Die Wasserelektrolyse ist ein vergleichsweise einfaches Verfahren zur Wasserstofferzeugung. Gleichstrom aus einem Gleichrichterschrank wird durch eine mit Elektrolyt gefüllte Elektrolysezelle geleitet. An den Elektroden reagieren die Wassermoleküle elektrochemisch und zerfallen in Wasserstoff und Sauerstoff. Der Gleichrichterschrank ist eine Schlüsselkomponente im Prozess der Wasserstofferzeugung mittels Wasserelektrolyse, und seine Kompatibilität ist von entscheidender Bedeutung. Ein komplettes Gleichrichtersystem besteht aus einem digital gesteuerten Gleichrichterschrank, einem Gleichrichtertransformator (der sich mitunter im Schrank befindet) und Gleichstromsensoren. Es wird typischerweise in Innenräumen installiert, mit Reinstwasser gekühlt und hat Eingangsspannungen von beispielsweise 10 kV und 380 V.
Einführung in Thyristor-Gleichrichteranlagen für die Wasserstoffelektrolyse
I. Anwendungen
Diese Gleichrichtergehäuse werden hauptsächlich in verschiedenen Gleichrichteranlagen und automatisierten Steuerungssystemen für die Elektrolyse von Nichteisenmetallen wie Aluminium, Magnesium, Mangan, Zink, Kupfer und Blei sowie von Chloridsalzen eingesetzt. Sie können auch als Stromversorgung für ähnliche Verbraucher verwendet werden.
II. Hauptmerkmale des Gehäuses
1. Elektrischer Anschlusstyp: Die Auswahl erfolgt in der Regel anhand der Gleichspannung, des Gleichstroms und der Toleranzen gegenüber Netzoberwellen. Es gibt zwei Hauptkategorien: Doppelstern- und Dreiphasenbrückenschaltung sowie vier verschiedene Kombinationen, darunter Sechs-Puls- und Zwölf-Puls-Anschlüsse.
2. Hochleistungsthyristoren werden eingesetzt, um die Anzahl der parallel geschalteten Bauteile zu reduzieren, den Schaltschrankaufbau zu vereinfachen, Verluste zu verringern und die Wartung zu erleichtern.
3. Komponenten und schnellverschmelzende Kupfersammelschienen verwenden speziell entwickelte Kühlwasserkreislaufprofile für eine optimale Wärmeableitung und eine verlängerte Lebensdauer der Komponenten.
4. Die Komponenten werden durch Einpressen verbunden. Dabei wird eine typische Konstruktion für gleichmäßige und konstante Spannungen mit doppelter Isolierung verwendet.
5. Die internen Wasserleitungen bestehen aus importierten, verstärkten, transparenten Weichkunststoffschläuchen, die sowohl gegen hohe als auch gegen niedrige Temperaturen beständig sind und eine lange Lebensdauer aufweisen.
6. Komponenten-Heizkörperarmaturen werden einer speziellen Behandlung unterzogen, um Korrosionsbeständigkeit zu gewährleisten.
7. Das Gehäuse ist vollständig CNC-gefräst und pulverbeschichtet, um ein ästhetisch ansprechendes Erscheinungsbild zu gewährleisten.
8. Schränke sind im Allgemeinen als offene Innenschränke, halboffene Schränke und vollständig abgedichtete Außenschränke erhältlich; die Kabeleinführungs- und -ausführungsmethoden werden nach den Anforderungen des Benutzers gestaltet.
9. Diese Gleichrichtergehäuseserie verwendet ein digitales industrielles Trigger-Steuerungssystem, um einen reibungslosen Betrieb der Geräte zu gewährleisten.
Spannungsspezifikationen:
16 V 36 V 75 V 100 V 125 V 160 V 200 V 315 V
400 V 500 V 630 V 800 V 1000 V 1200 V 1400 V
Aktuelle Spezifikationen:
300 A 750 A 1000 A 2000 A 3150 A
5000 A 6300 A 8000 A 10000 A 16000 A
20000A 25000A 31500A 40000A 50000A
63000A 80000A 100000A 120000A 160000A
Hier die wichtigsten Merkmale:
1. Extrem hohe Effizienz und Leistung bei der Elektro-Wasserstoff-Umwandlung
Effizienz ist entscheidend: Die Stromkosten machen 70–80 % der Kosten der Wasserstoffelektrolyse aus. Daher führt jede Steigerung des Wirkungsgrads des Gleichrichterschranks um 0,1 % zu erheblichen Einsparungen bei den Betriebskosten. Der geforderte Wirkungsgrad liegt typischerweise bei 98,5 %, wobei fortschrittliche Modelle über 99 % erreichen.
Niedriger Restwelligkeitsfaktor: Die Gleichstromausgangsleistung sollte so rein wie möglich sein, mit einem extrem niedrigen Restwelligkeitsfaktor. Eine zu hohe Wechselstromrestwelligkeit verringert die Effizienz des Elektrolyseurs, erhöht Nebenreaktionen und kann die Lebensdauer der Elektroden beeinträchtigen. Dies stellt höhere Anforderungen an Gleichrichtertechnologien (wie z. B. Mehrphasengleichrichtung und Pulsweitenmodulation).
2. Extrem großer Leistungsregulierungsbereich und schnelle Reaktionszeit
Anpassung an Schwankungen erneuerbarer Energien: Dies ist einer der bedeutendsten Unterschiede zu herkömmlichen Gleichrichterschränken. Um mit schwankenden Energiequellen wie Wind- und Solarenergie arbeiten zu können, muss der Gleichrichterschrank in der Lage sein, über einen extrem breiten Leistungsbereich (z. B. 10 % bis 120 % der Nennleistung) stabil und effizient zu arbeiten.
Schnelle dynamische Reaktion: Bei plötzlichen Änderungen der Wind- und Solarenergie benötigt der Gleichrichterschrank eine Reaktionszeit von Millisekunden bis Sekunden, um seine Ausgangsleistung schnell anzupassen, sich an die Energieänderungen anzupassen und eine Last folgt der Quelle, wodurch die Netzstabilität und der effiziente Betrieb des Wasserstoffproduktionssystems gewährleistet werden.
3. Hohes Maß an Intelligenz und kollaborativer Steuerung
Tiefe Integration mit dem Elektrolyseur: Der Gleichrichterschrank ist nicht länger eine unabhängige Stromquelle, sondern das Herzstück des Wasserstoffproduktionssystems. Er ist tief in das Elektrolyseur-Managementsystem, das Wasserstoffreinigungssystem und das Steuerungssystem des Kraftwerks für erneuerbare Energien integriert, um eine gemeinsame Optimierung zu erreichen.
Mehrere intelligente Betriebsmodi:
Konstantleistungsmodus: Wird verwendet, wenn die Netzversorgung stabil ist.
Automatischer Leistungspunktverfolgungsmodus: Empfängt direkt Befehle zur Einspeisung erneuerbarer Energien und passt die Leistung automatisch an.
Energiemanagementmodus: Kooperiert mit dem Stromnetz und dem Energiespeichersystem, um an der Spitzenlastkappung und Talfüllung oder der Primärfrequenzregelung teilzunehmen.
Digitaler Zwilling und vorausschauende Wartung: Mithilfe von Cloud-Plattformen und Big-Data-Analysen werden Echtzeitüberwachung und Zustandsbewertung der Anlagen durchgeführt, um vorausschauende Wartung zu ermöglichen und ungeplante Ausfallzeiten zu reduzieren.
4. Erstklassiges Design für Sicherheit und Zuverlässigkeit
Explosionsgeschützte Aspekte in Wasserstoffanlagen: Obwohl der Gleichrichterschrank üblicherweise getrennt vom Elektrolyseur installiert wird, muss seine Konstruktion die Explosionsschutzanforderungen der gesamten Wasserstoffproduktionsanlage berücksichtigen. Die Auswahl der elektrischen Komponenten und die Schrankkonstruktion müssen strengen Explosionsschutznormen entsprechen.
Mehrere redundante Schutzsysteme:
Verzahnt mit der Wasserstoffkonzentration: Das System kann die Stromversorgung des Gleichrichterschranks sofort unterbrechen, sobald ein Wasserstoffleck festgestellt wird.
Verriegelt mit Temperatur, Druck und Füllstand des Elektrolyseurs: Gewährleistet, dass der Gleichrichterschrank stets innerhalb der sicheren Betriebsbedingungen des Elektrolyseurs arbeitet.
Schnellere Fehlerisolierung: Verhindert Wasserstoff-Rückzündungen oder Schäden am Elektrolyseur aufgrund von Stromausfall.
24/7-Unterbrechungsfreier Betrieb: Die Wasserstoffproduktion ist ein kontinuierlicher Prozess, der extrem hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit des Gleichrichterschranks stellt. Die mittlere Betriebsdauer zwischen Ausfällen (MTBF) ist ein wichtiger Indikator.
5. Starke Netzunterstützungsfähigkeit
Hochwertige Stromversorgung: Fortschrittliche Gleichrichtertechnologie unterdrückt effektiv Oberschwingungen, erzielt einen hohen Leistungsfaktor und reduziert die Netzbelastung. Einige Ausführungen verfügen sogar über eine gewisse Blindleistungskompensation und unterstützen so das Stromnetz.
6. Modularisierung und Skalierbarkeit
Erweiterung des Wasserstoffenergieprojekts: Wasserstoffenergieprojekte werden typischerweise in Phasen realisiert. Das Gleichrichtersystem ist modular aufgebaut und ermöglicht so eine einfache Erweiterung durch Hinzufügen von Leistungsmodulen, ähnlich wie bei Bausteinen. Dadurch können zukünftige Kapazitätserhöhungen realisiert und die anfänglichen Investitionskosten gesenkt werden.
N+X-Redundanz: Bei großtechnischen Wasserstoffproduktionsprojekten werden mehrere Leistungsmodule parallel geschaltet, wobei Backup-Module (X) so konfiguriert sind, dass sie eine im laufenden Betrieb austauschbare Wartung und Systemredundanz gewährleisten und somit die Verfügbarkeit der gesamten Wasserstoffproduktionsanlage sicherstellen.
Zusammenfassung: Die Kernpositionierung des Gleichrichterschranks für die Elektrolyse-Wasserstoffproduktion
Im Vergleich zu herkömmlichen Gleichrichterschränken hat sich der Gleichrichterschrank für die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse von einer einfachen Gleichstromversorgung zu einem Energieumwandlungs- und Steuerungssystem weiterentwickelt, das fortschrittliche Leistungselektronik, digitale intelligente Steuerung und Energiemanagementfunktionen integriert.
Sein Kernwert liegt darin:
Kostenreduzierung: Verringerung des Energieverbrauchs pro Wasserstoffproduktionseinheit durch höchste Effizienz.
Effizienzsteigerung: Maximierung der Absorption von schwankendem Ökostrom durch weitreichende und schnelle Reaktionsfähigkeit, Verbesserung der Gesamteffizienz des Wasserstoffproduktionssystems.
Gewährleistung der Sicherheit: Bereitstellung eines sicheren und zuverlässigen Energiekerns für das gesamte Wasserstoffproduktionssystem.
Förderung der Integration: Als Brücke zwischen erneuerbarer Energie und chemischen Endanwendungen ist sie ein Schlüsselelement für den Aufbau eines neuen Energiesystems.
