Waterstof + brandstofcel: componenten voor energieopwekking
- Details
- Hits: 5884
De toekomst van de energievoorziening ligt in Hernieuwbare energie. De technologieën Waterstofbrandstofcellen of elektrolysers zijn veelbelovende kandidaten voor de energiebronnen van de toekomst, als ze "groen" zijn. De automatiseringsexpert Pepperl + Fuchs biedt op basis van haar uitgebreide en jarenlange knowhow producten voor de gehele waterstofwaardeketen. Ontdek hieronder waar we staan met groene waterstof en welke producten de ontwikkeling vooruit helpen.
inhoud
- Behuizing voor meettechniek bij de waterstofproductie
- Waterstof als crisisredder
- Energievoorziening in transitie
- Groene waterstof is de grappenmaker
- Sensortechnologie voor de waterstofwaardeketen
- Veel gestelde vragen
Behuizing voor meettechniek bij de waterstofproductie
11.10.2013 oktober XNUMX | De veelomvattende energetische transformatie stelt steeds hogere eisen aan iedereen die betrokken is bij de productieketen – van groene elektriciteit tot waterstofproductie tot de productie van diverse derivaten, inclusief alle transportstappen tussen de stations.
De verwachting is dat windturbines en windparken betere functies krijgen ten behoeve van het elektriciteitsnet. Om dit te doen hebben de besturingen gegevens nodig, die op hun beurt worden aangeleverd door sensoren van Pepperl+Fuchs. De sensoren kunnen de posities van Blad en gondel en detecteren nauwkeurig snelheden en trillingen.
Als waterstof met behulp van elektrolysers uit hernieuwbare elektriciteit wordt geproduceerd, moet de druk worden aangepast aan de verschillende verdere transport- en verwerkingsstappen. Dit roept ook vragen op over de explosieveiligheid op.
Pepperl+Fuchs biedt een speciaal exemplaar voor deze explosiebeveiliging Huisvestingstechnologie voor overeenkomstige Ex-zones en schakelkast-Modules voor signaalscheiding en verdere verwerking.
Deze worden gebruikt in drukmeet- en drukregelsystemen. Ook op het gebied van “Purge” worden speciale oplossingen aangeboden. Deze maken het gebruik van niet-explosieveilige meetapparatuur mogelijk. Last but not least maken explosieveilige exemplaren het gemakkelijker Tablets en smartphones sterven communicatietechnologie in potentieel explosieve gebieden.
Waterstof als crisisredder
Ruim een jaar geleden werd waterstof (H 2) nog beschouwd als een cruciaal onderdeel van de decarbonisatie van industrie en transport. Maar nu worstelen we niet alleen met de klimaatcrisis, maar ook met een energiecrisis die de uitbreiding van groene waterstof als energiebron voor elektrische energie zou kunnen stimuleren om in de elektriciteits- en warmtebehoefte te voorzien. Het probleem zit hier minder in de concepten en de technische knowhow, maar vooral in de tijdige implementatie.
IO-module beveiligt Resato-waterstoftankstations
Er zijn al grote waterstofprojecten aangekondigd over de hele wereld, van Canada tot Duitsland tot Japan. Maar eh Groene waterstof Om elektriciteit op te wekken, moeten we eerst de productie van hernieuwbare energie uitbreiden. Windturbines op zee spelen hierbij een cruciale rol door de benodigde groene stroom te leveren.
Groene waterstof - kans of risico voor fabrieksautomatiseringsingenieurs?
09.02.2023 | Met de duidelijk voorspelde sterke groei op het gebied van windenergie voor de komende 20 jaar liggen er uitstekende kansen voor sensorfabrikanten en fabrieksautomatiseringsbedrijven. Deze worden versterkt door het feit dat hetzelfde geldt voor opslag, transport en fabricage van al deze systemen. Wolfgang Weber, Global Industry Manager bij Pepperl+Fuchs, spreekt over het onderwerp in de volgende video op de vakpersdagen van de RBS Stutensee in Karlsruhe.
Energievoorziening in transitie
De levering van elektrische energie staat voor een fundamentele omwenteling, waarbij alle bekende processen op de proef worden gesteld. De Atoom Energie, dat onbeperkte beschikbaarheid beloofde in de jaren zestig en zeventig, raakte om verschillende redenen in diskrediet en wordt nu nog maar in enkele landen overwogen.
Ook de waterkracht beperkt uit te breiden, omdat het een enorme impact heeft op het landschap en gevolgen heeft voor flora en fauna. Biomassa daarentegen is zeer controversieel omdat het concurreert met de voedselproductie en ook zijn beperkingen kent.
Basisoverwegingen bij de energietransitie
tot nu toe waren fossiele stoffen zoals olie, aardgas en steenkool zijn de voorkeursenergiebronnen. In tegenstelling tot eerdere prognoses zijn ze echter nog in bijna onbeperkte hoeveelheden beschikbaar, goedkoop en er zijn veel toepassingsmogelijkheden voor fossiele brandstoffen. Ze dienen niet alleen om energie op te wekken, maar ook als basismateriaal voor chemie, farmacie en vele andere gebieden.
In de afgelopen twee decennia hebben twee vertegenwoordigers van hernieuwbare energie zich bijzonder onderscheiden op het gebied van energieopwekking. Hier denk je als eerste aan Wind en Zon, aangezien deze energiebronnen blijkbaar gratis beschikbaar zijn.
In Duitsland gaan we ervan uit dat de energiebehoeften zal de komende 20 jaar verdubbelen. Op dit moment dekken we echter slechts iets minder dan de helft van onze huidige elektriciteitsbehoefte uit regeneratieve bronnen. We moeten dus de opwekking van elektriciteit verviervoudigen. In deze periode hebben inderdaad verbazingwekkende ontwikkelingen plaatsgevonden, zowel qua schaal als qua kosten. Windturbines met een capaciteit tot 18 MW per eenheid worden tegenwoordig offshore geïnstalleerd, wat in de jaren tachtig ondenkbaar was. Het idee dat fotovoltaïsche systemen in zonnige gebieden elektriciteit zouden opwekken voor minder dan 1980 cent per kWh, werd op zijn best als utopisch beschouwd.
Probleem opgelost? Helemaal niet!
Betekent dit dat alle problemen zijn opgelost? Helemaal niet, want fundamentele uitdagingen werden helaas lange tijd onachtzaam onderschat. Duitsland is een van de landen die te allen tijde over een betrouwbare stroomvoorziening kunnen beschikken. Dat is allerminst vanzelfsprekend, ook niet in hoogontwikkelde landen.
Bij het plannen van het stroomvoorzieningssysteem ging het er altijd om de absolute piekvraag in ieder geval te kunnen dekken, ook al komt die maar een uur per jaar voor. De gestileerde afbeelding (rechts) illustreert het probleem. Wind en zon zorgen voor beide te veel of te weinig energie. Beide veroorzaken problemen omdat ofwel stroom moet worden ingeperkt of reservecentrales energie moeten leveren. Beide scenario's zijn echter oneconomisch. Het doel moet dus zijn om de twee situaties zoveel mogelijk te minimaliseren.
De energieopwekking is niet alleen gebaseerd op de tijd, maar ook op de ruimtelijke vereisten. Het was daarom logisch om grote energiecentrales te bouwen in de buurt van grote verbruikers, zoals dichtbevolkte metropolen of industrieterreinen.
Met de energiebronnen zon en wind wordt echter niet meer aan deze eisen voldaan. De plaatsing van windturbines is afhankelijk van de beschikbare ruimte en het windaanbod. De installatie van PV-modules anderzijds sterk afhankelijk is van de individuele investeringsbereidheid van particulieren. De stroomopwekking van deze centrales is op haar beurt weersafhankelijk.
Duitsland bood jarenlang de luxe van een dubbele energievoorziening om de beschreven problemen te compenseren. Ook al wordt beweerd dat we dat al doen 46% van onze elektriciteit regeneratief opgewekt, op bepaalde dagen van het jaar is dit aandeel amper meer dan 20%. Hoe meer we conventionele energiecentrales afbouwen, hoe meer we in een situatie terechtkomen die niet langer te beheersen is.
Energie besparen als uitdaging
Om de verhouding tussen vraag en aanbod in evenwicht te brengen, zijn zowel op korte termijn als seizoengebonden maatregelen nodig. Het is duidelijk dat er in de winter meer energie nodig is dan in de zomer. Daarom moet er een oplossing worden gevonden die energie voor een bepaalde tijdsduur kan opslaan, gemakkelijk kan transporteren en op verschillende manieren kan gebruiken, inclusief de mogelijkheid om omkering. Als leverancier van elektronische componenten en sensoren Pepperl+Fuchs is in eerste instantie geïnteresseerd in het beheersen van dergelijke processen. Het punt is dat windturbines steeds vaker netgerelateerde functies moeten overnemen en moeten kunnen reageren op netbehoeften.
Leestip: Meettechnologie voor waterstofproductie
Laat ons nadenken Duitsland als referentie, waar ongeveer 20% van de totale energiebehoefte van het land wordt gedekt door elektriciteit, terwijl de overgrote meerderheid voornamelijk wordt geleverd door olie, gas en kolen. Denk aan de transportsector, de verwarmingsmarkt en de industrie, met name in de staal-, chemie-, cement-, glas- en andere sectoren. Hoewel er zeker manieren zijn om een deel ervan te "elektrificeren", zal de tijd leren in hoeverre dit mogelijk is. Omdat het uiteindelijk afhangt van de kosten en beschikbaarheid.
Groene waterstof is de grappenmaker
Waterstof is de wildcard in dit spel, dat tegenwoordig heerst wereldwijde consensus. Waterstof kan als opslagmedium de onregelmatige fluctuaties in wind- en zonne-energie opvangen en kan als basismateriaal met zijn bekende derivaten in alle toepassingen fossiele brandstoffen vervangen.
De waterstof die tegenwoordig wordt gebruikt, wordt gemaakt van gas waarbij CO vrijkomt2 won. Als je denkt aan de procedure van Carbon Capture and Storage (CCS) als alternatief, dan is zogenaamde groene waterstof de methode bij uitstek.
Om ervoor te zorgen dat waterstof in de toekomst in de praktijk fossiele brandstoffen gaat vervangen, zijn verdere detailstappen nodig en zijn enorme hoeveelheden groene waterstof nodig. Waterstof is door middel van een elektrolytische splijting opgewekt uit water met behulp van elektriciteit, waarbij water wordt gesplitst in waterstof en zuurstof. Dit proces vindt plaats in een elektrolyser, terwijl de omkering plaatsvindt in de brandstofcel. Daar wordt waterstof als brandstof gebruikt en wordt in combinatie met zuurstof elektriciteit opgewekt. Het "afvalproduct" is water.
De grondstofwater is praktisch onbeperkt beschikbaar op onze planeet in de vorm van de zeeën. Er moet echter elektriciteit worden opgewekt om de waterstof te produceren. Als dat op een klimaatneutrale manier lukt, kan de transformatie van onze energievoorziening helpen om de balans tussen CO2-Opwekking en absorptie herstellen en verdere opwarming van de atmosfeer stoppen.
Sensortechnologie voor de waterstofwaardeketen
Het eerste element van het periodiek systeem is een sleutelfactor in de decarbonisatie van economie en transport, maar alleen met groene waterstof, waarvoor het gas zonder CO2 uitvoer werd verkregen. De waardeketen van de windturbine tot het waterstoftankstation zit vol technische uitdagingen.
Bovenal zal de gewenste decarbonisatie de manier veranderen waarop we energie opwekken, opslaan, distribueren en consumeren. De Groene Waterstof wordt één hoofdrol toekomstige energieopwekking en decarbonisatie van de industrie en zwaar transport. Veel sensoren verschillende functies en explosieveilige componenten zijn nodig om de geautomatiseerde processen te beveiligen.
Pepperl+Fuchs heeft jarenlange ervaring op het gebied van: explosie bescherming en industriële sensoren. Als expert in functionele veiligheid die compatibele componenten langs de waterstofwaardeketen levert, is het bedrijf de juiste partner en een verbindend element in de waterstofketen - van regeneratieve energieproductie, hogedrukcompressie na elektrolyse, transport, opslag tot grootschalige industrieel gebruik en waterstof tankstation. Hieronder presenteren we enkele producten en toepassingen:
Ultrasone sensoren voor de productie van bipolaire platen
04.07.2023 | In de nabije toekomst zullen de operationele capaciteit en de prijs van waterstof en zijn derivaten zijn grotendeels afhankelijk van beschikbaarheid. De prijs van elektriciteit tijdens de productie en de aanschafkosten van de systemen spelen daarbij een doorslaggevende rol.
Hoewel elektrolysers en brandstofcellen zijn technologisch vergelijkbaar, ze hebben verschillende toepassingsgebieden. Elektrolysers zijn uniek in het produceren van groene waterstof, terwijl brandstofcellen concurreren met andere processen. Vooral waterstofauto’s scoren punten in het zwaar transport ten opzichte van batterijaangedreven elektromotoren, maar ook het alternatief voor e-mobiliteit staat nog ter discussie.
In beide gevallen echter de productie hoeveelheden sterk toenemen om aan de groeiende vraag te voldoen en de kosten op lange termijn te verlagen. De industrialisatie en automatisering productie speelt een centrale rol. De belangrijkste componenten zijn de bipolaire platen (BPP) en de membraanelektrode-eenheid (MEA). De MEA kan worden vervaardigd in configuraties met 3, 5 en 7 lagen en vereist de toepassing van katalytische lagen voor elektrolytische processen.
Onderzoeksproject referentiefabriek H2
de Fraunhofer-Instituut voor gereedschapsmachines en vormtechnologie IWU in Chemnitz is het referentiefabriek H2-project gestart, dat zich richt op het optimaliseren van de productie van deze componenten. Ze onderzoeken, testen en optimaliseren processen vanaf de productie van de bipolaire platen en de functie van afdichtingen tot de montage van de volledige stapel.
De eerste praktische toepassingen hebben aangetoond dat controleren op mogelijk is dubbele lagen kan een belangrijk criterium zijn. Ultrasone sensoren hebben zich bewezen als betrouwbare sensortechnologie. Ultrasone sensoren kunnen nauwkeurige afstanden meten in een bereik van tienden van een millimeter en meerdere lagen en scheuren detecteren.
Een groot voordeel van ultrageluid is de onafhankelijkheid van materiaaleigenschappen zoals kleur, oppervlakteglans of transparantie. Dit biedt in het bijzonder metaalical en doorzichtige materialen aanzienlijke voordelen.
De F77sensorserie van Pepperl+Fuchs maakt nauwkeurige hoogtemetingen mogelijk in het bereik van 0,2 mm. Met behulp van de UDC-dubbelvelcontroles kunnen meerdere lagen worden gedetecteerd door grenslagen en de overgang naar een luchtspleet te detecteren. Bovendien kunnen de meegeleverde componenten eenvoudig worden gecontroleerd op aanwezigheid of positie.
Deze geavanceerde Ultrasone sensoren beschikken over een gestandaardiseerde IO-Link-interface waarmee instellingen kunnen worden uitgevoerd en statusgegevens kunnen worden opgevraagd. Met de beschikbare interfacemodules (master) kunnen de gegevens worden OPC UA overgedragen aan andere onderdelen van de IT-infrastructuur. Dit betekent dat aan alle vereisten voor een Industry 4.0-compatibele architectuur wordt voldaan.
Componenten voor veilige groene stroomopwekking
12.09.2022/XNUMX/XNUMX | De productie van groene waterstof hernieuwbare energie is daarom cruciaal voor het industriële gebruik ervan.
Om bijvoorbeeld windenergie optimaal te benutten, moet de Rotorblatter de juiste hellingshoek hebben. Bij harde wind moeten de systemen beschut worden geplaatst om mogelijke overbelasting te voorkomen. Pepperl+Fuchs levert de vereiste waarden door gebruik te maken van Encoders evenals trillings- en versnellingssensoren. Hiervoor zijn overspanningsbeveiligingsmodules vereist Control Technology en veilige signaaloverdracht bij blikseminslag.
Met deze maatregelen kunnen we energieopwekking uit windenergie efficiënt benutten en zo de productie van groene waterstof bevorderen. Dit is een cruciale stap om onze energievoorziening duurzamer en milieuvriendelijker te maken.
Groene stroom wordt omgezet in waterstof, getransporteerd en tijdelijk opgeslagen om op de plaats van bestemming te komen. Waterstof wordt vervoerd per gastanker, per vrachtwagen of per pijpleiding. Het transport stelt technische uitdagingen vanwege zijn explosieve eigenschappen. Pepperl+Fuchs biedt een breed scala aan verbindingscomponenten voor explosiebeveiliging. Verschillende interfacemodules en klemmenkasten uit de SR-serie zorgen voor een betrouwbare signaaloverdracht in het gasdrukregelmeetsysteem. Serie 6000 drukbehuizingsystemen worden gebruikt voor waterstofanalyse.
kleppen regel de gasstroom in de leidingen en pijpleidingen. De inductieve dubbele sensoren F31K2 zorgen onder andere voor een veilige terugmelding van de klepstand in gevaarlijke buitenruimtes. De intrinsiek veilige mobiele toestellen en Smart Glasses van het merk Pepperl+Fuchs Ecom bieden real-time informatie aan mobiele medewerkers en fabrieksoperators tijdens onderhoudswerkzaamheden aan kleppen.
Trillingssensor en versnellingssensor in windturbine
02.03.2023 | Stel je voor dat een moderne Windkrachtcentrale een torenhoogte van 130 m en de door het machinehuis en de gondel te dragen massa is 400 tot 600 ton. De verschillende windbelastingen belasten de constructie enorm mechanisch. Trillingssensoren zijn geïnstalleerd in de toren, gondel, rotornaaf en de rotorbladen ingezet. Traagheidsmeetsystemen registreren dit laadt in realtime.
Veel gestelde vragen
Hoe werkt de brandstofcel?
Een brandstofcel wel een energieconverter die chemische energie direct omzet in elektrische energie. Het werkt hetzelfde als een batterij, maar wordt continu voorzien van brandstof (bijvoorbeeld waterstof) en een oxidatiemiddel (bijvoorbeeld zuurstof uit de lucht). Een brandstofcel gebruikt de reactie van waterstof en zuurstof om elektrische energie te produceren, waarbij water het enige afvalproduct is. Kortom: waterstof+zuurstof=brandstofcel.
Hoe maakt een brandstofcel elektriciteit?
Een brandstofcel wekt elektriciteit op via een elektrochemische reactie: Aan de anode (de negatieve pool) wordt waterstof door een katalysator gesplitst in protonen en elektronen. De elektronen stromen door een extern circuit naar de kathode (de positieve pool) en produceren elektrische stroom. Bij de kathode reageren de elektronen met zuurstof en de protonen die uit de anode komen om water te vormen. Het resultaat is de omzetting van chemische energie in elektrische energie.
Zijn waterstof en brandstofcellen hetzelfde?
geen, waterstof en brandstofcellen zijn niet hetzelfde. Waterstof is een chemisch element en een mogelijke brandstof. Een brandstofcel is een apparaat dat een brandstof en een oxidatiemiddel zoals zuurstof gebruikt om elektrische energie te produceren. Waterstof kan als brandstof in een brandstofcel worden gebruikt.
Wat zijn de voor- en nadelen van een brandstofcel?
Brandstofcellen bieden een efficiënte en emissiearme energieproductie, maar met uitdagingen op het gebied van kosten, infrastructuur en duurzaamheid.
Voordelen van een brandstofcel:
- Lage emissies: Bij gebruik van waterstof produceert een brandstofcel alleen water als afvalproduct.
- Hoogte Rendement: Brandstofcellen kunnen efficiënter zijn dan conventionele verbrandingsmotoren.
- Continu Energieproductie: Zolang brandstof en oxidatiemiddel worden aangevoerd, genereert de cel continu elektriciteit.
- Stiller Werking: Brandstofcellen werken stil vergeleken met verbrandingsmotoren.
Nadelen van een brandstofcel:
- Kosten : De huidige technologieën zijn vaak duur, vooral als er edelmetaalkatalysatoren worden gebruikt.
- waterstofinfrastructuren: De beschikbaarheid en distributie van waterstof kan beperkt zijn.
- Opslagruimte en Vervoer: Waterstof vereist speciale opslag- en transportomstandigheden vanwege de lage dichtheid en reactiviteit.
- levensduur: De levensduur van sommige typen brandstofcellen kan beperkt zijn.
Misschien ben je ook geïnteresseerd in...
Industriële radarsensor met CAN-interface
Kunstmatige intelligentie | trends en ontwikkelingen
RFID en streepjescodes | Industriële identificatie
RFID-lezer en barcodescanner voor identificatie
productie van batterijen | Feiten en technologieën
Niveausensor voor elke niveaumeting
Wolfgang Weber is Global Industry Manager voor hernieuwbare energie bij Pepperl+Fuchs.