【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种电解系统，该电解系统包括至少两个电解设备以及电流供应源。
技术介绍
1、电解、即借助电流引起化学反应的工艺，在许多
中具有应用并且例如用于获得各种物质。例如，通过电解水可以获得氢气和氧气。对于电解装置(也称为电解堆或电解器或电解设备)的运行而言希望这些电解装置能够尽可能节能且尽可能安全地运行，尤其是在工业大规模上的情况下。
2、现如今例如借助质子交换膜(pem)电解、阴离子交换膜或碱性电解由水产生氢气。电解设备借助电能由供给的水产生氢气和氧气。该工艺发生在由多个电解池组成的所谓电解堆中。该电解堆又可以由多个电解模块组成，这些电解模块又由多个电解池组成。将水作为反应物引入到被施加直流电压(dc电压)的电解堆中，其中，在通过电解池后出来由水和气泡(o2和h2)组成的两股流体流。
3、迄今已知的是，为此可将多个电解器或电解设备例如并联电连接，其中，这些电解器分别通过自己的、电分离的回路由变压器以及整流器供电，所述变压器具有对电解器粗调的分级开关，所述整流器具有对电解设备精调的晶闸管电路，这是耗费非常高昂的方案。作为对此的替代，为了减少电路耗费还已知将电解器并联连接并通过整流器来运行，但是这可能导致根据电解器的电阻之比来分配电流并因此导致大幅降定额以及一个或多个电解器在其安全的运行范围之外运行的风险。
4、运行电解水的设备需要高的直流电流。由于电能网络通常作为交变电流网络运行，所以需要使用功率电子整流器将电解与网络连接。对于未来的大型设备，这种情况与现有方案导致必须使用许多并联
5、文献ep 3 752 665 a1公开了具有多个并联连接的电解器的电解设备的网络连接。在此，整流器具有晶闸管组，该晶闸管组具有多个晶闸管。通过控制整流器可以适应性调整输出部处直流电压的高低。整流器的可调节性是通过选择晶闸管组中晶闸管的点火时刻来实现的。为了稳定由整流器产生的直流电压，在文献ep 3 753 665 a1中还设有与整流器的输出部并联连接的电容器。此外还设有具有电感和电容的可调整的滤波装置，借助该滤波装置可以衰减由整流器产生的谐振，该谐振在运行中由整流器的晶闸管组的开关产生。
6、因此，对于未来的在电解系统中具有大量电解设备的大型设备来说，对于网络连接必须设置相应数量的功率电子整流器，这些整流器用在复杂的整流器系统中并且并联连接，以便能够为电解设备提供高的直流电流需求。由于由晶闸管的谐振(所谓的谐波)引起的网络反作用，这只能通过相应地高的滤波耗费才能实现，并且特别地与设置和运行滤波装置的相当高昂的额外成本相关。因此，由于广泛使用的基于晶闸管的整流，所以对于大型设备而言技术限制和耗费是非常不利的。然而这对于迄今已知的方案来说是可以接受的对价，因为晶闸管技术是一项经过验证的技术。
技术实现思路
1、因此，本专利技术的目的是提供一种电解系统，其具有用于多个并联连接的电解设备的直流电流供应，所述电解系统设计用于大型设备并且相对于已知方案具有成本优势，同时在节能运行方面具有改进的运行性能。
2、根据本专利技术，该目的通过一种电解系统来实现，该电解系统包括至少两个电解设备，具有直流电压输出部的电流供应源和中央供电线路，其中，中央供电线路与电流供应源的直流电压输出部连接，从而能够在第一直流电压下将直流电流馈入到中央供电线路，并且其中，电解设备并联地电联接到中央供电线路，其中，为了从公共电网供应直流电流，在网络连接点处连接电压源换流器(vsc)、特别是模块化多电平换流器(mmc)，其将输入端的交流电压转换成位于直流电压输出部处的输出端的第一直流电压，其中，每个电解设备分别经由将第一直流电压转换成相应的第二直流电压的直流/直流转换器并联地与电压源换流器(vsc)、特别是模块化多电平换流器(mmc)的直流电压输出部连接，使得第二直流电压跨(über)电解设备下降，其中，可控制和/或可调节每个直流/直流转换器以适应性调整其第二直流电压的高低，其中，设有可控制的桥接开关，使得在桥接开关闭合的情况下能够桥接相应的直流/直流转换器，使得能够对所连接的电解设备直接施加第一直流电压。
3、利用本专利技术，通过网络连接点处的电压源换流器(vsc)、特别是基于igbt的换流器、例如模块化多电平换流器(mmc换流器)与电解设备的相应的直流/直流转换器的有利协作，在电解系统中首次实现了电解设备的单独功率调节。通过例如设计为模块化多电平换流器(mmc)的中央电压源换流器(vsc)，在与网络连接点处进行网络连接的情况下，交变电流到直流电流的转化仅执行一次。为此，在连接部处采用基于igbt的整流器，其例如由模块化多电平换流器提供。因此，将尤其是设计为模块化多电平换流器(mmc)的电压源换流器(vsc)在交流网络上集中连接使得能够在中央供电线路上的直流电压输出部处以第一直流电压提供用于电解的直流电力。因此，中央供电线路就其功能而言充当直流总线线路，其以第一直流电压提供电功率。
4、因此，本专利技术在此基于如下认识：即由于电解对直流电流的高要求，当下首选使用基于晶闸管技术的整流器。迄今优选的基于晶闸管的整流和交流连接技术是得到证明的、可靠的，并且在运行中具有相对少的损失。然而，使用晶闸管会导致由谐振、所谓的谐波产生的剧烈的网络反作用，并且由此还导致高的无功功率需求。特别是对于具有多个电解设备或电解器的未来大规模电解系统而言，这产生了显著的附加的滤波需求和补偿需求，这相应地抬高了成本和空间需求。由于无功功率需求和谐波都与运行点相关，所以滤波系统必须设计用于所连接的大型电解设备的所有运行点，以便在工业规模上实现大型设备所需的运行灵活性和网络稳定性。
5、此外，由于例如核电站和燃煤发电厂的关闭而不断减少的旋转质量，预期未来网络的网络短路功率以及因而网络稳定性将显著下降。因此越来越重要的是，大型设备除了其本身的功能之外还能够提供用于公共电网的网络服务。采用当前的晶闸管技术仅能在有限程度上实现这一点(有效功率调节)。此外，在网络非常弱的情况下需要另外的附加措施才能应用晶闸管技术。
6、在将可再生发电设备(ee设备)、例如可能已经提供直流电压的光伏设备，与电解设备组合的情况下，晶闸管技术的使用还需要多次转换电压形式(dc-ac-dc)，这导致成本和损失增加。
7、如果在例如大型设备中并行地运行不同的晶闸管整流器，则可以对其供应经相移的交变电压以便降低滤波需求。然而在这种方案中必须将所有整流器保持在相对统一的运行点，即汲取相似的功率。如果例如由于各个电解模块的不同老化而要考虑在不同的运行点下运行，则将再次提高滤波要求。由此运行灵活性显著受限，或者只有付出高昂的系统耗费和成本耗费才能改善。
8、本专利技术首次使用电压源换流器(vsc)、特别是模块化多电平换流器(mmc)以在电解系统中的交流网络和直流网络之间传输电力，与基于晶闸管的供电拓扑结构相比具有很多优点。特别有利的是由此对于电解系统在公共电网和中央供电线路之间能够实现双向的电力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.电解系统(100)，所述电解系统包括至少两个电解设备(1A、1B)、具有直流电压输出部(7)的电流供应源(3)和中央供电线路(5)，其中，所述中央供电线路(5)与所述电流供应源(3)的直流电压输出部(7)连接，从而能够在第一直流电压(31)下将直流电流馈入到所述中央供电线路(5)，并且其中，所述电解设备(1A、1B)并联地电连接到所述中央供电线路(5)，其中，为了从公共电网(25)供应直流电流，在网络连接点(35)处连接电压源换流器(13)，所述电压源换流器将输入端的交流电压转换成位于直流电压输出部(7)处的输出端的第一直流电压(31)，其中，每个电解设备(1A、1B)分别经由将所述第一直流电压(31)转换成第二直流电压(33A、33B)的直流/直流转换器(11A、11B)并联地联接至所述电压源换流器(13)的直流电压输出部(7)，使得所述第二直流电压(33A、33B)跨所述电解设备(1A、1B)下降，其中，能够控制和/或能够调节所述直流/直流转换器(11A、11B)中的每个直流/直流转换器以适应性调整其第二直流电压(33A、33B)的高低，其中，设有能够操控的桥接开关，使得
2.根据权利要求1所述的电解系统(100)，其中，所述直流/直流转换器(11A、11B)是基于IGBT的降压转换器(11A、11B)，用于所述电解设备(11A、11B)的单独功率调节。
3.根据权利要求1或2所述的电解系统(100)，其中，所述电压源换流器(13)用于双向运行并且与所述中央网络连接点(35)连接，从而通过提供无功功率能够对所述公共电网(25)进行电压支持。
4.根据权利要求3所述的电解系统(100)，其中，所述电压源换流器(13)是基于IGBT的模块化多电平换流器(13)，从而根据需要能够在所述网络连接点(35)处将来自所述中央供电线路(5)的电功率馈入所述公共电网(25)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(100)，其中，所述电解设备(1A、1B)相对于所述中央供电线路(5)彼此并联连接，使得电解设备(1A、1B)通过相应的连接线路(9A、9B)与所述中央供电线路(5)连接。
6.根据权利要求5所述的电解系统(100)，其中，在连接线路(9A、9B)中接入有相应的基于IGBT的降压转换器(11A、11B)，其输入电压与所述第一直流电压(31)相符，并且其第二直流电压(33B、33C)能够针对所述电解设备(1A、1B)的相应运行电压适应性调整。
7.根据权利要求6所述的电解系统(100)，其中，在连接线路(9A、9B)中所述降压转换器(11A、11B)是模块化的，其中，降压转换器(11A、11B)具有至少两个并联连接的直流/直流降压转换器(21A、21B、21C)，其输入电压与所述第一直流电压(31)相符。
8.根据权利要求7所述的电解系统(100)，其中，模块化的降压转换器(11A、11B)的所述至少两个并联连接的直流/直流降压转换器(21A、21B)在输出端彼此电连接，并且分别用于调节所述第二直流电压(33A、33B)。
9.根据权利要求8所述的电解系统(100)，其中，模块化的降压转换器(11A、11B)与具有多个连续电连接的电解模块(29A、29B、29C、29D、29E)的电解设备(1A、1B)连接。
10.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(100)，其中，所述电流供应源(3)具有作为电流产生器的风能设备(19)，具有直流电压输出部(7)的整流器(13A)与所述风能设备连接，其中，所述直流电压输出部(7)针对所述第一直流电压(31)而设计。
11.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(100)，其中，所述电流供应源(3)具有作为电流产生器的光伏设备(21)，其直流电压输出部(7)针对所述第一直流电压(31)而设计，其中，所述直流电压输出部(7)与所述中央供电线路(5)连接。
12.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(100)，其中，所述中央供电线路(5)用于以20kV、特别是在1.5kV与30kV之间的中压范围内的第一直流电压(31)运行。
...【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】
1.电解系统(100)，所述电解系统包括至少两个电解设备(1a、1b)、具有直流电压输出部(7)的电流供应源(3)和中央供电线路(5)，其中，所述中央供电线路(5)与所述电流供应源(3)的直流电压输出部(7)连接，从而能够在第一直流电压(31)下将直流电流馈入到所述中央供电线路(5)，并且其中，所述电解设备(1a、1b)并联地电连接到所述中央供电线路(5)，其中，为了从公共电网(25)供应直流电流，在网络连接点(35)处连接电压源换流器(13)，所述电压源换流器将输入端的交流电压转换成位于直流电压输出部(7)处的输出端的第一直流电压(31)，其中，每个电解设备(1a、1b)分别经由将所述第一直流电压(31)转换成第二直流电压(33a、33b)的直流/直流转换器(11a、11b)并联地联接至所述电压源换流器(13)的直流电压输出部(7)，使得所述第二直流电压(33a、33b)跨所述电解设备(1a、1b)下降，其中，能够控制和/或能够调节所述直流/直流转换器(11a、11b)中的每个直流/直流转换器以适应性调整其第二直流电压(33a、33b)的高低，其中，设有能够操控的桥接开关，使得在桥接开关闭合的情况下能够桥接相应的直流/直流转换器(11a、11b)，使得能够对所连接的电解设备(1a、1b)直接施加所述第一直流电压(31)。
2.根据权利要求1所述的电解系统(100)，其中，所述直流/直流转换器(11a、11b)是基于igbt的降压转换器(11a、11b)，用于所述电解设备(11a、11b)的单独功率调节。
3.根据权利要求1或2所述的电解系统(100)，其中，所述电压源换流器(13)用于双向运行并且与所述中央网络连接点(35)连接，从而通过提供无功功率能够对所述公共电网(25)进行电压支持。
4.根据权利要求3所述的电解系统(100)，其中，所述电压源换流器(13)是基于igbt的模块化多电平换流器(13)，从而根据需要能够在所述网络连接点(35)处将来自所述中央供电线路(5)的电功率馈入所述公共电网(25)中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的电解系统(100)，其中，所...
【专利技术属性】
技术研发人员：M·本迪格，UA·格克，S·舒曼，
申请(专利权)人：西门子能源国际公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。