend betreibbar, also in der Lage, eine vordefinierte Spannung UDC-BUS auf dem DC-Bus 26 einzustellen und konstant zu halten. Hierzu kann er elektrische Leistung aus dem Energiespeicher 29 in den DC-Bus 26 oder zurück transferieren. Der DC-Bus 26 ist weiterhin über einen zweiten DC/DC-Wandler 28 ebenfalls mit dem DC-Anschluss 21 der Versorgungseinheit 20 verbunden. Der zweite DC/DC-Wandler 28 ist in Form eines von dem DC-Bus 26 in Richtung auf den DC-Anschluss 21 tiefsetzenden DC/DC- Wandlers ausgeführt und in Bezug auf den DC-Anschluss 21 stromstellend betreibbar. Er ist somit in der Lage, an seinem mit dem DC-Anschluss 21 verbundenen Anschluss einen vordefinierten Strom einzustellen und aufrecht zu erhalten. Optional kann der zweite DC/DC-Wandler 28 auch bidirektional betreibbar ausgeführt sein, so dass nicht nur elektrische Leistung von dem DC-Bus 26 in Richtung des DC-Anschlusses 21 , sondern auch von dem DC-Anschluss 21 in Richtung des DC-Busses 26 transferiert werden kann. Die Versorgungseinheit 20 weist weiterhin eine Steuerungseinheit 30 zu ihrer Steuerung auf. Diese ist zu Steuerungszwecken der Elektrolyseanlage 100 mit der Steuerungseinheit 53 der Elektrolyseeinheit 55 verbunden, was in Fig. 1 durch eine gestrichelte Linie symbolisiert ist. Zur Energieversorgung des DC-Verbrauchers 50 ist die Versorgungseinheit 20 über eine Transformatoreinheit 40 und eine AC-Trenneinheit 41 mit einem AC-Netz 60 verbunden, das eine AC-Spannung Lhetz mit der Amplitude ÜNetz aufweist. Die Transformatoreinheit 40 weist eine mit dem AC-Netz 60 gekoppelte Primärseite 40P und mit eine mit mehreren Versorgungseinheiten 20 koppelbare Sekundärseite 40S auf, die mehrere Sekundärwicklungen - exemplarisch vier Sekundärwicklungen - umfasst. Von den insgesamt vier Sekundärwicklungen 45-48 liegt an der Sekundärwicklung 45 die AC-Spannung Ui mit der Amplitude Üi an, während an der Sekundärwicklung 46 die zweite AC-Spannung U2 mit der Amplitude Ü2 anliegt. Die Sekundärwicklung 45 ist mit einem ersten AC-Anschluss 22 der Versorgungseinheit 20, die Sekundärwicklung 46 mit dem zweiten AC-Anschluss 23 der Versorgungseinheit 20 verbunden. Weiterhin kann die Sekundärwicklung 47 mit einem ersten AC-Anschluss 22 und die Sekundärwicklung 48 mit einem zweiten AC- Anschluss 23 einerweiteren Versorgungseinheit 20 (in Fig. 1 nicht gezeigt) verbunden sein. Dabei kann die Sekundärwicklung 47 eine erste AC-Spannung Ui und die Sekundärwicklung U2 eine zweite AC-Spannung aufweisen. Die Amplituden der ersten AC-Spannungen Ui an den Sekundärwicklungen 45 und 47, können gleich, aber auch unterschiedlich sein. Analog können auch die Amplituden der zweiten AC-Spannungen U2 an den Sekundärwicklungen 46 und 48 gleich, aber auch unterschiedlich sein. Die weitere Versorgungseinheit 20 kann mit demselben Elektrolyseur 51 der Versorgungseinheit 20 verbunden sein. Alternativ dazu kann die weitere Versorgungseinheit 20 auch einen separaten ihr zugeordneten weiteren Elektrolyseur 51 oder eine weitere Elektrolyseeinheit 55 aufweisen.

In einem Teillastbetrieb des Elektrolyseurs 51 und/oder bei dessen Vorladung ist der Trennschalter 31 geöffnet, so, dass ein Leistungsfluss durch den zweiten AC/DC- Wandler 25 verhindert wird. In diesen Fällen erfolgt die Versorgung über den zweiten DC/DC-Wandler 28, der hierzu stromstellend betrieben wird und elektrische Leistung dem DC-Bus 26 entnimmt. Die dem DC-Bus 26 entnommene Leistung wird diesem durch den ersten AC/DC-Wandler 24 aus dem AC-Netz 60, gegebenenfalls auch durch den ersten DC/DC-Wandler 27 aus dem Energiespeicher 29 wieder zugeführt. Dabei wird der erste DC/DC-Wandler 27 auf den DC-Bus 26 spannungsstellend betrieben. Sollte die DC-Busspannung UDC-BUS ansteigen und einen vordefinierten Wert überschreiten, so kann der erste DC/DC-Wandler 24 dem Ansteigen durch einen in den Energiespeicher 29 gerichteten Leistungsfluss entgegenwirken. Sollte umgekehrt die DC-Busspannung UDC-BUS abfallen, so kann der erste DC/DC-Wandler 24 dem Abfallen durch einen aus dem Energiespeicher 29 in den DC-Bus 26 gerichteten Leistungsfluss entgegenwirken. In einem Normalbetrieb wird der Elektrolyseur 51 durch einen gleichzeitigen Leistungsfluss sowohl aus dem ersten AC/DC-Wandler 24 als auch aus dem zweiten AC/DC-Wandler 25 versorgt. Hierzu wurde zuvor eine Spannung am Ausgang des zweiten AC/DC-Wandlers 25 mit einer an dem DC- Anschluss 21 anliegenden Spannung angeglichen und der Trennschalter 31 geschlossen. Auch in dem Normalbetrieb kann der erste DC/DC Wandler in Bezug auf den DC-Bus 26 spannungsstellend betrieben werden.

Bei einem Schwarz- und/oder Braunstart soll auf der Primärseite 40P der Transformatoreinheit 40 ein internes AC-Netz 60 aufgebaut und die Transformatoreinheit vormagnetisiert werden. Hierzu wird über den ersten DC/DC- Wandler 27 eine vordefinierte DC-Busspannung UDC-BUS auf dem DC-Bus 26 aufgebaut. Der erste AC/DC-Wandler 24 wird in Bezug auf den ersten DC-Anschluss 22 spannungsstellend betrieben und generiert so an der ersten Sekundärwicklung 45 - und damit auch auf der Primärseite 40P der Transformatoreinheit 40 - eine AC- Spannung. Für den Fall, dass die Versorgungseinheit 20 diejenige ist, die als erste der mehreren Versorgungseinheiten 20 das interne AC-Netz aufbauen soll, falls also noch keine AC-Spannung in dem AC-Netz vorhanden ist, kann die AC-Trenneinheit 41 geschlossen sein und die AC-Spannung in dem AC-Netz kann sich zusammen mit der an der Primärseite der Transformatoreinheit 40 erzeugten AC-Spannung ausbilden. Für den Fall, dass schon eine AC-Spannung in dem AC-Netz vorhanden ist, kann die AC-Trenneinheit 41 geöffnet sein und erst geschlossen werden, nachdem die AC- Spannung auf der Primärseite 40P der Transformatoreinheit 40 mit der AC Spannung UNetz in dem AC-Netz 60 synchronisiert wurde. Alternativ dazu ist es auch möglich, dass die Versorgungseinheit 20 eine zwischen dem ersten AC/DC-Wandler 24 und dem ersten AC-Anschluss 22 angeordnete weitere AC-Trenneinheit (in Fig. 1 nicht dargestellt) aufweist. Dabei kann zum Synchronisieren (bei geschlossener AC- Trenneinheit) eine an dem AC-seitigen Anschluss des ersten AC/DC-Wandlers 24 anliegende AC-Spannung mit einer an der ersten Sekundärwicklung 45 und damit einer an dem ersten AC-Anschluss 22 der Versorgungseinheit 20 anliegenden AC- Spannung synchronisiert werden. Nach erfolgter Synchronisation kann dann die weitere AC-Trenneinheit geschlossen werden. Das Ausbilden der AC-Spannung in dem internen AC-Netz 60 muss nicht zwingenderweise bis zu einer Nominalspannung des AC-Netzes 60 allein durch die zuerst dem internen AC-Netz 60 zugeschaltete Versorgungseinheit 20 und unter Nutzung lediglich ihres zugeordneten Energiespeichers 29 erfolgen. Vielmehr ist es möglich, dass der Aufbau der nominellen AC-Spannung UNetz gestaffelt erfolgt. Beispielsweise kann die zuerst dem internen AC-Netz 60 zugeschaltete Versorgungseinheit 20 lediglich einen Bruchteil der Nominalspannung des AC-Netzes 60 erzeugen, auf die sich dann andere dem internen AC-Netz 60 zugeordnete Versorgungseinheiten 20 synchronisieren. Nach deren Synchronisation können diese ebenfalls dem internen AC-Netz 60 zugeschaltet werden und mit ihren jeweiligen Energiespeichern 29 ein weiteres Hochfahren der AC-Spannung llNetz in dem AC-Netz 60 unterstützen. Alternativ oder kumulativ dazu können auch weitere Energieerzeugungsanlagen, beispielsweise Photovoltaik (PV-) oder

Windkraftanlagen, mit dem internen AC-Netz 60 synchronisiert und diesem zugeschaltet werden.

In Fig. 2 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrolyseeinheit 100 dargestellt. Sie gleicht in vielen Punkten der ersten Ausführungsform der Elektrolyseeinheit 100, weswegen in Bezug auf die gleichartigen Merkmale auf die Beschreibung der Fig. 1 verwiesen wird. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zu der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform erläutert.

Die in Fig. 2 dargestellten zweite Ausführungsform der Elektrolyseanlage 100 weist lediglich eine Versorgungseinheit 20, die jedoch im Gegensatz zu der Versorgungseinheit 20 der Fig. 1 selbst eine Transformatoreinheit 40 und eine AC- Trenneinheit 41 umfasst. Die Transformatoreinheit 40 ist mit ihrer Primärseite 40P mit über die AC-Trenneinheit 41 mit dem AC-Netz 60 verbunden. Die Sekundärseite 40S der Transformatoreinheit 40 weist im Unterschied zu der der Fig. 1 lediglich zwei Sekundärwicklungen 45, 46 auf, nämlich eine mit dem ersten AC-Anschluss 22 verbundene erste Sekundärwicklung 45 und eine mit dem zweiten AC-Anschluss 23 verbundene zweite Sekundärwicklung 45. Ein Teillastbetrieb, ein Normalbetrieb, wie auch eine Vorladung des Elektrolyseurs 51 kann analog zu der in Fig. 1 beschriebenen Art und Weise erfolgen. Das Gleiche gilt auch für Hochfahren eines internen AC- Netzes 60 bei einen Schwarz- oder Braunstart. Bei der Elektrolyseanlage 100 in Fig. 2 ist lediglich eine Versorgungseinheit 20 mit einer entsprechend zugeordneten Elektrolyseeinheit 55 dargestellt. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, dass die Elektrolyseanlage weitere Versorgungseinheiten 20 mit einer jeweils zugeordneten Elektrolyseeinheit 55 umfasst, die parallel zu der dargestellten Versorgungseinheit 20 mit dem AC-Netz 60 gekoppelt sind.

Bezuqszeichenliste

Claims

Patentansprüche

1. Versorgungseinheit (20) für einen DC-Verbraucher (50), wobei die Versorgungseinheit (20) umfasst: einen DC-Anschluss (21 ) zur Verbindung mit dem DC-Verbraucher (50) einen ersten AC-Anschluss (22), der über einen ersten AC/DC-Wandler (24) mit einem DC-Bus (26) verbunden ist, einen zweiten AC-Anschluss (23), der über einen zweiten AC/DC- Wandler (25) mit dem DC-Anschluss (21 ) verbunden ist, einen Energiespeicher (29), der über einen ersten DC/DC-Wandler (27) mit dem DC-Bus (26) verbunden ist, einen zweiten DC/DC-Wandler (28), der den DC-Bus (26) mit dem DC- Anschluss (21 ) verbindet und in Bezug auf den DC-Anschluss (21 ) stromstellend betreibbar ist, und eine Steuerungseinheit (30) zur Steuerung der Versorgungseinheit (20), dadurch gekennzeichnet, dass der erste DC/DC-Wandler (27) als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgeführt ist und die Steuerungseinheit (30) eingerichtet ist, den ersten DC/DC- Wandler (27) in Bezug auf den DC-Bus (26) spannungsstellend zu betreiben, und der erste AC/DC-Wandler (24) als bidirektionaler AC/DC-Wandler ausgeführt ist und die Steuerungseinheit (30) eingerichtet ist, den ersten AC/DC- Wandler (24) in Bezug auf den ersten AC-Anschluss (22) spannungsstellend zu betreiben.

2. Versorgungseinheit (20) nach Anspruch 1 , wobei die Steuerungseinheit (30) eingerichtet ist, den zweiten AC/DC-Wandler (25) in Bezug auf den DC-Anschluss (21 ) stromstellend zu betreiben.

3. Versorgungseinheit (20) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der zweite DC/DC- Wandler (28) als bidirektionaler DC/DC-Wandler ausgelegt ist.

4. Versorgungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Versorgungseinheit (20) zusätzlich eine Transformatoreinheit (40) umfasst oder mit einer Transformatoreinheit (40) verbunden ist, wobei die Transformatoreinheit (40) eine Primärseite (40P) zum Anschluss an ein AC-Netz (60) und eine Sekundärseite (40S) mit einer ersten Sekundärwicklung (45) und einer zweiten Sekundärwicklung (46) aufweist, wobei die erste Sekundärwicklung (45) mit dem ersten AC-Anschluss (22) verbunden ist und die zweite Sekundärwicklung (46) mit dem zweiten AC-Anschluss (23) verbunden ist.

5. Versorgungseinheit (20) nach Anspruch 4, wobei ein Wicklungsverhältnis der Transformatoreinheit (40) derart ausgelegt ist, dass eine zweite Amplitude Ü2 der zweiten AC-Spannung (U2) größer ist, insbesondere um zumindest einen Faktor 1 ,3 größer ist, als eine erste Amplitude Ü1 der ersten AC-Spannung (Ui).

6. Versorgungseinheit (20) nach Anspruch 4, wobei ein Wicklungsverhältnis der Transformatoreinheit (40) derart ausgelegt ist, dass eine zweite Amplitude Ü2 der zweiten AC-Spannung (U2) kleiner ist, insbesondere um zumindest einen Faktor 1 ,3 kleiner ist, als eine erste Amplitude Ü1 der ersten AC-Spannung (Ui).

7. Versorgungseinheit (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Energiespeicher (29) einen Superkondensator und/oder einen Akkumulator umfasst.

8. Versorgungseinheit (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite DC/DC-Wandler (28) ausgelegt ist, eine an dem DC-Bus (26) anliegende DC-Spannung (UDC-BUS) auf eine an dem DC-Anschluss (21 ) anliegende DC- Spannung (UDC,2I ) herabzusetzen.

9. Versorgungseinheit (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der zweite AC/DC-Wandler (25) über einen Trennschalter (31 ) mit dem DC-Anschluss (21 ) verbunden ist, wobei optional der Trennschalter (31 ) zusammen mit einem oder mehreren Trennschaltern und/oder einer oder mehreren Sicherungen in einem Verbindungsmodul der Versorgungseinheit (20) angeordnet ist.

10. Versorgungseinheit (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zusätzlich aufweisend einen weiteren AC-Hilfsversorgungsanschluss (32) zur Versorgung von einem oder mehreren dem DC-Verbraucher (50) zugeordneten AC- Verbrauchern (53, 54).

11. Verfahren zum Betrieb einer Versorgungseinheit (20) nach einem der vorangehenden Ansprüche, die über ihren DC-Anschluss (21 ) mit einem Elektrolyseur (51 ) als DC-Verbraucher (50), und die mit ihrem ersten AC- Anschluss (22) mit einer ersten AC-Spannung (Ui) und mit ihrem zweiten AC- Anschluss (23) mit einer zweiten AC-Spannung (U2) verbunden ist, mit den Schritten: Versorgen des Elektrolyseurs (51 ) in einem Teillastbetrieb oder bei Vorladung des Elektrolyseurs (51 ) mit einem Leistungsfluss durch den ersten AC/DC-Wandler (24), der dabei in Bezug auf den ersten AC-Anschluss (22) spannungsstellend betrieben wird, wobei ein Leistungsfluss durch den zweiten AC/DC-Wandler (25) unterdrückt wird, und

Versorgen des Elektrolyseurs (51 ) in einem Normalbetrieb mit einem gleichzeitigen Leistungsfluss durch den ersten AC/DC-Wandler (24) und den zweiten AC/DC-Wandler (25).

12. Verfahren nach Anspruch 11 , wobei eine Vorladung des Elektrolyseurs (51 ) mittels eines Leistungsflusses durch den stromstellend betriebenen zweiten DC/DC-Wandler (28) erfolgt.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, wobei ein durch die Versorgungseinheit (20) insgesamt bereitgestellter Leistungsfluss während des Normalbetriebs des Elektrolyseurs (51 ) zu einem Anteil von 25% - 40% über den ersten AC/DC- Wandler (24) und zu einem Anteil von 60% bis 75% über den zweiten AC/DC- Wandler (25) erfolgt.

14. Verfahren zum Aufstarten einer Versorgungseinheit (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, die über ihren DC-Anschluss (21 ) mit einem Elektrolyseur (51 ) als DC-Verbraucher (50), und die mit ihrem ersten AC-Anschluss (22) mit einer ersten Sekundärwicklung (45) und mit ihrem zweiten AC-Anschluss (23) mit einer zweiten Sekundärwicklung (46) einer Transformatoreinheit (40) verbunden ist, wobei ein Schwarzstart oder Braunstart der Versorgungseinheit (20) die folgenden Schritte umfasst:

Bereitstellen einer DC-Busspannung (UDC-BUS) auf dem DC-Bus (26) durch einen spannungsstellenden Betrieb des ersten DC/DC-Wandlers (27)

Bereitstellen einer ersten AC-Spannung (Ui) an dem ersten AC- Anschluss (22) der Versorgungseinheit (20) durch einen in Bezug auf den ersten AC-Anschluss (22) spannungsstellenden Betrieb des ersten AC/DC-Wandlers (24),

Schließen einer der Versorgungseinheit (20) und/oder einer des ersten AC/DC-Wandlers (24) zugeordneten AC-Trenneinheit (41 ), sofern diese nicht schon geschlossen ist.

15. Elektrolyseanlage (100) umfassend: einen oder mehrere Elektrolyseure (51 ) als DC-Verbraucher (50), eine oder mehrere Versorgungseinheiten (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, und eine oder mehrere Transformatoreinheiten (40), die Teil der einen oder mehreren Versorgungseinheiten (20) ist/sind, und/oder über die die eine oder mehreren Versorgungseinheiten (20) mit einem AC-Netz verbindbar ist/sind.

16. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 15 mit mehreren Versorgungseinheiten (20), wobei zumindest eine der einen oder mehreren Transformatoreinheiten (40) mehr als zwei Sekundärwicklungen (45 - 48) aufweist, und wobei eine Mehrzahl von Versorgungseinheiten (20) über eine gemeinsame Transformatoreinheit (40) mit dem AC-Netz (60) verbindbar ist.

17. Elektrolyseanlage (100) nach Anspruch 15 oder 16, zusätzlich aufweisend eine Hilfsenergiequelle zum Aufladen des / der Energiespeicher (29), insbesondere eine mit Wasserstoff betreibbare Hilfsenergiequelle, beispielsweise einen Verbrennungsmotor oder eine Brennstoffzelle.