Väte + bränslecell: komponenter för energigenerering
- Detaljer
- Träffar: 5883
Framtiden för energiförsörjning ligger i Förnybar energi. Teknologierna Vätebränsleceller eller elektrolysörer är lovande kandidater för framtidens energibärare, om de är "gröna". Automationsexperten Pepperl + Fuchs erbjuder produkter för hela värdekedjan för vätgas på grundval av sitt omfattande och mångåriga kunnande. Ta reda på nedan var vi står med grönt väte och vilka produkter som driver utvecklingen framåt.
innehåll
- Bostad för mätteknik vid vätgasproduktion
- Vätgas som krisräddare
- Energiförsörjning i omställning
- Grönt väte är jokern
- Sensorteknik för vätgasvärdekedjan
- Vanliga frågor
Bostad för mätteknik vid vätgasproduktion
11.10.2013 oktober XNUMX | Den heltäckande energisk omvandling ställer ökade krav på alla inblandade i produktionskedjan – från grön el till vätgasproduktion till produktion av olika derivat inklusive alla transportmoment mellan stationerna.
Vindkraftverk och vindkraftsparker förväntas ha bättre funktioner som betjänar nätet. För att göra detta kräver kontrollerna data, som i sin tur tillhandahålls av sensorer från Pepperl+Fuchs. Sensorerna kan detektera positionerna för Löv och gondol samt exakt detektera hastigheter och vibrationer.
Om väte produceras av förnybar el med hjälp av elektrolysörer måste trycket anpassas till de olika vidare transport- och bearbetningsstegen. Detta väcker också frågor om Explosionsskydd vidare.
Pepperl+Fuchs erbjuder en speciell sådan för detta explosionsskydd Bostadsteknik för motsvarande Ex-zoner och kopplingsskåp-Moduler för signalseparering och vidarebearbetning.
Dessa används i tryckmätning och tryckkontrollsystem. Speciallösningar inom området "Purge" erbjuds också. Dessa tillåter användning av icke-explosionssäkra mätanordningar. Sist men inte minst, explosionssäkra gör det lättare Surfplattor och smartphones den kommunikationsteknik i potentiellt explosiva områden.
Vätgas som krisräddare
För mer än ett år sedan ansågs fortfarande väte (H 2) vara en avgörande komponent i avkolning av industri och transport. Men nu kämpar vi inte bara med klimatkrisen, utan också med en energikris som kan driva på utbyggnaden av grönt väte som energikälla för elektrisk energi för att säkerställa el- och värmebehov. Problemet här ligger mindre i koncepten och det tekniska kunnandet, utan framför allt i den rätta implementeringen.
IO-modul säkrar Resato vätgastankstationer
Stora vätgasprojekt har redan annonserats runt om i världen, från Kanada till Tyskland till Japan. Men um Grönt väte För att generera el måste vi först bygga ut förnybar energiproduktion. Vindkraftverk till havs spelar här en avgörande roll genom att leverera den gröna elen som krävs.
Grönt väte - möjlighet eller risk för fabriksautomationsingenjörer?
09.02.2023 | Med den tydligt förutspådda starka tillväxten inom vindkraftsområdet under de kommande 20 åren finns det utmärkta möjligheter för sensortillverkare och fabriksautomationsföretag. Dessa exponentieras av att detsamma gäller lagring, transport och tillverkning av alla dessa system. Wolfgang Weber, Global Industry Manager på Pepperl+Fuchs, talar om ämnet i följande video vid fackpressdagarna på RBS Stutensee i Karlsruhe.
Energiförsörjning i omställning
Tillförseln av elektrisk energi står inför en fundamental omvälvning, där alla kända processer sätts på prov. De Kärnenergi, som lovade obegränsad tillgänglighet på 60- och 70-talen, hamnade i vanrykte av olika skäl och övervägs nu bara i ett fåtal länder.
Också vattenkraft kan endast byggas ut i begränsad omfattning, eftersom det har en enorm påverkan på landskapet och har konsekvenser för flora och fauna. Biomassa, å andra sidan, är mycket kontroversiell eftersom den konkurrerar med livsmedelsproduktionen och dessutom har sina begränsningar.
Grundläggande överväganden om energiomställningen
hittills varit fossila ämnen som olja, naturgas och kol är de föredragna energikällorna. I motsats till tidigare prognoser finns de dock fortfarande tillgängliga i nästan obegränsade mängder, är billiga och det finns många möjliga användningsområden för fossila bränslen. De tjänar inte bara till att generera energi, utan också som basmaterial för kemi, farmaci och många andra områden.
Under de senaste två decennierna har två representanter för förnybar energi särskilt utmärkt sig inom kraftproduktionsområdet. Det här är vad du tänker på först Vindkraft och Sol, eftersom dessa energikällor tydligen är tillgängliga gratis.
I Tyskland antar vi att Kraftbehov kommer att fördubblas under de kommande 20 åren. För närvarande täcker vi dock bara knappt hälften av vårt nuvarande elbehov från regenerativa källor. Så vi måste fyrdubbla produktionen av el. Det har verkligen skett en fantastisk utveckling under denna period – både när det gäller skala och kostnad. Vindkraftverk med en kapacitet på upp till 18 MW per enhet installeras offshore idag, vilket var otänkbart på 1980-talet. Tanken att solcellsanläggningar i soliga områden skulle generera el till en kostnad av mindre än 1 cent per kWh ansågs i bästa fall utopisk.
Problemet löst? Inte alls!
Betyder detta att alla problem är lösta? Inte alls, för grundläggande utmaningar underskattades tyvärr av oaktsamhet under lång tid. Tyskland är ett av de länder som kan ha pålitlig strömförsörjning hela tiden. Detta är inte på något sätt en självklarhet, inte ens i högt utvecklade länder.
Vid planeringen av strömförsörjningssystemet handlade det alltid om att kunna täcka den absoluta toppbehovet i alla fall, även om det bara inträffar en timme om året. Den stiliserade grafiken (höger) illustrerar problemet. Vind och sol ger heller för mycket eller för lite energi. Båda orsakar problem eftersom antingen kraften måste minskas eller reservkraftverken måste tillhandahålla energi. Båda scenarierna är dock oekonomiska. Målet måste därför vara att minimera de två situationerna så mycket som möjligt.
den Kraftproduktion bygger inte bara på tiden, utan också på de rumsliga kraven. Det var därför vettigt att bygga stora kraftverk nära stora konsumenter som folkrika metropoler eller industriområden.
Med energikällorna sol och vind uppfylls dock inte dessa krav längre. Vindkraftverkens placering beror på tillgängligt utrymme och vindtillgång. Installationen av PV-moduler å andra sidan är starkt beroende av privatpersoners individuella investeringsvilja. Kraftproduktionen i dessa anläggningar är i sin tur beroende av väderförhållandena.
Under många år har Tyskland erbjudit lyxen av en dubbel energiförsörjning för att kompensera för de beskrivna problemen. Även om det påstås att vi redan 46 % av vår el genereras regenerativt, vissa dagar på året är denna andel knappast mer än 20 %. Ju mer vi minskar på konventionella kraftverk, desto mer hamnar vi i en situation som inte längre går att kontrollera.
Att spara energi som en utmaning
För att balansera förhållandet mellan utbud och efterfrågan är det nödvändigt att vidta åtgärder både på kort sikt och säsongsmässigt. Det är uppenbart att det behövs mer energi på vintern än på sommaren. Därför måste en lösning hittas som kan lagra energi under hur lång tid som helst, transportera den lätt och använda den på en mängd olika sätt, inklusive förmågan att omvandling. Som leverantör av elektroniska komponenter och sensorer Pepperl+Fuchs är initialt intresserade av att kontrollera sådana processer. Poängen är att vindkraftverk i allt högre grad måste ta över nätrelaterade funktioner och kunna reagera på nätkrav.
Lästips: Mätteknik för vätgasproduktion
Låt oss överväga Tyskland som referens, där omkring 20 % av landets totala energibehov tillgodoses av el, medan den stora majoriteten huvudsakligen försörjs av olja, gas och kol. Dessa inkluderar transportsektorn, värmemarknaden och industrin, särskilt inom stål, kemi, cement, glas och andra sektorer. Även om det säkert finns sätt att "elektrifiera" en del av det, kommer tiden att utvisa i vilken utsträckning detta är möjligt. Eftersom det i slutändan beror på kostnaden och tillgängligheten.
Grönt väte är jokern
Väte är jokertecknet i det här spelet, som härskar nu för tiden världsomspännande konsensus. Som lagringsmedium kan väte kompensera för de oregelbundna fluktuationerna i vind- och solenergi och kan som grundmaterial med sina välkända derivat ersätta fossila bränslen i alla tillämpningar.
Vätgasen som används idag är gjord av gas med utsläpp av CO2 vann. Om du tänker på proceduren för Carbon Capture and Storage (CCS) som ett alternativ, då är så kallat grönt väte den metod man väljer.
För att väte i praktiken ska ersätta fossila bränslen i framtiden krävs ytterligare detaljerade steg och enorma mängder grönt väte. Väte är genom a elektrolytisk fission genereras från vatten med hjälp av elektricitet, varvid vatten delas upp i väte och syre. Denna process sker i en elektrolysör, medan omkastningen sker i bränslecellen. Där används väte som bränsle och i kombination med syre genereras el. "Avfallsprodukten" är vatten.
den råvara vatten är praktiskt taget obegränsad tillgänglig på vår planet i form av haven. Däremot måste el produceras för att producera vätgas. Om detta lyckas på ett klimatneutralt sätt kan omvandlingen av vår energiförsörjning bidra till att balansera mellan CO2-Återställ generering och absorption och stoppa ytterligare uppvärmning av atmosfären.
Sensorteknik för vätgasvärdekedjan
Det första elementet i det periodiska systemet är en nyckelfaktor i avkolning av ekonomi och transport, men bara med grönt väte, för vilket gasen utan CO2 output erhölls. Värdekedjan från vindturbinen till vätgastankstationen är full av tekniska utmaningar.
Framför allt kommer den önskade avkolningen att förändra sättet på vilket vi genererar, lagrar, distribuerar och förbrukar energi. Det gröna vätet blir ett nyckelroll i framtida kraftgenerering och avkarbonisering av industri och tunga transporter. Många sensorer Det krävs olika funktioner samt explosionssäkra komponenter för att säkra de automatiserade processerna.
Pepperl+Fuchs har många års erfarenhet inom området explosionsskydd och industriella sensorer. Som expert på funktionell säkerhet som levererar kompatibla komponenter längs vätgasvärdekedjan är företaget rätt partner och ett bindande element i vätekedjan - från regenerativ energiproduktion, högtryckskompression efter elektrolys, transport, lagring till storskalig industriell användning och vätgasmack. Nedan presenterar vi några produkter och applikationer:
Ultraljudssensorer för tillverkning av bipolära plattor
04.07.2023 | Inom en snar framtid kommer den operativa förmågan och priset på väte och dess derivat är till stor del beroende av tillgänglighet. Priset på el under produktionen och anskaffningskostnaderna för systemen spelar en avgörande roll i detta.
Även elektrolysörer och bränsleceller är tekniskt lika, de har olika användningsområden. Elektrolysörer är unika när det gäller att producera grönt väte, medan bränsleceller konkurrerar med andra processer. Särskilt vätgasbilar får poäng i tunga transporter jämfört med batteridrivna elmotorer, men även alternativet till e-mobilitet diskuteras fortfarande.
I båda fallen är dock produktionskvantiteter att öka markant för att täcka den växande efterfrågan och för att långsiktigt minska kostnaderna. Industrialiseringen och automation produktionen spelar en central roll. Nyckelkomponenter är de bipolära plattorna (BPP) och membranelektroden (MEA). MEA kan tillverkas i 3-, 5- och 7-lagerskonfigurationer och kräver applicering av katalytiska skikt för elektrolytiska processer.
Forskningsprojekt referensfabrik H2
den Fraunhofer-Institut för verktygsmaskiner och formningsteknik IWU i Chemnitz har referensfabriken H2-projektet startat, som fokuserar på att optimera produktionen av dessa komponenter. De undersöker, testar och optimerar processer från tillverkningen av de bipolära plattorna och tätningarnas funktion till monteringen av hela stapeln.
De första praktiska tillämpningarna har visat att kontroll av ev dubbla lager kan vara ett viktigt kriterium. Ultraljudssensorer har visat sig vara pålitlig sensorteknik. Ultraljudssensorer kan mäta exakta avstånd inom tiondels millimeterintervall och upptäcka flera lager och sprickor.
En stor fördel med ultraljud ligger i dess oberoende av materialegenskaper som färg, ytglans eller transparens. Detta erbjuder i synnerhet Metalliska och genomskinliga material avsevärda fördelar.
den F77sensorserien från Pepperl+Fuchs möjliggör exakta höjdmätningar inom intervallet 0,2 mm. Med hjälp av UDC-dubbelplåtskontrollerna kan flera lager detekteras genom att detektera gränsskikt och övergången till ett luftgap. Dessutom kan de medföljande komponenterna enkelt kontrolleras för närvaro eller position.
Dessa avancerade ultraljudssensorer har ett standardiserat IO-Link-gränssnitt via vilket inställningar kan göras och statusdata kan begäras. Med de tillgängliga gränssnittsmodulerna (master) kan data vara OPC UA överföras till andra enheter inom IT-infrastrukturen. Detta innebär att alla krav för en Industry 4.0-kompatibel arkitektur är uppfyllda.
Komponenter för säker grön energiproduktion
12.09.2022/XNUMX/XNUMX | Produktionen av grönt väte förnybar energi är därför avgörande för dess industriella användning.
Till exempel, för att använda vindenergin optimalt rotorblad har rätt lutningsvinkel. Vid hård vind ska systemen placeras i skyddat läge för att undvika eventuell överbelastning. Pepperl+Fuchs tillhandahåller de erforderliga värdena genom att använda kodare samt vibrations- och accelerationssensorer. Överspänningsskyddsmoduler krävs för att Control Technology och säker signalöverföring från blixtnedslag.
Med dessa åtgärder kan vi effektivt använda energiproduktion från vindkraft och på så sätt främja produktionen av grönt väte. Detta är ett avgörande steg för att göra vår energiförsörjning mer hållbar och miljövänlig.
Grön el omvandlas till väte, transporteras och lagras tillfälligt för att nå sin destination. Vätgas transporteras antingen med gastankfartyg, med lastbil eller med rörledning. Transporten ställer till tekniska utmaningar på grund av dess explosiva egenskaper. Pepperl+Fuchs erbjuder ett brett utbud av anslutningskomponenter för explosionsskydd. Olika gränssnittsmoduler och uttagslådor från SR-serien säkerställer tillförlitlig signalöverföring i gastryckskontrollmätsystemet. Serie 6000 tryckkapslingssystem används för vätgasanalys.
ventiler reglera gasflödet i rören och rörledningarna. De induktiva dubbla sensorerna F31K2 säkerställer bland annat säker ventilpositionsåterkoppling i riskfyllda utomhusområden. Det egensäkra Mobil enheter och Smarta glasögon från Pepperl+Fuchs Ecom-varumärke ger realtidsinformation till mobila arbetare och anläggningsoperatörer under ventilunderhållsarbete.
Vibrationssensor och accelerationssensor i vindturbin
02.03.2023 | Föreställ dig att en modern vindkraftverk en tornhöjd på 130 m och massan som ska bäras upp av maskinhuset och gondolen är 400 till 600 ton. De olika vindlasterna utsätter konstruktionen för en enorm mekanisk påfrestning. Vibrationssensorer är installerade i tornet, gondolen, rotornavet och rotorblad utplacerade. Tröghetsmätsystem registrerar detta laddas i realtid.
Vanliga frågor
Hur fungerar bränslecellen?
En bränslecell är en energiomvandlare som omvandlar kemisk energi direkt till elektrisk energi. Det fungerar på samma sätt som ett batteri, men förses kontinuerligt med bränsle (t.ex. väte) och ett oxidationsmedel (t.ex. syre från luften). En bränslecell använder reaktionen mellan väte och syre för att producera elektrisk energi, med vatten som den enda avfallsprodukten. Kort sagt: väte+syre=bränslecell.
Hur gör en bränslecell elektricitet?
En bränslecell genererar el genom en elektrokemisk reaktion: Vid anoden (den negativa polen) delas väte till protoner och elektroner av en katalysator. Elektronerna strömmar genom en extern krets till katoden (den positiva terminalen) och producerar elektrisk ström. Vid katoden reagerar elektronerna med syre och protonerna som kommer från anoden för att bilda vatten. Resultatet är omvandlingen av kemisk energi till elektrisk energi.
Är väte och bränsleceller samma sak?
Nej, väte och bränsleceller är inte samma sak. Väte är ett kemiskt grundämne och ett möjligt bränsle. En bränslecell är en enhet som använder ett bränsle och ett oxidationsmedel som syre för att producera elektrisk energi. Väte kan användas som bränsle i en bränslecell.
Vilka är fördelarna och nackdelarna med en bränslecell?
Bränsleceller erbjuder effektiv energiproduktion med låga utsläpp, men med utmaningar vad gäller kostnad, infrastruktur och hållbarhet.
Fördelar med en bränslecell:
- lågt utsläpp: Vid användning av väte producerar en bränslecell endast vatten som avfallsprodukt.
- Höjd Effektivitet: Bränsleceller kan vara effektivare än konventionella förbränningsmotorer.
- Kontinuerlig Energiproduktion: Så länge som bränsle och oxidationsmedel tillförs genererar cellen kontinuerligt el.
- Tystare Drift: Bränsleceller fungerar tyst jämfört med förbränningsmotorer.
Nackdelar med en bränslecell:
- Kostnad: Nuvarande teknologier är ofta dyra, särskilt när man använder ädelmetallkatalysatorer.
- väteinfrastrukturer: Tillgången och distributionen av väte kan vara begränsad.
- Förvaring och Transport: Väte kräver speciella lagrings- och transportförhållanden på grund av dess låga densitet och reaktivitet.
- livstid: Livslängden och livslängden för vissa typer av bränsleceller kan vara begränsad.
Du kanske också är intresserad av...
Industriell radarsensor med CAN-gränssnitt
Artificiell intelligens | trender och utvecklingar
RFID och streckkoder | Industriell identifiering
RFID-läsare och streckkodsläsare för identifiering
batteriproduktion | Fakta och teknik
Nivåsensor för varje nivåmätning
Wolfgang Weber är global industrichef för förnybar energi på Pepperl+Fuchs.