Wasserstoff wird eine entscheidende Rolle beim Übergang von fossilen Brennstoffen zu erneuerbaren Energiequellen spielen. Es gibt mehrere Methoden zur Wasserstoffproduktion, darunter die Elektrolyse mit alkalischen Elektrolyseuren. Dieser Markt boomt, da Elektrolyseure häufig in große Photovoltaikanlagen und Windkraftanlagen integriert werden, um den Druck auf das Stromnetz zu verringern. Angesichts der stark wachsenden Nachfrage ist es entscheidend, die Betriebsabläufe und die Leistung dieser Systeme zu optimieren. In den folgenden Abschnitten erfahren Sie, wie der Einsatz einer intelligenten Regelungsschleife in alkalischen Elektrolyseuren die Kosten senken und gleichzeitig die Funktionalität und Effizienz verbessern kann. Klingt zu gut, um wahr zu sein? Keine Sorge, alles, was Sie lesen werden, basiert auf konkreten Erfahrungen mit einem der größten Wasserstoff-Elektrolyseur-Hersteller der Welt!
Die Herausforderung der traditionellen Installation
Nicht jeder interessiert sich täglich für alkalische Elektrolyseure. Lassen Sie uns also erkunden, wie Wasserstoff mit diesen Geräten produziert wird. Dies erfordert den Einsatz eines Konzentrationssensors, eines Durchflussmessers, eines Temperatursensors, einer Regelungsschleife und eines programmierbaren Controllers (PLC) mit der entsprechenden Software. Mit anderen Worten, es handelt sich um ein komplexes Regelungssystem, das Ihnen möglicherweise vertraut vorkommt.
Was man über alkalische Elektrolyseure wissen sollte
In einem alkalischen Elektrolyseur wird Wasserstoff erzeugt, indem Wasser (H2O) in Sauerstoff (O2) und Wasserstoff (H2) aufgespalten wird. Dieser Prozess erfordert das Anlegen einer elektrischen Spannung an zwei Elektroden, die in einen Wasserkessel eingetaucht sind. Damit die Elektronen, die für diese Reaktion entscheidend sind, von einer Elektrode zur anderen fließen können, muss das Wasser elektrisch leitfähig sein. Diese optimale Leitfähigkeit wird erreicht, indem KOH dem demineralisierten Wasser hinzugefügt wird.
Im Verlauf der Wasserspaltung ist es notwendig, demineralisiertes Wasser in angemessenen Mengen hinzuzufügen, um die KOH-Konzentration auf dem idealen Niveau zu halten. Da diese Reaktion exotherm ist, muss das Wasser im Becken zirkuliert werden, um eine homogene Temperaturverteilung zu gewährleisten und innerhalb der sicheren Betriebsgrenzen zu bleiben.
Das komplexe Regelungssystem der Gegenwart
Aktuell wird die KOH-Konzentration mithilfe von Sensoren gemessen, die nicht kontinuierlich arbeiten, oder sie wird durch Geräte wie Coriolis-Massendurchflussmesser geschätzt. In beiden Fällen werden die gesammelten Informationen an einen programmierbaren Controller (PLC) gesendet, der dann ein Ventil steuert, das den Eintritt von demineralisiertem Wasser in den Elektrolyseur reguliert. Darüber hinaus ist es notwendig, den Durchfluss des Wasser-KOH-Gemischs zu überwachen. Dies erfordert die Installation eines Durchflussmessers und eines Temperatursensors. Bei der Verwendung eines Coriolis-Massendurchflussmessers ist die Installation eines weiteren Durchflussmessers jedoch nicht immer erforderlich.
Bei der Betrachtung dieses Regelungssystems finden wir einen Konzentrationssensor, einen Durchflussmesser, einen Temperatursensor, ein Regelventil und einen programmierbaren Controller (PLC) mit der entsprechenden Software. Der Einsatz all dieser einzelnen Sensoren hat Auswirkungen auf die mechanische und elektrische Konstruktion, den Installationsaufwand sowie die Hardware- und Softwareintegration in den PLC. Dies beeinflusst auch das dynamische Verhalten des gesamten Systems. Zusammengefasst handelt es sich um ein komplexes System mit Herausforderungen zur Optimierung seiner Leistung, aber auch um eine große Chance zur Verbesserung.
Optimierung alkalischer Elektrolyseure
Wie bereits erwähnt, wächst die Nachfrage nach Wasserstoff erheblich. Das komplexe Regelungssystem der Gegenwart schränkt die Regelungs- und Überwachungsfähigkeiten ein, mangelt an Effizienz und seine Komplexität beeinträchtigt das dynamische Verhalten und die kontinuierliche Verbesserung. Wie können wir diese Herausforderungen überwinden und gleichzeitig präzise Daten, eine hohe Verfügbarkeit und eine sowohl präzise als auch stabile und schnelle Durchflussregelung gewährleisten?
Beseitigung der Komplexität
Hier kommt FOCUS-ON ins Spiel. Dieses innovative System integriert eine intelligente Regelungsschleife, einen Ultraschall-Durchflussmesser, Temperatursensoren und Drucksensoren, alles kombiniert mit einem Regelventil. Dank seiner Verarbeitungs- und Datenspeicherungsleistung vereinfacht FOCUS-ON die gesamte Anwendung. Jetzt reicht ein einziges Gerät aus, um sowohl die Durchflussregelung als auch die KOH-Konzentrationsmessung zu gewährleisten.
Für die Regelung des Zirkulationsflusses führen die integrierten Sensoren (Temperatur, Durchfluss, Druck) Messungen mit einer Frequenz von 10 Hz durch. Der ebenfalls integrierte PID-Regelungsalgorithmus steuert das Regelventil mit bemerkenswerter Präzision und Schnelligkeit und sorgt so für eine optimale Prozesskontrolle. Die Messung der KOH-Konzentration, die entscheidend für die Regelung des demineralisierten Wassers ist, ist eine standardmäßig im System integrierte Funktion. Sie wird durch eine clevere Kombination der verfügbaren Sensorsignale (Schallgeschwindigkeit, Temperatur, Druck) erzeugt. Sie erfolgt ebenso schnell wie die anderen Messungen mit einer Frequenz von 10 Hz und bietet eine bemerkenswerte Genauigkeit (<0,4 % relative Unsicherheit) und gehört zu den Standardmerkmalen der intelligenten Regelungsschleife FOCUS-ON.
Vorteile der intelligenten Regelungsschleife für den Kunden
Zusammenfassend sind die Vorteile einer intelligenten Regelungsschleife im Vergleich zu traditionellen Installationen erheblich. Hier sind die Hauptvorteile für einen der größten Hersteller von Wasserstoff-Elektrolyseuren der Welt:
- Die Installation eines einzigen Geräts spart Platz und Kosten und vereinfacht das System.
- Bedeutende Einsparungen durch die Integration der Durchflussmessung, der analytischen Messung und der Regelung in einem einzigen Gerät.
- Eine schnelle und präzise Messung der KOH-Konzentration ist im Gerät integriert.
- Optimale Regelungsleistung durch eine hohe Messfrequenz und einen digitalen Zwilling.
- Vollständige Regelungs- und Überwachungsfähigkeiten.
- Erhöhte Betriebseffizienz des Elektrolyseurs durch präzise, stabile und schnelle Durchflussregelung.
- Zusätzliche Einblicke in die Daten gewährleisten eine hohe Verfügbarkeit des Elektrolyseurs.
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FOCUS-1 used in alkaline electrolyser
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