Sistema de gestión de energía, instalación industrial con un sistema de gestión de energía, así como procedimiento para hacer funcionar un sistema de gestión de energía.

Sistema de gestión de energía (2), que comprende un sistema de electrolisis (6) con una unidad de electrolisis alcalina

(8) y una unidad de electrolisis PEM (10), así como una unidad de control (16) que está configurada, en cuanto a una adaptación de una potencia total del sistema de electrolisis (6), para controlar las unidades de electrolisis (8, 10) una con independencia de la otra.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2012/062188.

Solicitante: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT.

Nacionalidad solicitante: Alemania.

Dirección: WITTELSBACHERPLATZ 2 80333 MUNCHEN ALEMANIA.

Inventor/es: HAHN, ALEXANDER, WAIDHAS, MANFRED, WOLF,ERIK, FARCHMIN,FRED, KÄPPNER,ROLAND, WASSER,THOMAS, WIEST,ANDREAS.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS; SUS APARATOS > PROCESOS ELECTROLITICOS O ELECTROFORETICOS PARA LA... > Operación o servicio de las células > C25B15/02 (Procedimientos de control o regulación)

PDF original: ES-2533215_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Sistema de gestión de energía, instalación industrial con un sistema de gestión de energía, así como procedimiento para hacer funcionar un sistema de gestión de energía.

La invención se refiere a un sistema de gestión de energía. La invención se refiere asimismo a una instalación industrial con un sistema de gestión de energía de este tipo, así como a un procedimiento para hacer funcionar un sistema de gestión de energía.

La electrólisis del agua con electrolizadores alcalinos (el electrolito es normalmente potasa cáustica KOH) o con electrolizadores PEM ("Polymer-Elektrolyt-Membran" o "proton exchange membrane") es el estado de la técnica.

Los electrolizadores alcalinos pueden cubrir con ello normalmente, a causa del tipo constructivo, unos márgenes de potencia del 25-1% de una potencia nominal prefijada y necesitan, para la puesta en marcha, un periodo de calentamiento hasta alcanzar la temperatura de funcionamiento. El envejecimiento en funcionamiento dinámico, es decir con una adaptación frecuente de la potencia de funcionamiento, es elevado en esta clase de electrolizadores. Las potencias disponibles de los electrolizadores alcanzan actualmente varios MW. El campo de aplicación predominante de los electrolizadores alcalinos es la generación de hidrógeno para el aprovechamiento de materiales en la industria, a causa del modo de funcionamiento constante allí posible.

Los electrolizadores PEM pueden cubrir normalmente, a causa del tipo constructivo, unos márgenes de potencia del -1% de una potencia nominal prefijada (respectivamente en funcionamiento de sobrecarga, en el caso de un diseño optimizado del sistema, de hasta el 3%). Con respecto a un electrolizador alcalino, un electrolizador PEM destaca por su modo de funcionamiento dinámico. Las potencias disponibles con el electrolizador PEM alcanzan actualmente aproximadamente ,5 MW. Los electrolizadores PEM se usan predominantemente en el campo del laboratorio a causa de su modo de funcionamiento compacto, la elevada pureza de los productos de electrólisis generados hidrógeno y oxígeno así como sus características dinámicas (H2 u O2 "on demand").

Mediante el documento US 21/7274 se hace patente un sistema de gestión de energía de electrólisis.

La tarea se ha impuesto la tarea de, incluso en el caso de unas potencias de funcionamiento elevadas, hacer posible una adaptación de potencia especialmente dinámica de un sistema de electrólisis.

La tarea es resuelta conforme a la invención mediante un sistema de gestión de energía que comprende un sistema de electrólisis con una unidad de electrólisis alcalina y una unidad de electrólisis PEM, así como una unidad de control que está configurada, en cuanto a una adaptación de una potencia total del sistema de electrólisis, para controlar las unidades de electrólisis una con independencia de la otra.

La invención se basa en la idea de combinar la tecnología alcalina y la PEM para obtener un sistema de electrólisis híbrido homogéneo y robusto, en donde se aprovechen las características de ambas tecnologías de electrólisis mediante el control o la regulación aparte de las potencias de funcionamiento de las unidades de electrólisis, para alcanzar una potencia total óptima del sistema de electrólisis y adaptar ésta siempre, lo más rápidamente posible, a los requisitos de funcionamiento. El sistema de electrólisis se usa tanto para acumular energía como para le generación al mismo tiempo de hidrógeno y oxígeno.

La unidad de electrólisis alcalina y la unidad de electrólisis PEM pueden con ello hacerse funcionar simultáneamente, o bien puede sólo una de las unidades de electrólisis estar en el modo de funcionamiento, mientras la otra está excluida. En el caso de una compensación de red dinámica mediante el sistema de gestión de energía, varía por ejemplo la potencia de sólo una de las unidades de electrólisis. De este modo se proporciona un sistema de gestión de energía con un amplio margen de regulación, una elevada dinámica, elevadas potencias nominales, largos tiempos de vida útil y costes de sistema favorables, y los requisitos para el sistema de electrólisis pueden cumplirse mejor y con más eficiencia que con solamente una de las dos tecnologías.

Otra ventaja del sistema de gestión de energía, en especial frente a las baterías y los acumuladores usuales, consiste en que mediante la utilización de unidades de electrólisis se usa además para la generación de hidrógeno y oxígeno, en donde los gases generados se acumulan para su retro-exhalación y/o se alimentan a la red de gas natural y/o están previstos para una utilización en cuanto al material.

Conforme a una configuración preferida la unidad de control está configurada, para la adaptación de la potencia total, para variar en primer lugar la potencia de la unidad de electrólisis PEM. Esto significa que se realiza una adaptación de potencia, en especial con relación a fluctuaciones de la red de corriente, en un margen de segundos o minutos a través de una regulación de la potencia de la unidad de electrólisis PEM, si lo permiten las circunstancias de funcionamiento. La potencia de funcionamiento de la unidad de electrólisis alcalina no se modifica esencialmente en el caso de fluctuaciones de corriente, y una adaptación de la potencia de funcionamiento de la unidad de

electrólisis alcalina está prevista en especial cuando esto no puede realizarse a través de la unidad de electrólisis PEM o si se quiere modificar la potencia total del sistema de electrólisis durante un periodo de tiempo más largo, por ejemplo de horas o días, por ejemplo en el caso de una modificación de los requisitos sobre la cantidad de productos de electrólisis. La unidad de electrólisis alcalina del sistema de electrólisis, que es menos dinámica pero más potente, es responsable en primer lugar de una potencia de funcionamiento básica del sistema de electrólisis. En el caso de fluctuaciones de la alimentación de corriente o de modificaciones por poco tiempo de los requisitos de funcionamiento sobre el sistema de electrólisis, se adapta principalmente la potencia de funcionamiento de la unidad de electrólisis PEM, ya que la unidad de electrólisis PEM puede hacerse funcionar de forma mucho más dinámica que la unidad de electrólisis alcalina. Con ello puede obtenerse una potencia de regulación tanto positiva como negativa. Por ejemplo se atenúan picos de corriente por medio de que la unidad de electrólisis PEM se hace funcionar en sobrecarga (potencia de regulación negativa). En el caso de una potencia de regulación positiva se excluye a su vez la unidad de electrólisis PEM parcial o completamente, de tal modo que se obtiene una aportación de energía pasiva.

De forma preferida la unidad de electrólisis alcalina puede hacerse funcionar en un margen de potencia de entre el 25% y el 1% de una potencia nominal. En este margen de potencia se realiza un funcionamiento especialmente estable con un envejecimiento mínimo. La unidad de electrólisis alcalina presenta oportunamente, en este margen de potencia, un tiempo de adaptación para la adaptación de potencia en un margen de minutos, en especial en un margen de entre 1 y 5 minutos.

La unidad de electrólisis PEM se hace funcionar de forma preferida en un margen de potencia de entre el % y el 3% de una potencia nominal. El margen de potencia entre el 1% y el 3% de la potencia nominal representa un funcionamiento de sobrecarga, que puede alcanzarse con un diseño optimizado del sistema de la unidad de electrólisis PEM. El funcionamiento de sobrecarga normalmente sólo se ajusta durante un breve espacio de tiempo, en especial bajo unas condiciones de funcionamiento exactamente establecidas, como por ejemplo acción térmica o evacuación... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Sistema de gestión de energía (2), que comprende un sistema de electrólisis (6) con una unidad de electrólisis alcalina (8) y una unidad de electrólisis PEM (1), así como una unidad de control (16) que está configurada, en cuanto a una adaptación de una potencia total del sistema de electrólisis (6), para controlar las unidades de electrólisis (8, 1) una con independencia de la otra.

2. Sistema de gestión de energía (2) según la reivindicación 1, en donde la unidad de control (16) está configurada, para la adaptación de la potencia total del sistema de electrólisis (6), para variar en primer lugar una potencia de la unidad de electrólisis PEM (1).

3. Sistema de gestión de energía (2) según la reivindicación 1 ó 2, en donde la unidad de electrólisis alcalina (8) puede hacerse funcionar en un margen de potencia de entre el 25% y el 1% de una potencia nominal.

4. Sistema de gestión de energía (2) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de electrólisis alcalina (8) presenta un tiempo de adaptación para la adaptación de potencia en un margen de minutos, en especial en un margen de entre 1 y 5 minutos.

5. Sistema de gestión de energía (2) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de electrólisis PEM (1) presenta un tiempo de adaptación para adaptar su potencia en un margen de segundos, en especial en un margen de entre 1 y 3 segundos.

6. Sistema de gestión de energía (2) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde, la unidad de electrólisis alcalina (8) presenta una potencia de entre 1 kW y 1 MW, en especial de entre 1 kW y 5 MW.

7. Sistema de gestión de energía (2) según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la unidad de electrólisis PEM (1) presenta una potencia de entre 5 kW y 1 MW, en especial de entre 5 kW y 5 kW.

8. Sistema de gestión de energía (2) según una de las reivindicaciones anteriores, el cual forma parte de una instalación industrial (4).

9. Instalación industrial (4) con un sistema de gestión de energía (2) según una de las reivindicaciones anteriores.

1. Instalación industrial (4) según la reivindicación 9, configurada para hacer funcionar un proceso tecnológico, mediante la utilización de al menos un producto de electrólisis generado en el sistema de electrólisis (6) del sistema de gestión de energía (2), en especial hidrógeno.

11. Procedimiento para hacer funcionar un sistema de gestión de energía (2), que comprende un sistema de electrólisis (6) con una unidad de electrólisis alcalina (8) y una unidad de electrólisis PEM (1), en donde en cuanto a una adaptación de una potencia total del sistema de electrólisis (6), las unidades de electrólisis (8, 1) se controlan una con independencia de la otra.

12. Procedimiento según la reivindicación 11, en donde, para la adaptación de la potencia total del sistema de electrólisis (2), en primer lugar se varía una potencia de la unidad de electrólisis PEM (1).