WO2015144446A1 - Unterbrechungsfreie stromversorgung einer elektrolyseanlage - Google Patents

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WO2015144446A1
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the invention relates to a method for the uninterruptible power supply of an electrolysis system with a backup power supply after a power failure and an electrolysis system with an electrolysis stack.
  • Electrolysis systems are electrochemical plants for the conversion ⁇ tion of water and electricity in hydrogen and oxygen.
  • electrolysis systems have an increasingly important industrial significance.
  • excessive wind or solar energy for the production of hydrogen can be used with ⁇ means of electrolysis.
  • the hydrogen can be used as an energy carrier for energy recovery here ⁇ according to demand and irrespective of wind or Sonnenver- ratios. This allows a required for technical and economic reasons stabilization of naturally discontinuous regenerative energy production can be achieved.
  • the ER is the object of the invention, one of expenses and maintenance- ⁇ convenient and safety advantageous interrup ⁇ without interruption of power supply electrolysis plant to reali ⁇ Sieren.
  • This object is achieved by a method for uninterruptible power supply of an electrolysis system with a backup power supply after a failure of a power supply and an electrolysis system with a Elektro ⁇ lysestack with the features of each independent claim.
  • Advantageous embodiments and advantages of the OF INVENTION ⁇ dung will be apparent from the other claims and the description and refer to the process and the electrolysis system.
  • the electrolysis plant after the failure of the power supply of the electrolysis plant in the backup power supply from one in a Elektrolysestack the
  • Electrolysis system existing and convertible into electricity Energy potential supplied as a substitute with electricity, wherein the present in the electrolysis stack of the electrolysis plant and converted into electricity energy potential is reduced in a controlled manner.
  • the invention is based - in simple terms - on the idea that at the time of failure of the power supply of the electrolysis plant in a Elektrolysestack the electrolysis plant itself available and converted into electricity energy potential is used to power the
  • Electrolysis system ( if possible without interruption) on ⁇ right to get.
  • the existing in the electrolysis stack and the electrolysis system can be converted into electricity Energy Energy ⁇ al is controlled to the other power supply of the
  • Electrolysis system used, whereby this energy potential is degraded controlled.
  • the vorhande in an electrolysis stack of electrolysis plant ⁇ ne and convertible into electrical energy potential can be degraded controlled such that an energy removed from the Po ⁇ tential, and is used specifically for the power supply of the electrolysis plant, or their plant parts.
  • Kontrol ⁇ lines can also mean that the energy potential is technically influenced by time, quantity, location or origin dismantled.
  • the controlled degradation occurs, for example, after a predeterminable sequence of different energy potentials, a predetermined amount of energy removal or a predetermined time to an almost complete reduction of the energy potential.
  • a safety particularly advantageous uninterruptible power supply can be realized since a commonly available after the failure of the power supply for the environment and the operating personnel structurienpotenti- al, for example in the form of a voltage or of superfluous ⁇ ckes controlled is reduced.
  • the failure of the power supply may be an intentional or inadvertent interruption of the power supply.
  • the failure of the power supply is typically caused by egg ⁇ nen power failure, otherwise disruption-related power failure or a maintenance or operational shutdown of the power supply of the electrolysis or at least ei ⁇ nes electrolysis stack the electrolysis.
  • a present in the electrolysis system energy potential may be a chemical, electro-chemical, electrical, mechanical ⁇ ULTRASONIC or pressure-based energy potential or be composed of a plurality of such different types of energy potentials.
  • an energy potential in an electrolysis ⁇ stack or other part of the plant electrolysis system advantageously in a pressure vessel, in the form of pressurized operating gases (hydrogen, oxygen) is present.
  • Another energy potential may be present in the form of an electrochemical or chemical potential in the electrolysis system.
  • the electro-chemical and chemi ⁇ specific potential energy is for example in the form of a reactive gas cushion of an operating gas, insbesonde ⁇ re hydrogen, before adhering to an electrode or polymer electrolyte membrane of the electrolysis system, and by reversing an operational principle of the electrolysis system (that is operating as a fuel cell) is convertible into an electric current.
  • an energy potential in the form of electrical energy in electrical or electronic components of the electrolysis system for example in a rectifier or its capacitive components may be present.
  • the electrolysis system After the failure of the power supply, the electrolysis system is supplied with power from the energy potential present in the electrolysis stack and convertable into current, ie an equivalent power supply is achieved.
  • the electrolysis plant is preferably made of the existing energy Potential supplied without interruption. Interrup ⁇ chung free means at least interruption near ⁇ in the given context. Between the failure of the Stromversor ⁇ supply and an onset of uninterruptible power supply can be a time-limited, operationally and safely ⁇ technically insignificant interruption of the power supply occur. Appropriately, the power supply takes place after a conversion of the energy potential into electrical energy. May particularly advantageous as little complexity as realized under ⁇ uninterruptible power supply, since a can be omitted üb ⁇ SHORT- battery or capacitor-based energy sources used to uninterruptable power supply of electrolysis plants and their maintenance and regular spare.
  • the invention also provides an electrolysis system with an electrolyzer stack and a control unit.
  • the electroly ⁇ sestrom is set up to carry out the method for uninterruptible power supply of an electrolysis system with a backup power supply after a power failure.
  • the control unit is capable of controlling at least one consumer of the electrolysis plant to ei ⁇ ner current consumption from an energy potential of the electrolysis anläge furnished.
  • the consumer is an electric or electronic component, which is relevant for a safety-piercing ⁇ cally acceptable operating mode or any further operation or a controlled shutdown of the electrolysis system.
  • the at least one consumer ⁇ cher is an electrically actuated drain valve for reducing a pressure within the electrolytic plant.
  • the consumer may also be a display element for visualization of the presence in the electrolysis plant energy potential or a dangerous ⁇ -making potential of the electrolysis system. So beneficial ⁇ way legally a controlled pressure reduction and increased safety of personnel and the environment can reach ⁇ to.
  • the invention and / or any further development described can be realized by a computer program product, which has a storage medium on which a computer program is stored, which carries out the invention and / or the development.
  • the backup power supply is at least temporarily fed from an electro-chemical energy potential which is present in the electrolysis stack of the electrolysis system, the electrolysis ⁇ stack is operated at least temporarily as a fuel cell for replacement power supply and for reducing the energy potential.
  • the electrochemical energy potential may be contained in a hydrogen-water mixture present on an electrode or on a polymer electrolyte membrane of the electrolyte stack. After failure of the power supply an electric current through an electro-chemical reaction of the What ⁇ serstoff-water mixture at the electrode and Polymerelek ⁇ trolytmembran for feeding the standby power supply generation riert may be so. That is, the electrolysis stack is temporarily operated until the consumption of the adjacent hydrogen-water mixture as a fuel cell. In this way, be ⁇ Sonder expenses and maintenance budget uninterrupted power supply in the form of a so-called. Self-preservation of elec- can be rolysestrom reached. Is further advantageous as an outgoing from the hydrogen-water mixture hazard potential which results from the danger of explosion of the Ge ⁇ premix minimized. Consequently, increased safety for the operating personnel, the environment and the electrolysis plant itself is achieved in a particularly advantageous manner .
  • the backup power supply is at least temporarily supplied from a pressure-based Energypo ⁇ potential, which is present in the electrolysis stack of Elektrolyseanla- ge, and / or an electrical energy potential, which is present in the electrolysis system.
  • the electrical energy potential can be referred to as so-called residual potential be contained in a rectifier or in its capacitive components or in other capacitive electrical components of the electrolysis system.
  • the pressure-based energy potential can be contained in a pressure is restored ⁇ estimated working gas or working gas mixture of the plant.
  • the Optistromver- will supply at least temporarily out of the pressure-based Energypo ⁇ tential, which is present in an electrolysis stack of the electrolysis plant, fed, wherein the pressure-based Ener ⁇ giepotential means of a turbine unit for backup power ⁇ supply and to reduce the energy potential energy into electrical energy is converted.
  • the turbine unit may include a turbine and a generator.
  • Turbines and generators are often proven and used technical means. In this way, a technically easily realizable and reliable conversion of the pressure-based energy potential into electrical energy for feeding the backup power supply can be achieved.
  • such a longer-lasting uninterruptible power supply of the electrolysis system can be achieved.
  • an electro-chemical potential energy in the following an electrical ⁇ ULTRASONIC energy potential and finally reduced pressure-based energy potential is first.
  • a pressure-based energy potential can be provided alternatively or additionally also ⁇ in a pressure vessel of the plant.
  • the backup power supply is at least temporarily fed from an electrical energy potential of a rectifier unit of the electrolysis ⁇ system, the rectifier unit is operated at least temporarily as an energy source for backup power supply and for reducing the energy potential.
  • the electric energy potential may be alternatively or zusharm ⁇ Lich present in any capacitive electrical components of the electrolysis plant.
  • the degradable in the electrolysis system existing NEN energy potential within 1min to 20min, insbeson ⁇ particular within 2min to 15min, preferably within 6 min to 8 min, to a risk-free level.
  • the risk-free level of the Ener ⁇ giepotentials is unpressurized in a voltage and / or current- and / or and / or reaction gas reaches operating condition of the electrolysis plant.
  • a reduction of an explosion hazard, a risk of short circuit and a risk of bursting is achieved.
  • an advantage for the operator ⁇ staff and the environment risk-free re-commissioning of the electrolysis after removal of the energy potential and re-insertion of the power supply can be achieved.
  • the electrolysis system is powered without interruption after the degradation of the energy potential present in the electrolysis system by means of a capacitive energy storage unit.
  • an uninterruptible power supply of at least one consumer of the electrolysis plant is effected.
  • the consumer is a safety relevant consumer, for example an electrically operated valve or a pump, which is necessary for the controlled continued operation or for the controlled shutdown of the electric ⁇ lysestrom.
  • the power supply is effected without interruption in the given context in the sense that the consumer undergoes no operational or safety-relevant interruption of the power supply.
  • the method is used to control the reduction in the electrolysis system before ⁇ handenen energy potential of a hazard-free level.
  • a controlling intervention by operating personnel in the process of the degradation of the energy potential can be achieved.
  • control unit is to a control of at least one consumer of
  • Electrolysis plant to a current consumption from an electro ⁇ chemical energy potential of the electrolysis stack vor vortex ⁇ tet The electrochemical energy potential is expediently present in the hydrogen / water mixture present on an electrode or a polymer electrolyte membrane of the electrolysis stack.
  • the previously given description of advantageous embodiments contains numerous features that are partially summarized in the individual sub ⁇ claims partially to several summarized ⁇ ben. However, these features may conveniently be considered individually and summarized to meaningful further combinations. In particular, these features are individually depending wells ⁇ and can be combined in any suitable combination with the method according to the invention as well as the arrangement of the invention according to the independent claims.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrolysis system with an uninterruptible power supply from an existing in the electrolysis plant energy potential
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an electrolysis plant ⁇ 2.
  • the electrolysis apparatus has an electrolysis stack 4 (also: electrolytic cell) with a polymer electrolyte membrane 6 and electrodes 8 on. For reasons of better Darstell- ability is only an electrolysis cell or a
  • Electrolytic stacks may have.
  • the Elect ⁇ rolysestrom 2 to a power supply 10 degrees.
  • the power supply 10 can, for example, via a supply line from a
  • the power supply 10 is connected to a rectifier unit 12, which has a capacitive component 14.
  • the rectifier unit 12 is prepared for supplying the electrolysis stack 4 with direct current.
  • the power supply 10 is connected at least to a consumer 16 of the electrolysis system 2.
  • the power supply 10 is typically connected to a plurality of consumers, which are designed, for example, as pumps, valves, units or display elements.
  • the consumer ⁇ cher 16 is prepared to be driven by a control unit 18th During a normal operation of the electrolysis plant 2 he ⁇ follows the supply of the electrolysis stack 4 and the consumer ⁇ Chers 16 or of the entire electrolysis plant 2 with operation ⁇ energy via the power supply 10.
  • the electrolysis stack 4 is formed by the rectifying unit 12 with direct current or voltage provided. In the electrolysis of water Stack 4 is split under the action of direct current through an electro-chemical reaction at the polymer electrolyte membrane ⁇ 6 and the electrodes 8 in hydrogen and oxygen. The hydrogen can then be used as an energy carrier or reactive intermediate. The sour ⁇ substance can be discharged into an environment or fed to a pressure vessel. Typically, the agglomerations gregatsworts adoptede expansion of the reaction medium water considerable pressures in the range between 30 bar and 50 bar within the electrolysis stack 4. During the normal operation also occurs the versor ⁇ supply of the consumer 16 through the power supply 10. The consumer may be a safety-relevant consumer, for example an electric-operated relief valve or a cooling device to prevent overheating of the electrolysis system 2 be. During normal operation, the safety-related function of the load 16 is maintained by the power supply 10.
  • the consumer may be a safety-relevant consumer, for example an electric-operated relief valve or a cooling device to prevent overhe
  • the energy potential 20 is composed of different ver ⁇ -like portions, namely an electro-chemical potential energy 22, an electrical power potential 24 and a pressure-based energy potential 26 together.
  • the pressure-based energy potential 26 may be in a pressure-applied ⁇ working medium of the electrolysis stack 4, preferably in oxygen at a pressure between 30 bar and 50 bar and a volume of 10 cm 3 to 100,000 cm 3.
  • the pressure-based energy potential 26 provides especially as after a failure of the power supply is risk of danger to the environment, the electrolysis system 2 itself and its operator ⁇ personnel.
  • the electrical energy potential 24 results in particular from a double-layer capacitance or an electrode residual energy.
  • the electrical energy potential 24 is a risk ⁇ tion risk for the environment, the electrolysis plant 2 itself and their operators there.
  • the operator may be electrocuted and, as a result, physically damaged.
  • the electrochemical energy potential 22 is in a reactivity of one of the electrodes 8 and the
  • Polymer electrolyte membrane 6 decomposes the water-hydrogen mixture -in the absence of power supply through the rectifier unit 12- into water and liberated charge ⁇ carrier. If a draining of the released charge carriers is possible, an electric current flows, which is preferably used to feed the uninterruptible power supply of the electrolysis system. In particular, after failure of the power supply 10, the electro-chemical Energypoten ⁇ tial 22 or the water-hydrogen mixture due to its explosive hazard is a not inconsiderable ⁇ hazard potential.
  • the Elektrolyseanla ⁇ ge 2 is replaced as replacement and preferably without interruption from the power potential 20 with power.
  • representability is in the present embodiment ⁇ example, only the consumer 16 connected to the supplied via a power supply line 28 from the power potential 20 spare ⁇ power supply, although electrolysis systems usually can have a variety of consumers.
  • a further electrical energy potential 25 may be present in capacitive electrical components of the electrolysis system. Representative is in the present
  • FIG. 1 shows only the capacitive component 14 of the rectifier unit 12, although the electrolysis system may have a large number of capacitive components.
  • the consumer 16 via the control unit 18 is ⁇ controls. In this way it is ensured that the in the Elektrolysestack 4 existing energy potential 20 is degraded.
  • the supply of the power supply 28 of the spare-wise and loading vorzugt uninterruptible power supply is carried out until the consumption of the energy potential 20.
  • the current-to ⁇ line 28 of the uninterruptible power supply gleichzei ⁇ tig from the designated various energy potentials 22, 24 and 26 or in a predetermined order from these are fed.
  • any safety-relevant function of the consumer 16 is maintained in order to achieve a controlled continued operation or a controlled decommissioning of the electrolysis plant 2.
  • the capacitive energy storage unit 30 can be significantly less powerful and thus much cheaper to measure than usual.
  • the power supply can also take place via an electrical energy potential 25 present in the capacitive component 14 of the rectifier unit 12.
  • FIG 2 shows a diagram with a profile of an electrical voltage Ul (left ordinate [V]) of the power supply 10 (see FIG. 1) and an electrical voltage U2 (right ordinate [V]) of the electrolysis stack 4 (see FIG over time t (abscissa [s]).
  • corresponding curves of a voltage U3 (ordinate [V]) of the consumer 16 (see FIG. 1) and an operating type B (ordinate [-] of the kapa ⁇ zitiven energy storage unit 30 (see FIG 1), respectively over. the time t shown, wherein the three Zeitach ⁇ sen shown are identical.
  • the diagram contains information regarding the degradation of the energy potential 20 or, in particular, of the electrochemical energy potential 22 over time. In addition, it clarifies the realization of a technical interruption-free power supply of the consumer 16 and the electrolysis system. 2
  • Energy potential 22 maintained. As a result, it only comes to a technically not relevant impairment of the voltage value 44 of the consumer 16 at the time 34th That is, the power supply of the consumer 16 is continued without interruption after the failure of the power supply 10 in the technical sense. It is also conceivable, the power supply to the load 16 through the Energypotenti ⁇ al 22 were deliberately interrupted in time, for example with a supply gap of ls to 100s to make. The energy potential available or consumed for supplying the consumer is approximately represented by the hatched area in FIG.
  • the power supply of the consumer is maintained from the time 36 by the capacitive Energyspei ⁇ cheraji 30, so that it comes only to ei ⁇ ner technically not relevant impairment of the voltage value 44 of the consumer 16 at time 36.
  • the power supply 10 is restored and as a result the voltage U L rises to the voltage value 40.
  • Electrolysis stack 4 rises to the original voltage value ⁇ 42nd

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage (2) mit einer Ersatzstromversorgung nach einem Ausfall der Stromversorgung (10) und eine Elektrolyseanlage (2) mit einem Elektrolysestack (4). Gemäß dem Verfahren wird die Elektrolyseanlage (2) bei der Ersatzstromversorgung nach dem Ausfall der Stromversorgung (10) aus einem in einem Elektrolysestack (4) der Elektrolyseanlage (2) vorhandenen und in Strom umwandelbaren Energiepotential (20) ersatzweise mit Strom versorgt, wobei das in dem Elektrolysestack (4) der Elektrolyseanlage (2) vorhandene und in Strom umwandelbare Energiepotential (20) kontrolliert abgebaut wird. Die Elektrolyseanlage (2) ist eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens.

Description

Beschreibung
Unterbrechungsfreie Stromversorgung einer Elektrolyseanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage mit einer Ersatzstromversorgung nach einem Ausfall einer Stromversorgung und eine Elektrolyseanlage mit einem Elektrolysestack. Elektrolyseanlagen sind elektro-chemische Anlagen zur Umwand¬ lung von Wasser und elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff .
Insbesondere für die Energiegewinnung aus regenerativen Ener- giequellen besitzen Elektrolyseanlagen eine zunehmend wichtige technische Bedeutung. Beispielsweise kann überschüssige Wind- oder Solarenergie zur Herstellung von Wasserstoff mit¬ tels Elektrolyse genutzt werden. Der Wasserstoff kann hier¬ nach bedarfsgerecht und unabhängig von Wind- oder Sonnenver- hältnissen als Energieträger zur Energierückgewinnung verwendet werden. Dadurch kann eine aus technischen und wirtschaftlichen Gründen erforderliche Verstetigung der naturgemäß diskontinuierlichen regenerativen Energiegewinnung erreicht werden .
Sämtlichen Verfahrensvarianten der Wasserelektrolyse ist gemein, dass die eingesetzten Elektrolyseanlagen bei einem Ausfall der Stromversorgung in einen unkontrollierten Betriebszustand geraten können. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn betriebsnotwendige Aggregate wie Pumpen, Steuergeräte, Gleichrichter bzw. elektrische Komponenten nicht mehr mit Strom versorgt werden und plötzlich still stehen.
Aus sicherheitstechnischen Gründen zum Schutz der Anlage, der Umwelt und des Betriebspersonals ist dies zu vermeiden. Bei¬ spielsweise kann hierfür eine unterbrechungsfreie Stromver¬ sorgung der Elektrolyseanlage implementiert werden, welche nach einem Ausfall der eigentlichen Stromversorgung diese dann weiter mit Strom versorgt.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage nach einem Ausfall der Stromversorgung bekannt.
Bei einem bekannten Verfahren, wie beispielsweise in der WO 2005/031039 A2 beschrieben, wird die Elektrolyseanlage nach einem Ausfall der Stromversorgung durch eine batteriegestützte Energie- bzw. durch eine Stromquelle mit Strom ver¬ sorgt. Bei einem anderen bekannten Verfahren wird anstelle der batteriegestützten Energiequelle eine kondensatorge¬ stützte Energiequelle zur unterbrechungsfreien Stromversor- gung der Elektrolyseanlage verwendet.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung eine vorteilhafte Lehre zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage nach einem Stromausfall anzugeben. Insbesondere liegt der Er- findung die Aufgabe zu Grunde, eine aufwands- und wartungs¬ günstige sowie sicherheitstechnisch vorteilhafte unterbre¬ chungsfreie Stromversorgung einer Elektrolyseanlage zu reali¬ sieren . Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage mit einer Ersatzstromversorgung nach einem Ausfall einer Stromversorgung und eine Elektrolyseanlage mit einem Elektro¬ lysestack mit den Merkmalen des jeweiligen unabhängigen An- Spruchs. Zweckmäßige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfin¬ dung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen und der Beschreibung und beziehen sich auf das Verfahren und die Elektrolyseanlage . Bei dem Verfahren wird die Elektrolyseanlage nach dem Ausfall der Stromversorgung der Elektrolyseanlage bei der Ersatzstromversorgung aus einem in einem Elektrolysestack der
Elektrolyseanlage vorhandenen und in Strom umwandelbaren Energiepotential ersatzweise mit Strom versorgt, wobei das in dem Elektrolysestack der Elektrolyseanlage vorhandene und in Strom umwandelbare Energiepotential kontrolliert abgebaut wird .
Die Erfindung beruht - vereinfacht ausgedrückt - auf der Idee, dass zum Zeitpunkt des Ausfalls der Stromversorgung der Elektrolyseanlage ein in einem Elektrolysestack der Elektrolyseanlage selbst vorhandenes und in Strom umwandelbares Energiepotential genutzt wird, um die Stromversorgung der
Elektrolyseanlage (nach Möglichkeit unterbrechungsfrei) auf¬ recht zu erhalten. Das in dem Elektrolysestack der Elektrolyseanlage vorhandene und in Strom umwandelbare Energiepotenti¬ al wird so kontrolliert zu weiteren Stromversorgung der
Elektrolyseanlage eingesetzt, wobei dieses Energiepotential dadurch kontrolliert abgebaut wird.
Das in einem Elektrolysestack der Elektrolyseanlage vorhande¬ ne und in Strom umwandelbare Energiepotential kann derart kontrolliert abgebaut werden, dass eine Energie aus dem Po¬ tential entnommen und gezielt zur Stromversorgung der Elektrolyseanlage bzw. derer Anlagenteile verwendet wird. Kontrol¬ liert kann auch bedeuten, dass das Energiepotential technisch beeinflussbar nach Zeit, Menge, Ort oder Herkunft abgebaut wird. Der kontrollierte Abbau geschieht beispielsweise nach einer vorgebbaren Abfolge der verschiedenartigen Energiepotentiale, einer vorgebbaren Entnahmemenge der Energie oder einer vorgebbaren Zeit bis zu einem nahezu vollständigen Abbau des Energiepotentials.
So kann eine sicherheitstechnisch besonders vorteilhafte unterbrechungsfreie Stromversorgung realisiert werden, da ein nach dem Ausfall der Stromversorgung üblicherweise für die Umwelt und das Betriebspersonal vorhandenes Gefahrenpotenti- al, beispielsweise in Form einer Spannung oder eines Überdru¬ ckes, kontrolliert abgebaut wird. Von besonderem Vorteil kann so eine Beeinträchtigung oder Gefährdung des Betriebspersonals und der Umwelt vermieden werden. Der Ausfall der Stromversorgung kann eine beabsichtigte oder eine unbeabsichtigte Unterbrechung der Stromversorgung sein. Der Ausfall der Stromversorgung wird typischerweise durch ei¬ nen Netzausfall, einen anderweitig störungsbedingten Strom- ausfall oder eine wartungs- oder betriebsbedingte Abschaltung der Stromversorgung der Elektrolyseanlage bzw. zumindest ei¬ nes Elektrolysestacks der Elektrolyseanlage bewirkt.
Ein in der Elektrolyseanlage vorhandene Energiepotential kann ein chemisches, elektro-chemisches , elektrisches, mechani¬ sches bzw. druckbasiertes Energiepotential sein bzw. sich aus mehreren solcher verschiedenartiger Energiepotentiale zusammensetzen .
Beispielsweise ist ein Energiepotential in einem Elektrolyse¬ stack oder einem anderen Anlagenteil der Elektrolyseanlage, vorteilhafterweise in einem Druckbehälter, in Form von druckbeaufschlagten Betriebsgasen (Wasserstoff, Sauerstoff) vorhanden. Ein weiteres Energiepotential kann in Form eines elektro-chemischen bzw. chemischen Potentials in der Elektrolyseanlage vorhanden sein. Das elektro-chemische bzw. chemi¬ sche Energiepotential liegt beispielsweise in Gestalt eines reaktionsfähigen Gaspolsters eines Betriebsgases, insbesonde¬ re Wasserstoffs, vor, welches an einer Elektrode oder einer Polymerelektrolytmembran der Elektrolyseanlage anhaftet und durch Umkehrung eines Funktionsprinzips der Elektrolyseanlage (d.h. Betrieb als Brennstoffzelle) in einen elektrischen Strom umwandelbar ist. Außerdem kann ein Energiepotential in Form von elektrischer Energie in elektrischen oder elektronischen Komponenten der Elektrolyseanlage, beispielsweise in einem Gleichrichter bzw. dessen kapazitiven Bauelementen, vorhanden sein.
Die Elektrolyseanlage wird nach dem Ausfall der Stromversor- gung ersatzweise aus dem in dem Elektrolysestack vorhandenen und in Strom umwandelbaren Energiepotential mit Strom versorgt, d.h. es wird eine Ersatzstromversorgung erreicht. Die Elektrolyseanlage wird bevorzugt aus dem vorhandenen Energie- Potential unterbrechungsfrei mit Strom versorgt. Unterbre¬ chungsfrei bedeutet im gegebenen Zusammenhang zumindest nahe¬ zu unterbrechungsfrei. Zwischen dem Ausfall der Stromversor¬ gung und einem Einsetzen der unterbrechungsfreien Stromver- sorgung kann eine zeitlich begrenzte, betriebs- und sicher¬ heitstechnisch unerhebliche Unterbrechung der Stromversorgung eintreten. Zweckmäßigerweise erfolgt die Stromversorgung nach einer Wandlung des Energiepotentials in elektrische Energie. Von besonderem Vorteil kann so eine aufwandsgünstige unter¬ brechungsfreie Stromversorgung realisiert werden, da auf üb¬ licherweise eingesetzte batterie- oder kondensatorgestützte Energiequellen zur unterbrechungsfreien Stromversorgung von Elektrolyseanlagen und deren Wartung bzw. turnusmäßigen Er- satz verzichtet werden kann.
Außerdem von Vorteil wird ein üblicherweise von einer batte¬ riegestützten unterbrechungsfreien Stromversorgung ausgehendes Brandrisiko ausgeschlossen. Des Weiteren von Vorteil kann so eine üblicherweise in ihrem Energiepotential beschränkte kapazitive Stromversorgung zumindest weniger leistungsstark dimensioniert werden, was mit Kosteneinsparungen einhergeht. Ferner von Vorteil wird so eine besonders wartungsgünstige unterbrechungsfreie Stromversorgung realisiert, da zu deren Bewirkung keine wartungsaufwändigen zusätzlichen Anlagenkomponenten notwendig sind. Darüber hinaus vorteilhaft sind kei¬ ne umfangreichen zusätzlichen Anlagenkomponenten zur Realisierung unterbrechungsfreien Stromversorgung notwendig, so dass eine besondere bauraumgünstige Lösung erreicht werden kann. Ein komplementäres Vorhandensein zweier Stromversorgungen, beispielsweise einer kapazitiven und einer aus dem Energiepotential der Elektrolyseanlage gespeisten Stromversor¬ gung, ist ebenfalls möglich. Die Erfindung sieht außerdem eine Elektrolyseanlage mit einem Elektrolysestack und einer Steuereinheit vor. Die Elektroly¬ seanlage ist eingerichtet zur Durchführung des Verfahrens zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage mit einer Ersatzstromversorgung nach einem Ausfall einer Stromversorgung. Die Steuereinheit ist zu einer Ansteuerung von zumindest einem Verbraucher der Elektrolyseanlage zu ei¬ ner Stromaufnahme aus einem Energiepotential der Elektrolyse- anläge eingerichtet.
Zweckmäßigerweise ist der Verbraucher eine elektrische oder elektronische Komponente, welche für einen sicherheitstech¬ nisch unbedenklichen Betrieb- bzw. Weiterbetrieb oder auch eine kontrollierte Außerbetriebnahme der Elektrolyseanlage relevant ist. Beispielsweise ist der zumindest eine Verbrau¬ cher ein elektrisch betätigtes Ablassventil zum Abbau eines Druckes innerhalb der Elektrolyseanlage. Der Verbraucher kann auch ein Anzeigeelement zur Visualisierung des in der Elekt- rolyseanlage vorhandenen Energiepotentials bzw. eines Gefähr¬ dungspotentials der Elektrolyseanlage sein. So kann vorteil¬ hafterweise ein kontrollierter Druckabbau und eine erhöhte Sicherheit des Bedienpersonals und der Umwelt erreicht wer¬ den .
Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen. Die Weiterbildungen beziehen sich sowohl auf das erfindungsgemäße Verfahren wie auch auf die erfindungsgemäße Elektrolyseanlage.
Die Erfindung und die beschriebenen Weiterbildungen können sowohl in Software als auch in Hardware, beispielsweise unter Verwendung einer speziellen elektrischen Schaltung, realisiert werden.
Ferner ist eine Realisierung der Erfindung oder einer beschriebenen Weiterbildung möglich durch ein computerlesbares Speichermedium, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung oder die Weiterbildung ausführt.
Auch können die Erfindung und/oder jede beschriebene Weiterbildung durch ein Computerprogrammerzeugnis realisiert sein, welches ein Speichermedium aufweist, auf welchem ein Computerprogramm gespeichert ist, welches die Erfindung und/oder die Weiterbildung ausführt. In einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Ersatzstromversorgung zumindest zeitweise aus einem elektro-chemischen Energiepotential, welches in dem Elektrolysestack der Elektrolyseanlage vorhanden ist, gespeist, wobei der Elektrolyse¬ stack zumindest zeitweise als Brennstoffzelle zur Ersatz- Stromversorgung und zum Abbau des Energiepotentials betrieben wird .
Das elektro-chemische Energiepotential kann in einem an einer Elektrode bzw. an einer Polymerelektrolytmembran des Elektro- lysestacks anliegenden Wasserstoff-Wasser-Gemisch enthalten sein. Nach dem Ausfall der Stromversorgung kann so ein elektrischer Strom durch eine elektro-chemische Reaktion des Was¬ serstoff-Wasser-Gemisches an der Elektrode bzw. Polymerelek¬ trolytmembran zur Speisung der Ersatzstromversorgung gene- riert werden. D.h. der Elektrolysestack wird temporär, bis zur Aufzehrung des anliegenden Wasserstoff-Wasser-Gemisches , als Brennstoffzelle betrieben. Auf diese Weise kann eine be¬ sonders aufwands- und wartungsgünstige unterbrechungsfreie Stromversorgung in Form einer sog. Selbsterhaltung der Elekt- rolyseanlage erreicht werden. Weiterhin vorteilhaft wird so ein von dem Wasserstoff-Wasser-Gemisch ausgehendes Gefährdungspotential, welches sich aus der Explosionsgefahr des Ge¬ misches ergibt, minimiert. Folglich wird von besonderem Vor¬ teil eine erhöhte Sicherheit für das Bedienpersonal, die Um- weit und die Elektrolyseanlage selbst erzielt.
In einer weiteren Ausgestaltung wird die Ersatzstromversorgung zumindest zeitweise aus einem druckbasierten Energiepo¬ tential, welches in dem Elektrolysestack der Elektrolyseanla- ge vorhanden ist, und/oder einem elektrischen Energiepotential, welches in der Elektrolyseanlage vorhanden ist, gespeist.
Das elektrische Energiepotential kann als sog. Restpotential in einem Gleichrichter bzw. in dessen kapazitiven Komponenten oder in anderen kapazitiven elektrischen Bauelementen der Elektrolyseanlage enthalten sein. Das druckbasierte Energiepotential kann in einem druckbeauf¬ schlagten Arbeitsgas bzw. Arbeitsgasgemisch der Anlage enthalten sein.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Ersatzstromver- sorgung zumindest zeitweise aus dem druckbasierten Energiepo¬ tential, welches in einem Elektrolysestack der Elektrolyseanlage vorhanden ist, gespeist, wobei das druckbasierte Ener¬ giepotential mittels einer Turbineneinheit zur Ersatzstrom¬ versorgung und zum Abbau des Energiepotentials in elektrische Energie gewandelt wird.
Die Turbineneinheit kann eine Turbine und einen Generator aufweisen. Turbinen und Generatoren sind vielfach erprobte und eingesetzte technische Mittel. Auf diese Weise kann eine technisch einfach realisierbare und zuverlässige Wandlung des druckbasierten Energiepotentials in elektrische Energie zur Speisung der Ersatzstromversorgung erzielt werden.
Vorteilhafterweise kann so eine länger anhaltende unterbre- chungsfreie Stromversorgung der Elektrolyseanlage erreicht werden. Außerdem von Vorteil wird so ein von dem elektrischen und/oder druckbasierten Energiepotential ausgehendes Gefährdungspotential minimiert und folglich eine erhöhte Sicherheit für das Bedienpersonal, die Umwelt und die Elektrolyseanlage selbst erzielt.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird zunächst ein elektro-chemisches Energiepotential, nachfolgend ein elektri¬ sches Energiepotential und abschließend ein druckbasiertes Energiepotential abgebaut.
Beispielsweise kann zunächst das in dem Wasserstoff-Wasser- Gemisch enthaltene Energiepotential, nachfolgend das Energie- Potential der kapazitiven elektrischen Bauelemente der Elektrolyseanlage und abschließend das druckbasierte Energiepoten¬ tial des Sauerstoffs abgebaut werden. Denkbar ist allerdings auch eine davon abweichende, vorgebbare Reihenfolge des Po- tentialabbaus . So kann auf einfache Weise ein nach den Höhen der von den verschiedenartigen Energiepotentialen ausgehenden Gefährdungspotentiale gestaffelter Abbau des gesamten Ener¬ giepotentials erreicht und gezielt eine gefährdungsfreier Zu¬ stand der Elektrolyseanlage erreicht werden.
Ein druckbasierte Energiepotential kann alternativ oder zu¬ sätzlich auch in einem Druckbehälter der Anlage vorhanden sein . In einer vorteilhaften Ausführungsform wird die Ersatzstromversorgung zumindest zeitweise auch aus einem elektrischen Energiepotential einer Gleichrichtereinheit der Elektrolyse¬ anlage gespeist, wobei die Gleichrichtereinheit zumindest zeitweise als Energiequelle zur Ersatzstromversorgung und zum Abbau des Energiepotentials betrieben wird.
Das elektrische Energiepotential kann alternativ oder zusätz¬ lich in beliebigen kapazitiven elektrischen Bauelementen der Elektrolyseanlage vorhanden sein. Insbesondere von Vorteil kann so ein nach dem Ausfall der Stromversorgung vom Gleichrichter der Elektrolyseanlage ausgehendes Gefährdungspotenti¬ al gezielt abgebaut werden.
Zweckmäßigerweise wird das in der Elektrolyseanlage vorhande- nen Energiepotential innerhalb von 1min bis 20min, insbeson¬ dere innerhalb von 2min bis 15min, bevorzugt innerhalb von 6min bis 8min, auf ein gefährdungsfreies Niveau abgebaut.
Durch den Abbau des Energiepotentials innerhalb von 1min bis 20min, beispielsweise innerhalb von 2min, kann eine besonders zeitnahe Verringerung des einhergehenden Gefährdungspotenti¬ als bei wenig lange andauernder Stromversorgung der Elektrolyseanlage erreicht werden. Durch den Abbau des Energiepoten- tials innerhalb von 2min bis 15min, beispielsweise innerhalb von 5min, kann eine zeitnahe Verringerung des einhergehenden Gefährdungspotentials bei moderat lange andauernder Stromver¬ sorgung der Elektrolyseanlage erreicht werden. Durch den Ab- bau des Energiepotentials innerhalb von 6min bis 8min, bei¬ spielsweise innerhalb von 7min, kann eine hinreichend zeitna¬ he Verringerung des einhergehenden Gefährdungspotentials bei besonders lange andauernder unterbrechungsfreier Stromversorgung der Elektrolyseanlage erreicht werden. Von Vorteil kann so zum einen eine hinreichend zügige Verringerung des Ener¬ giepotentials auf ein gefährdungsfreies Niveau erreicht, zum anderen eine hinreichend lange andauernde unterbrechungsfreie Stromversorgung der Elektrolyseanlage bereitgestellt werden. Vorteilhafterweise wird das gefährdungsfreie Niveau des Ener¬ giepotentials in einem spannungs- und/oder ström- und/oder überdrucklosen und/oder reaktionsgasfreien Betriebszustand der Elektrolyseanlage erreicht. Von besonderem Vorteil wird so eine Verringerung einer Explosionsgefahr, einer Kurzschlussgefahr und einer Berstgefahr erreicht. Außerdem von Vorteil kann so eine für das Bedien¬ personal und die Umwelt gefährdungsfreie Wiederinbetriebnahme der Elektrolyseanlage nach Abbau des Energiepotentials und Wiedereinsetzen der Stromversorgung erreicht werden.
In einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Elektrolyseanlage nach dem Abbau des in der Elektrolyseanlage vorhandenen Energiepotentials mittels einer kapazitiven Energiespeicher- einheit unterbrechungsfrei mit Strom versorgt.
Von besonderem Vorteil kann so eine zeitliche Verlängerung der unterbrechungsfreien Stromversorgung - über den Abbau des in der Elektrolyseanlage vorhandenen Energiepotentials hinaus - erzielt werden. Dies ist insbesondere dann von Vorteil, wenn das in der Elektrolyseanlage vorhandene Energiepotential für eine hinreichend lang andauernde unterbrechungsfreie Energieversorgung nicht ausreichend ist. Weiterhin sind kapa- zitive Energiespeichereinheiten zur unterbrechungsfreien Stromversorgung vielfach erprobt und kostengünstig, so dass eine zuverlässige und aufwandsgünstige zeitlich verlängerte unterbrechungsfreie Stromversorgung erreicht wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zumindest eines Verbrauchers der Elektrolyseanlage bewirkt. Zweckmäßigerweise ist der Verbraucher ein sicherheitsrelevanter Verbraucher, beispielsweise ein elektrisch betätigtes Ventil oder ein Pumpe, welcher zum kontrollierten Weiterbetrieb bzw. zur kontrollierten Außerbetriebnahme der Elektro¬ lyseanlage notwendig ist. Vorteilhafterweise wird die Strom- Versorgung im gegebenen Zusammenhang in dem Sinne unterbrechungsfrei bewirkt, dass der Verbraucher keine betriebs- oder sicherheitstechnisch relevante Unterbrechung der Stromversorgung erfährt. In einer vorteilhaften Weiterbildung wird das Verfahren zu einer Steuerung des Abbaus des in der Elektrolyseanlage vor¬ handenen Energiepotentials auf ein gefährdungsfreies Niveau verwendet . Von Vorteil kann so beispielweise ein steuernder Eingriff von Bedienpersonal in den Ablauf des Abbaus des Energiepotentials erreicht werden.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Steuereinheit zu einer Ansteuerung von zumindest einem Verbraucher der
Elektrolyseanlage zu einer Stromaufnahme aus einem elektro¬ chemischen Energiepotential des Elektrolysestacks vorberei¬ tet . Zweckmäßigerweise ist das elektro-chemische Energiepotential in dem an einer Elektrode oder einer Polymerelektrolytmembran des Elektrolysestacks anliegenden Wasserstoff-Wasser-Gemisch vorhanden. Von Vorteil kann durch die derartige Ansteuerung ein Abfließen eines infolge einer elektro-chemischen Reaktion innerhalb des Elektrolysestacks generierten Stromes erzielt werden . Die bisher gegebene Beschreibung vorteilhafter Ausgestaltungen enthält zahlreiche Merkmale, die in den einzelnen Unter¬ ansprüchen teilweise zu mehreren zusammengefasst wiedergege¬ ben sind. Diese Merkmale können jedoch zweckmäßigerweise auch einzeln betrachtet und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfasst werden. Insbesondere sind diese Merkmale je¬ weils einzeln und in beliebiger geeigneter Kombination mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der erfindungsgemäßen Anordnung gemäß den unabhängigen Ansprüchen kombinierbar. Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung, sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläu- tert werden. Die Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und beschränken die Erfindung nicht auf die darin angegebene Kombination von Merkmalen, auch nicht in Bezug auf funktionale Merkmale. Außerdem können dazu geeignete Merkmale eines jeden Ausführungsbeispiels auch explizit iso- liert betrachtet, aus einem Ausführungsbeispiel entfernt, in ein anderes Ausführungsbeispiel zu dessen Ergänzung einge¬ bracht und/oder mit einem beliebigen der Ansprüche kombiniert werden . Es zeigen:
FIG 1 eine schematische Darstellung einer Elektrolyseanlage mit einer unterbrechungsfreien Stromversorgung aus einem in der Elektrolyseanlage vorhandenen Energiepotential und
FIG 2 ein Diagramm mit schematischen Spannungsverläufen und Betriebszuständen der Elektrolyseanlage gemäß FIG 1. FIG 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Elektrolyse¬ anlage 2. Die Elektrolyseanlage weist einen Elektrolysestack 4 (auch: Elektrolysezelle) mit einer Polymerelektrolytmembran 6 und Elektroden 8 auf. Aus Gründen der besseren Darstellbar- keit ist lediglich eine Elektrolysezelle bzw. ein
Elektrolysestack dargestellt, unbeschadet der Tatsache, dass Elektrolyseanlagen üblicherweise eine Vielzahl von
Elektrolysestacks aufweisen können. Außerdem weist die Elekt¬ rolyseanlage 2 eine Stromversorgung 10 auf. Die Stromversor- gung 10 kann beispielsweise über eine Zuleitung aus einem
Wechselstromnetz erfolgen. Die Stromversorgung 10 ist an eine Gleichrichtereinheit 12, welche ein kapazitives Bauelement 14 aufweist, angeschlossen. Die Gleichrichtereinheit 12 ist zur Versorgung des Elektrolysestacks 4 mit Gleichstrom vorberei- tet. Weiterhin ist die Stromversorgung 10 zumindest an einen Verbraucher 16 der Elektrolyseanlage 2 angeschlossen. Zur besseren Darstellbarkeit ist im vorliegenden Ausführungsbei¬ spiel lediglich ein generischer Verbraucher 16 ausgeführt. Typischerweise ist die Stromversorgung 10 an mehrere Verbrau- eher angeschlossen, die beispielsweise als Pumpen, Ventile, Aggregate oder Anzeigeelemente ausgeführt sind. Der Verbrau¬ cher 16 ist zur Ansteuerung durch eine Steuereinheit 18 vorbereitet . Während eines üblichen Betriebes der Elektrolyseanlage 2 er¬ folgt die Versorgung des Elektrolysestacks 4 und des Verbrau¬ chers 16 bzw. der gesamten Elektrolyseanlage 2 mit Betriebs¬ energie über die Stromversorgung 10. Der Elektrolysestack 4 wird durch die Gleichrichtereinheit 12 mit Gleichstrom bzw. -Spannung versorgt. In dem Elektrolysestack 4 wird Wasser unter Einwirkung des Gleichstroms durch eine elektro-chemische Reaktion an der Polymerelektrolyt¬ membran 6 und den Elektroden 8 in Wasserstoff und Sauerstoff aufgespaltet. Der Wasserstoff kann hiernach als Energieträger oder reaktives Zwischenprodukt verwendet werden. Der Sauer¬ stoff kann in eine Umgebung abgegeben oder einem Druckbehälter zugeführt werden. Typischerweise entstehen durch die ag- gregatszustandsbedingte Expansion des Reaktionsmediums Wasser nicht unerhebliche Drücke im Bereich zwischen 30bar und 50bar innerhalb des Elektrolysestacks 4. Während des üblichen Betriebes erfolgt außerdem die Versor¬ gung des Verbrauchers 16 durch die Stromversorgung 10. Der Verbraucher kann ein sicherheitsrelevanter Verbraucher, beispielsweise ein elektrische betätigtes Überdruckventil oder eine Kühleinrichtung zur Vermeidung einer Überhitzung der Elektrolyseanlage 2 sein. Während des üblichen Betriebes wird die sicherheitsrelevante Funktion des Verbrauchers 16 durch die Stromversorgung 10 aufrechterhalten.
Insbesondere nach einem Ausfall der Stromversorgung 10 weist der Elektrolysestack 4 der Elektrolyseanlage 2 ein Energiepo¬ tential 20 auf. Das Energiepotential 20 setzt sich aus ver¬ schiedenartigen Anteilen, nämlich einem elektro-chemischen Energiepotential 22, einem elektrischen Energiepotential 24 und einem druckbasierten Energiepotential 26 zusammen.
Das druckbasierte Energiepotential 26 kann in einem druck¬ beaufschlagten Arbeitsmedium des Elektrolysestacks 4 liegen, vorzugsweise in Sauerstoff mit einem Druck zwischen 30bar und 50 bar und einem Volumen von 10 cm3 bis 100 000 cm3. Das druckbasierte Energiepotential 26 stellt insbesondere nach einem Ausfall der Stromversorgung ein Gefährdungsrisiko für die Umwelt, die Elektrolyseanlage 2 selbst und deren Bedien¬ personal da.
Das elektrische Energiepotential 24 ergibt sich insbesondere aus einer Doppelschichtkapazität bzw. einer Elektrodenrest- energie. Insbesondere nach einem Ausfall der Stromversorgung 10 stellt das elektrische Energiepotential 24 ein Gefähr¬ dungsrisiko für die Umwelt, die Elektrolyseanlage 2 selbst und deren Bedienpersonal da. Beispielsweise kann Bedienperso- nal unter Einwirkung des elektrischen Energiepotentials 24 einen Stromschlag und infolgedessen körperliche Einbußen erleiden . Das elektro-chemische Energiepotential 22 liegt in einer Reaktionsfähigkeit eines an den Elektroden 8 bzw. der
Polymerelektrolytmembran 6 anliegenden Wasser-Wasserstoff- Gemischs. Im Zusammenwirken mit einer katalytischen Wirkung der Elektroden 8 bzw. mit speziellen Eigenschaften der
Polymerelektrolytmembran 6 zerfällt das Wasser-Wasserstoff- Gemisch -bei nicht vorhandener Stromversorgung durch die Gleichrichtereinheit 12- in Wasser und frei werdende Ladungs¬ träger. Sofern ein Abfließen der freiwerdenden Ladungsträger möglich ist fließt ein elektrischer Strom, der bevorzugt zur Speisung der unterbrechungsfreien Stromversorgung der Elektrolyseanlage verwendet wird. Insbesondere nach Ausfall der Stromversorgung 10 stellt das elektro-chemische Energiepoten¬ tial 22 bzw. das Wasser-Wasserstoff-Gemisch auf Grund seiner Explosionsgefährlichkeit ein nicht unerhebliches Gefährdungs¬ potential dar.
Nach Ausfall der Stromversorgung 10 wird die Elektrolyseanla¬ ge 2 ersatzweise und bevorzugt unterbrechungsfrei aus dem Energiepotential 20 mit Strom versorgt. Aus Gründen der über¬ sichtlichen Darstellbarkeit ist im vorliegenden Ausführungs¬ beispiel lediglich der Verbraucher 16 an die über eine Stromzuleitung 28 aus dem Energiepotential 20 gespeiste Ersatz¬ stromversorgung angeschlossen, obschon Elektrolyseanlagen üb- licherweise über eine Vielzahl von Verbrauchern verfügen können .
Außerdem kann ein weiteres elektrisches Energiepotential 25 in kapazitiven elektrischen Bauelementen der Elektrolyseanla- ge vorhanden sein. Stellvertretend ist in der vorliegenden
Figur lediglich das kapazitive Bauelement 14 der Gleichrichtereinheit 12 dargestellt, obwohl die Elektrolyseanlage eine Vielzahl kapazitiver Bauelemente aufweisen kann. Zur Aufnahme des Stromes aus der Stromzuleitung 28 der ersatzweisen und bevorzugt unterbrechungsfreien Stromversorgung wird der Verbraucher 16 über die Steuereinheit 18 ange¬ steuert. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass das im Elektrolysestack 4 vorhandene Energiepotential 20 abgebaut wird .
Die Speisung der Stromzuleitung 28 der ersatzweisen und be- vorzugt unterbrechungsfreien Stromversorgung erfolgt bis zur Aufzehrung des Energiepotentials 20. Dabei kann die Stromzu¬ leitung 28 der unterbrechungsfreie Stromversorgung gleichzei¬ tig aus den benannten verschiedenartigen Energiepotentialen 22, 24 und 26 oder in einer vorgebbaren Reihenfolge aus die- sen gespeist werden. Auf diese Weise wird zum einen erreicht, dass das mit dem Energiepotential einhergehende Gefährdungs¬ potential kontrolliert abgebaut wird. Zum anderen wird eine etwaige sicherheitsrelevante Funktion des Verbrauchers 16 aufrechterhalten um einen kontrollierten Weiterbetrieb bzw. eine kontrollierte Außerbetriebnahme der Elektrolyseanlage 2 zu erreichen.
Nach Erschöpfung des Energiepotentials 20 erfolgt die weiter¬ gehende Stromversorgung des Verbrauchers 16 aus einer kapazi- tiven Energiespeichereinheit 30. Auf diese Weise wird er¬ reicht, dass auch bei einer vorzeitigen Erschöpfung des Energiepotentials 20 genügend Energie zur Versorgung des sicher¬ heitsrelevanten Verbrauchers 16 zur Verfügung steht. Von besonderem Vorteil kann die kapazitiven Energiespeichereinheit 30 wesentlich leistungsschwächer und damit wesentlich kostengünstiger bemessen werden als üblich. Alternativ oder zusätzlich kann die Stromversorgung auch über ein in dem kapazitiven Bauelement 14 der Gleichrichtereinheit 12 vorhandenes elektrisches Energiepotential 25 erfolgen.
FIG 2 zeigt ein Diagramm mit einem Verlauf einer elektrischen Spannung Ul (linke Ordinate [V]) der Stromversorgung 10 (vgl. FIG 1) und einer elektrischen Spannung U2 (rechte Ordinate [V]) des Elektrolysestacks 4 (vgl. FIG 1) jeweils über der Zeit t (Abszisse [s]) . Zudem sind korrespondierende Verläufe einer Spannung U3 (Ordinate [V]) des Verbrauchers 16 (vgl. FIG 1) und einer Betriebsaktivität B (Ordinate [-] der kapa¬ zitiven Energiespeichereinheit 30 (vgl. FIG 1), jeweils über der Zeit t dargestellt, wobei die drei dargestellten Zeitach¬ sen identisch sind. Das Diagramm enthält Informationen bezüglich des Abbaus des Energiepotentials 20 bzw. insbesondere des elektro-chemischen Energiepotentials 22 über der Zeit. Darüber hinaus verdeutlicht es die Realisierung einer im technischen Sinne unterbrechungsfreien Stromversorgung des Verbrauchers 16 bzw. der Elektrolyseanlage 2.
Zu einen Zeitpunkt 32 befindet sich die Elektrolyseanlage 2 in einem üblichen Betrieb. D.h. die Stromversorgung 10 weist einen Spannungswert 40, der Elektrolysestack 4 weist einen Spannungswert 42, der Verbraucher 16 weist einen Spannungs¬ wert 44 und die Energiespeichereinheit 30 weist keine Be¬ triebsaktivität auf (außer Betrieb B=0).
Ausgehend von oben beschriebenem Zustand findet zum Zeitpunkt 34 ein Ausfall der Stromversorgung 10 statt. Die Spannung Ul fällt infolgedessen auf den Spannungswert 46 bzw. U1=0. Die Stromversorgung des Verbrauchers wird vom Zeitpunkt 34 an aus dem im Elektrolysestack 4 vorhandenen elektro-chemischen
Energiepotential 22 aufrechterhalten. Infolgedessen kommt es lediglich zu einer technisch nicht relevanten Beeinträchtigung des Spannungswertes 44 des Verbrauchers 16 zum Zeitpunkt 34. D.h. die Stromversorgung des Verbrauchers 16 wird nach dem Ausfall der Stromversorgung 10 in technischem Sinne unterbrechungsfrei weitergeführt. Denkbar wäre auch, die Stromversorgung des Verbrauchers 16 durch das Energiepotenti¬ al 22 bewusst zeitlich unterbrochen, beispielsweise mit einer Versorgungslücke von ls bis 100s, vorzunehmen. Das zur Spei- sung des Verbrauchers zur Verfügung stehende bzw. aufgezehrte Energiepotential wird näherungsweise durch die schraffierte Fläche in FIG 2 repräsentiert.
Die Stromversorgung des Verbrauchers 16 aus dem im Elektro- lysestack 4 enthaltenen elektro-chemischen Energiepotential 22 wird bis zum Zeitpunkt 36 weitergeführt. Zu diesem Zeit¬ punkt ist die Spannung U2 des Elektrolysestacks 4 bis auf den Spannungswert 48 gesunken. Das vorhandene Energiepotential ist für eine weitere Speisung des Verbrauchers 16 bzw. für ein Aufrechterhalten der Spannung U3 nicht mehr hinreichend, so dass die kapazitive Energiespeichereinheit 30 in Betrieb genommen wird (B=l) . Die Stromversorgung des Verbrauchers wird vom Zeitpunkt 36 an durch die kapazitive Energiespei¬ chereinheit 30 aufrechterhalten, so dass es lediglich zu ei¬ ner technisch nicht relevanten Beeinträchtigung des Spannungswertes 44 des Verbrauchers 16 zum Zeitpunkt 36 kommt.
Zum Zeitpunkt 38 kommt es zu einem Wiedereinsetzen der Stromversorgung 10 und die Spannung Ul steigt infolgedessen auf den Spannungswert 40. Die Versorgung der Verbrauchers 16 mit Betriebsenergie erfolgt wiederum über die Stromversorgung 10, die Betriebsaktivität B der kapazitiven Energiespeichereinheit 30 wird eingestellt (B=0) und die Spannung U2 der
Elektrolysestacks 4 steigt auf den ursprünglichen Spannungs¬ wert 42.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur unterbrechungsfreien Stromversorgung einer Elektrolyseanlage (2) mit einer Ersatzstromversorgung nach einem Ausfall einer Stromversorgung (10),
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Elektrolyseanlage (2) nach dem Ausfall der Stromver¬ sorgung (10) bei der Ersatzstromversorgung aus einem in einem Elektrolysestack (4) der Elektrolyseanlage (2) vor- handenen und in Strom umwandelbaren Energiepotential (20) ersatzweise mit Strom versorgt wird,
- wobei das in dem Elektrolysestack (4) der Elektrolyseanlage (2) vorhandene und in Strom umwandelbare Energiepoten¬ tial (20) kontrolliert abgebaut wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
- die Ersatzstromversorgung zumindest zeitweise aus einem elektro-chemischen Energiepotential (22), welches in dem Elektrolysestack (4) der Elektrolyseanlage (2) vorhanden ist, gespeist wird, wobei
- der Elektrolysestack (4) zumindest zeitweise als Brennstoffzelle zur Ersatzstromversorgung und zum Abbau des Energiepotentials (20, 22) betrieben wird.
3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Er- satzstromversorgung zumindest zeitweise aus einem druckba¬ sierten Energiepotential (26), welches in dem
Elektrolysestack (4) der Elektrolyseanlage (2) vorhanden ist, und/oder einem elektrischen Energiepotential (24), welches in der Elektrolyseanlage (2) vorhanden ist, gespeist wird.
Verfahren nach dem vorherigen Anspruch,
a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Ersatzstromversorgung zumindest zeitweise aus dem druckbasierten Energiepotential (26), welches in dem
Elektrolysestack
(4) der Elektrolyseanlage (2) vorhanden ist, gespeist wird, wobei
das druckbasierte Energiepotential (26) mittels einer Tur¬ bineneinheit zur Ersatzstromversorgung und zum Abbau des Energiepotentials (20, 26) in elektrische Energie gewan- delt wird.
5. Verfahren nach einem der zwei vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Ersatzstromversorgung zumindest zeitweise aus dem elektrischen Energiepotential (25) einer Gleichrichtereinheit (12) der Elektrolyseanlage gespeist (2) wird, wo¬ bei
die Gleichrichtereinheit (12) zumindest zeitweise als Energiequelle zur Ersatzstromversorgung und zum Abbau des Energiepotentials (25) betrieben wird.
6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zum kon¬ trollierten Abbau des in der Elektrolyseanlage (2) vorhande- nen Energiepotentials (20)
- zunächst ein elektro-chemisches Energiepotential (22),
- nachfolgend ein elektrisches Energiepotential (24, 25) und
- abschließend eine druckbasiertes Energiepotential (26) abgebaut werden.
7. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das in der Elektrolyseanlage (2) vorhandenen Energiepotential (20- 26) innerhalb von 1min bis 20min, insbesondere innerhalb von 2min bis 15min, bevorzugt innerhalb von 6min bis 8min, auf ein gefährdungsfreies Niveau abgebaut wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ge- fährdungsfreie Niveau des Energiepotentials (20-26) in einem spannungs- und/oder ström- und/oder überdrucklosen und/oder reaktionsgasfreien Betriebszustand der Elektrolyseanlage (2) erreicht wird.
9. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Elektrolyseanlage (2) nach dem Abbau des in der Elektrolyse¬ anlage vorhandenen Energiepotentials (20-26) mittels einer kapazitiven Energiespeichereinheit (30) unterbrechungsfrei mit Strom versorgt wird.
10. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine unterbrechungsfreie Stromversorgung zumindest eines Verbrau¬ chers (16) der Elektrolyseanlage (2) bewirkt wird.
11. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche,
verwendet zu einer Steuerung des Abbaus des in der Elektroly- seanlage (2) vorhandenen Energiepotentials (20-26) auf ein gefährdungsfreies Niveau.
12. Elektrolyseanlage (2) mit einem Elektrolysestack (4) eingerichtet zur Durchführung eines Verfahrens nach mindestens einem der vorherigen Ansprüche,
g e k e n n z e i c h n e t d u r c h
eine Steuereinheit (18), eingerichtet zu einer Ansteuerung von zumindest einem Verbraucher (16) der Elektrolyseanlage (2) zu einer Stromaufnahme aus einem Energiepotential (20-26) der Elektrolyseanlage (2) .
13. Elektrolyseanlage (2) nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuereinheit (18) zu einer Ansteuerung von zumindest einem Verbraucher (16) der Elektrolyseanlage (2) zu einer Stromauf¬ nahme aus einem elektro-chemischen Energiepotential (22) des Elektrolysestacks (4) vorbereitet ist.
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