Idrogeno + cella a combustibile: componenti per la generazione di energia
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Il futuro dell'approvvigionamento energetico sta nel Energie rinnovabili. Le Tecnologie Celle a combustibile a idrogeno o gli elettrolizzatori sono candidati promettenti per i vettori energetici del futuro, se sono "verdi". L'esperto di automazione Pepperl + Fuchs offre prodotti per l'intera catena del valore dell'idrogeno sulla base del suo vasto e pluriennale know-how. Scopri di seguito a che punto siamo con l'idrogeno verde e quali prodotti stanno portando avanti lo sviluppo.
contenuto
- Alloggiamento per la tecnologia di misurazione nella produzione di idrogeno
- L'idrogeno come soccorritore di crisi
- Approvvigionamento energetico in transizione
- L'idrogeno verde è il jolly
- Tecnologia dei sensori per la catena del valore dell'idrogeno
- Domande frequenti
Alloggiamento per la tecnologia di misurazione nella produzione di idrogeno
11.10.2013 ottobre XNUMX | Quello completo trasformazione energetica pone maggiori esigenze a tutti i soggetti coinvolti nella catena di produzione: dall’elettricità verde alla produzione di idrogeno fino alla produzione di vari derivati, comprese tutte le fasi di trasporto tra le stazioni.
Si prevede che le turbine eoliche e i parchi eolici avranno funzioni migliori a servizio della rete. Per fare ciò, i controlli necessitano di dati, che a loro volta vengono forniti dai sensori Pepperl+Fuchs. I sensori possono rilevare le posizioni di Foglia e gondola oltre a rilevare con precisione velocità e vibrazioni.
Se l’idrogeno viene prodotto da elettricità rinnovabile mediante elettrolizzatori, la pressione deve essere adattata alle diverse fasi successive di trasporto e lavorazione. Ciò solleva anche interrogativi sulla protezione contro le esplosioni sul.
Pepperl+Fuchs ne offre uno speciale per questa protezione contro le esplosioni Tecnologia abitativa per le zone Ex corrispondenti e quadro elettrico-Moduli per la separazione del segnale e ulteriore elaborazione.
Questi vengono utilizzati nei sistemi di misurazione e controllo della pressione. Vengono offerte anche soluzioni speciali nell'area “Purge”. Questi consentono l'uso di dispositivi di misurazione non antideflagranti. Ultimo ma non meno importante, quelli a prova di esplosione rendono il tutto più semplice Tablet e smartphone il tecnologia di comunicazione in aree potenzialmente esplosive.
L'idrogeno come soccorritore di crisi
Più di un anno fa, l'idrogeno (H 2) era ancora considerato un componente cruciale nel decarbonizzazione dell'industria e dei trasporti. Ma ora non stiamo solo lottando con la crisi climatica, ma anche con una crisi energetica che potrebbe guidare l'espansione dell'idrogeno verde come fonte energetica per l'energia elettrica per garantire il fabbisogno di elettricità e calore. Il problema qui risiede meno nei concetti e nel know-how tecnico, ma soprattutto nella tempestiva implementazione.
Il modulo IO protegge le stazioni di rifornimento di idrogeno Resato
Grandi progetti sull'idrogeno sono già stati annunciati in tutto il mondo, dal Canada alla Germania al Giappone. Ma ehm Idrogeno verde Per generare elettricità, dobbiamo prima espandere la produzione di energia rinnovabile. Le turbine eoliche offshore svolgono un ruolo cruciale in questo caso fornendo l'elettricità verde necessaria.
Idrogeno verde: opportunità o rischio per gli ingegneri dell'automazione di fabbrica?
09.02.2023 | Con la forte crescita chiaramente prevista nel campo dell'energia eolica nei prossimi 20 anni, ci sono eccellenti opportunità per i produttori di sensori e le aziende di automazione industriale. Questi sono amplificati dal fatto che lo stesso vale per lo stoccaggio, il trasporto e la fabbricazione di tutti questi sistemi. Wolfang Weber, Global Industry Manager di Pepperl+Fuchs, parla dell'argomento nel seguente video durante le giornate dedicate alla stampa specializzata dell'RBS Stutensee a Karlsruhe.
Approvvigionamento energetico in transizione
La fornitura di energia elettrica sta affrontando uno sconvolgimento fondamentale, in cui tutti i processi conosciuti vengono messi alla prova. IL Energia atomica, che prometteva una disponibilità illimitata negli anni '60 e '70, è caduto in discredito per vari motivi e ora viene preso in considerazione solo in pochi paesi.
Anche l' energia idroelettrica può essere ampliato solo in misura limitata, in quanto ha un impatto immenso sul paesaggio e ha conseguenze su flora e fauna. La biomassa, d'altra parte, è molto controversa perché compete con la produzione alimentare e ha anche i suoi limiti.
Considerazioni di base sulla transizione energetica
finora lo erano sostanze fossili come petrolio, gas naturale e carbone sono le fonti energetiche preferite. Contrariamente alle previsioni precedenti, tuttavia, sono ancora disponibili in quantità pressoché illimitate, sono poco costosi e vi sono molti possibili usi per i combustibili fossili. Non servono solo a generare energia, ma anche come materiali di base per la chimica, la farmacia e molti altri settori.
Negli ultimi due decenni, due rappresentanti delle energie rinnovabili si sono particolarmente distinti nel campo della generazione di energia. Questo è ciò che pensi prima Vento , Sole, poiché queste fonti di energia sono apparentemente disponibili gratuitamente.
In Germania assumiamo che il Requisiti di alimentazione raddoppierà nei prossimi 20 anni. Al momento, tuttavia, copriamo solo poco meno della metà del nostro attuale fabbisogno elettrico da fonti rinnovabili. Quindi dobbiamo quadruplicare la generazione di elettricità. In effetti, durante questo periodo si sono verificati sviluppi sorprendenti, sia in termini di dimensioni che di costi. Turbine eoliche con una capacità fino a 18 MW per unità sono installati oggi in mare aperto, il che era impensabile negli anni '1980. L'idea che gli impianti fotovoltaici in zone soleggiate generassero elettricità a un costo inferiore a 1 centesimo per kWh era considerata nella migliore delle ipotesi un'utopia.
Problema risolto? Affatto!
Questo significa che tutti i problemi sono risolti? Niente affatto, perché le sfide fondamentali sono state purtroppo sottovalutate per negligenza per molto tempo. Germania è uno dei paesi che può disporre di un'alimentazione elettrica affidabile in ogni momento. Questo non è affatto scontato, nemmeno nei paesi altamente sviluppati.
Durante la progettazione del sistema di alimentazione elettrica, si è sempre pensato di poter coprire in ogni caso il picco assoluto della domanda, anche se si verifica solo per un'ora all'anno. Il grafico stilizzato (a destra) illustra il problema. Il vento e il sole forniscono entrambi troppa o troppo poca energia. Entrambi causano problemi perché l'energia deve essere ridotta o le centrali elettriche di riserva devono fornire energia. Tuttavia, entrambi gli scenari sono antieconomici. L'obiettivo deve quindi essere quello di minimizzare il più possibile le due situazioni.
* generazione di energia dipende non solo dalle esigenze temporali, ma anche da quelle spaziali. Aveva quindi senso costruire grandi centrali elettriche vicino a grandi consumatori come metropoli popolose o siti industriali.
Con le fonti energetiche sole e vento, tuttavia, questi requisiti non sono più soddisfatti. Il posizionamento delle turbine eoliche dipende dallo spazio disponibile e dalla fornitura di vento. L'installazione di Moduli fotovoltaici dall'altro, è fortemente dipendente dalla disponibilità individuale all'investimento dei privati. La produzione di energia di questi impianti è a sua volta soggetta alle condizioni meteorologiche.
Per molti anni la Germania si è concessa il lusso di una doppia fornitura di energia per compensare i problemi descritti. Anche se si afferma che lo abbiamo già 46% della nostra elettricità generato in modo rigenerativo, in alcuni giorni dell'anno questa quota supera appena il 20%. Più riduciamo le centrali elettriche convenzionali, più ci troviamo in una situazione che non può più essere controllata.
Risparmiare energia come sfida
Per bilanciare il rapporto tra domanda e offerta, è necessario adottare misure sia a breve termine che stagionali. È ovvio che è necessaria più energia in inverno che in estate. Pertanto, è necessario trovare una soluzione in grado di immagazzinare energia per un certo periodo di tempo, trasportarla facilmente e utilizzarla in vari modi, compresa la capacità di riconversione. In qualità di fornitore di componenti elettronici e sensori Pepperl+Fuchs è inizialmente interessata a controllare tali processi. Il punto è che le turbine eoliche devono assumere sempre più funzioni legate alla rete ed essere in grado di reagire ai requisiti della rete.
Consiglio di lettura: Tecnologia di misurazione per la produzione di idrogeno
Consideriamo Germania come riferimento, dove circa il 20% del fabbisogno energetico totale del Paese è soddisfatto dall'elettricità, mentre la stragrande maggioranza è fornita principalmente da petrolio, gas e carbone. Questi includono il settore dei trasporti, il mercato del riscaldamento e l'industria, in particolare nei settori siderurgico, chimico, del cemento, del vetro e altri. Mentre ci sono certamente modi per "elettrizzare" una parte di esso, il tempo dirà fino a che punto questo è possibile. Perché alla fine dipende dal costo e dalla disponibilità.
L'idrogeno verde è il jolly
L'idrogeno è il jolly in questo gioco, che domina in questi giorni consenso mondiale. Come mezzo di accumulo, l'idrogeno può compensare le fluttuazioni irregolari dell'energia eolica e solare e, come materiale di base con i suoi ben noti derivati, può sostituire i combustibili fossili in tutte le applicazioni.
L'idrogeno utilizzato oggi è costituito da gas con rilascio di CO2 vinto. Se pensi alla procedura di Carbon Capture and Storage (CCS) in alternativa, il cosiddetto idrogeno verde è il metodo di scelta.
Affinché in futuro l'idrogeno possa sostituire concretamente i combustibili fossili, sono necessarie ulteriori misure dettagliate e sono necessarie enormi quantità di idrogeno verde. L'idrogeno passa attraverso a fissione elettrolitica generato dall'acqua utilizzando l'elettricità, per cui l'acqua viene scissa in idrogeno e ossigeno. Questo processo avviene in un elettrolizzatore, mentre l'inversione avviene nella cella a combustibile. Lì l'idrogeno viene utilizzato come combustibile e, in combinazione con l'ossigeno, viene generata elettricità. Il "prodotto di scarto" è l'acqua.
il materia prima acqua è praticamente illimitato disponibile sul nostro pianeta sotto forma di mari. Tuttavia, l'elettricità deve essere generata per produrre l'idrogeno. Se ciò avrà successo in modo neutrale dal punto di vista climatico, la trasformazione del nostro approvvigionamento energetico può aiutare a bilanciare la COXNUMX2-Ripristinare la generazione e l'assorbimento e arrestare l'ulteriore riscaldamento dell'atmosfera.
Tecnologia dei sensori per la catena del valore dell'idrogeno
Il primo elemento della tavola periodica è un fattore chiave nella decarbonizzazione di economia e trasporti, ma solo con idrogeno verde, per cui il gas senza CO2 è stato ottenuto l'output. La catena del valore dalla turbina eolica alla stazione di rifornimento di idrogeno è piena di sfide tecniche.
Soprattutto, la decarbonizzazione desiderata cambierà il modo in cui generiamo, immagazziniamo, distribuiamo e consumiamo energia. L'idrogeno verde diventa uno ruolo chiave nella futura generazione di energia e decarbonizzazione dell'industria e dei trasporti pesanti. Molti sensori per proteggere i processi automatizzati sono necessarie varie funzioni e componenti antideflagranti.
Pepperl+Fuchs ha molti anni di esperienza nel campo della protezione contro le esplosioni e sensori industriali. In qualità di esperta di sicurezza funzionale che fornisce componenti compatibili lungo la catena del valore dell'idrogeno, l'azienda è il partner giusto e un elemento di collegamento nella catena dell'idrogeno - dalla produzione di energia rigenerativa, compressione ad alta pressione dopo l'elettrolisi, trasporto, stoccaggio fino alla produzione su larga scala uso industriale e distributore di idrogeno. Di seguito presentiamo alcuni prodotti e applicazioni:
Sensori ad ultrasuoni per la produzione di lastre bipolari
04.07.2023 | Nel prossimo futuro, la capacità operativa e il prezzo dell'idrogeno e i suoi derivati dipendono in gran parte dalla disponibilità. Il prezzo dell'elettricità durante la produzione ei costi di acquisto degli impianti giocano un ruolo decisivo in questo.
Sebbene elettrolizzatori e le celle a combustibile sono tecnologicamente simili, hanno aree di applicazione diverse. Gli elettrolizzatori sono unici nella produzione di idrogeno verde, mentre le celle a combustibile competono con altri processi. In particolare, le auto a idrogeno ottengono punti nel trasporto pesante rispetto a batteriamotori elettrici alimentati, ma anche l'alternativa alla mobilità elettrica è ancora in discussione.
In entrambi i casi, tuttavia, il quantitativi di produzione aumentare in modo significativo per coprire la crescente domanda e ridurre i costi a lungo termine. L'industrializzazione e automazione la produzione gioca un ruolo centrale. I componenti chiave sono le piastre bipolari (BPP) e il gruppo elettrodo membrana (MEA). Il MEA può essere fabbricato in configurazioni a 3, 5 e 7 strati e richiede l'applicazione di strati catalitici per i processi elettrolitici.
Progetto di ricerca fabbrica di riferimento H2
L´ Fraunhofer-Istituto per le macchine utensili e la tecnologia di formatura IWU A Chemnitz è partito il progetto della fabbrica di riferimento H2, che si concentra sull'ottimizzazione della produzione di questi componenti. Esaminano, testano e ottimizzano i processi dalla produzione delle piastre bipolari e la funzione delle guarnizioni all'assemblaggio dell'intera pila.
Le prime applicazioni pratiche hanno dimostrato che il controllo possibile doppi strati può essere un criterio importante. I sensori a ultrasuoni si sono dimostrati una tecnologia dei sensori affidabile. I sensori a ultrasuoni possono misurare distanze precise nell'ordine dei decimi di millimetro e rilevare più strati e crepe.
Uno dei principali vantaggi degli ultrasuoni risiede nella sua indipendenza dalle proprietà del materiale come il colore, la brillantezza della superficie o la trasparenza. Questo offre in particolare metallmateriali ical e traslucidi notevoli vantaggi.
* F77serie di sensori di Pepperl+Fuchs consente misurazioni precise dell'altezza nell'intervallo di 0,2 mm. Con l'aiuto dei controlli del doppio foglio UDC, è possibile rilevare più strati rilevando gli strati limite e la transizione verso un'intercapedine d'aria. Inoltre, i componenti forniti possono essere facilmente verificati per presenza o posizione.
Questi avanzati Sensori a ultrasuoni dispongono di un'interfaccia IO-Link standardizzata tramite la quale è possibile effettuare le impostazioni e interrogare i dati di stato. Con i moduli di interfaccia disponibili (master), i dati possono essere OPC UA trasferiti ad altre unità dell'infrastruttura informatica. Ciò significa che tutti i requisiti per un'architettura conforme a Industry 4.0 sono soddisfatti.
Componenti per la produzione sicura di energia verde
12.09.2022/XNUMX/XNUMX | La produzione di idrogeno verde energie rinnovabili è quindi cruciale per il suo uso industriale.
Ad esempio, per utilizzare l'energia eolica in modo ottimale, il Pale del rotore avere l'angolo di inclinazione corretto. In caso di forte vento gli impianti devono essere posti in posizione riparata per evitare possibili sovraccarichi. Pepperl+Fuchs fornisce i valori richiesti utilizzando encoder così come i sensori di vibrazione e accelerazione. I moduli di protezione contro le sovratensioni sono necessari per Tecnologia di controllo e la trasmissione sicura del segnale dai fulmini.
Con queste misure, possiamo utilizzare in modo efficiente la generazione di energia dall'energia eolica e quindi promuovere la produzione di idrogeno verde. Questo è un passo cruciale per rendere il nostro approvvigionamento energetico più sostenibile e rispettoso dell'ambiente.
L'elettricità verde viene convertita in idrogeno, trasportata e immagazzinata temporaneamente per raggiungere la sua destinazione. L'idrogeno viene trasportato tramite gasiera, camion o conduttura. Il trasporto pone sfide tecniche a causa delle sue proprietà esplosive. Pepperl+Fuchs offre un'ampia gamma di componenti di connessione per la protezione contro le esplosioni. Vari moduli di interfaccia e morsettiere della serie SR garantiscono una trasmissione affidabile del segnale nel sistema di misurazione del controllo della pressione del gas. I sistemi di custodie pressurizzate della serie 6000 vengono utilizzati per l'analisi dell'idrogeno.
Valvole regolare il flusso di gas nei tubi e nelle condutture. I doppi sensori induttivi F31K2, tra le altre cose, garantiscono un feedback sicuro della posizione della valvola in aree esterne pericolose. L'intrinsecamente sicuro Mobilegeräte , Occhiali intelligenti del marchio Pepperl+Fuchs Ecom forniscono informazioni in tempo reale ai lavoratori mobili e agli operatori dell'impianto durante i lavori di manutenzione delle valvole.
Sensore di vibrazione e sensore di accelerazione nella turbina eolica
02.03.2023 | Immagina che un moderno Centrale eolica un'altezza della torre di 130 m e la massa da sostenere dalla sala macchine e dalla navicella è compresa tra 400 e 600 t. I diversi carichi del vento mettono a dura prova meccanica la costruzione. I sensori di vibrazione sono installati nella torre, nella navicella, nel mozzo del rotore e nel pale del rotore schierato. I sistemi di misurazione inerziale lo registrano carichi in tempo reale.
Domande frequenti
Come funziona la cella a combustibile?
Una cella a combustibile lo è un convertitore di energia che converte l'energia chimica direttamente in energia elettrica. Funziona in modo simile a una batteria, ma viene continuamente alimentato con carburante (ad esempio idrogeno) e un ossidante (ad esempio ossigeno dall'aria). Una cella a combustibile utilizza la reazione di idrogeno e ossigeno per produrre energia elettrica, mentre l’acqua è l’unico prodotto di scarto. In breve: idrogeno+ossigeno=cella a combustibile.
Come fa una cella a combustibile a produrre elettricità?
Una cella a combustibile genera elettricità attraverso a reazione elettrochimica: All'anodo (il polo negativo), l'idrogeno viene diviso in protoni ed elettroni da un catalizzatore. Gli elettroni fluiscono attraverso un circuito esterno verso il catodo (il terminale positivo), producendo corrente elettrica. Al catodo gli elettroni reagiscono con l'ossigeno e con i protoni provenienti dall'anodo per formare acqua. Il risultato è la conversione dell’energia chimica in energia elettrica.
Idrogeno e celle a combustibile sono la stessa cosa?
No, l’idrogeno e le celle a combustibile non sono la stessa cosa. L'idrogeno è un elemento chimico e un possibile combustibile. Una cella a combustibile è un dispositivo che utilizza un combustibile e un ossidante come l'ossigeno per produrre energia elettrica. L'idrogeno può essere utilizzato come combustibile in una cella a combustibile.
Quali sono i vantaggi e gli svantaggi di una cella a combustibile?
Le celle a combustibile offrono una produzione di energia efficiente e a basse emissioni, ma presentano sfide in termini di costi, infrastrutture e durata.
Vantaggi di una cella a combustibile:
- bassa emissione: Quando si utilizza l'idrogeno, una cella a combustibile produce solo acqua come prodotto di scarto.
- Altezza Efficienza: Le celle a combustibile possono essere più efficienti dei motori a combustione convenzionali.
- Continuo Produzione di energia: finché vengono forniti combustibile e ossidante, la cella genera continuamente elettricità.
- Più tranquillo Funzionamento: le celle a combustibile funzionano in modo più silenzioso rispetto ai motori a combustione.
Svantaggi di una cella a combustibile:
- Costi: Le tecnologie attuali sono spesso costose, soprattutto quando si utilizzano catalizzatori di metalli preziosi.
- idrogenoinfrastruttura: La disponibilità e la distribuzione dell'idrogeno potrebbero essere limitate.
- Lagerung , Trasporti: L'idrogeno richiede condizioni speciali di stoccaggio e trasporto a causa della sua bassa densità e reattività.
- tutta la vita: La durata e la longevità di alcuni tipi di celle a combustibile potrebbero essere limitate.
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Wolfgang Weber è Global Industry Manager per le energie rinnovabili presso Pepperl+Fuchs.