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Energiemanagement Neues Konzept sorgt für zuverlässigere Brennstoffzellen-Kraftwerke

Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Ein Hersteller von Brennstoffzellen-Kraftwerken musste, um weiter wachsen zu können, seine Kraftwerke kosteneffektiv standardisieren. Dies gelang in Zusammenarbeit mit Rockwell Automation, der dafür eine Komplettlösung aus Steuerungs- und Antriebstechnik realisierte

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Ein Brennstoffzellen-Kraftwerk erzeugt Strom durch die Bildung von Wasserstoff aus einem Ausgangsbrennstoff – für gewöhnlich sauberes Erdgas oder erneuerbares Biogas.
Ein Brennstoffzellen-Kraftwerk erzeugt Strom durch die Bildung von Wasserstoff aus einem Ausgangsbrennstoff – für gewöhnlich sauberes Erdgas oder erneuerbares Biogas.
(Rockwell Automation)

Energiekosten sind nach der Arbeitskraft der zweithöchste kontrollierbare Kostenfaktor. Insofern erkennen große Stromverbraucher zunehmend den Nutzen und die Vorteile lokaler, dezentraler Stromerzeugungsanlagen, die rund um die Uhr verfügbar sind. Brennstoffzellen senken die Stromkosten von Elektrizitätsverbrauchern. Eine alternative Art der Energiegewinnung, nämlich die Brennstoffzelle, wandelt Biokraftstoffe und Naturgas in sauberen Wechselstrom um, der dann in öffentlichen Stromnetzen verwertbar ist.

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Ein Brennstoffzellen-Kraftwerk erzeugt Strom durch die Bildung von Wasserstoff aus einem Ausgangsbrennstoff – für gewöhnlich sauberes Erdgas oder erneuerbares Biogas. Bei einer elektrochemischen Reaktion entstehen elektrischer Gleichstrom und verwertbare, hochwertige Wärme, die sich zur Dampferzeugung eignet. Der Gleichstrom wird anschließend invertiert und so konditioniert, dass er mithilfe eines Netzwechselrichters anlagenkonform Wechselstrom ausgibt. Um die örtlichen Anforderungen an die Netzkompatibilität zu erfüllen, kann die Spannung entsprechend verändert werden.

Kraftwerke kostengünstig standardisieren - mit Automatisierung

Fuel Cell Energy, einer der führenden Hersteller von sauberen stationären Brennstoffzellen-Kraftwerken für Gewerbe- und Industriebetriebe, hat sich ein globales Geschäft mit Kunden in Nordamerika, Asien und Europa aufgebaut. Um das Wachstum fortzusetzen, brauchte das Unternehmen einen Partner aus der Automatisierungstechnik, der die Kraftwerke kosteneffektiv standardisiert.

Die Steuersystemprodukte wurden bisher von drei verschiedenen Anbietern eingesetzt, doch damit hatte das Unternehmen Schwierigkeiten bei der Vereinheitlichung. Als Hindernis erwiesen sich vor allem die nicht-kompatiblen Technologien, die veralteten Systeme und die miteinander konkurrierenden Standards.

Allerdings würde die Standardisierung jedoch auch Design-Änderungen hinsichtlich Größe und der Verwendung der Bauteile erfordern.

Zudem gab es konkrete Vorschriften, denn die Kraftwerke mussten unter Berücksichtigung unterschiedlicher internationaler Standards von Fuel Cell errichtet werden. Öffentliche Versorger schreiben außerdem vor, dass die Energie von Brennstoffzellen-Kraftwerken das Stromnetz nicht beeinträchtigen darf und sauberen, gut gefilterten Strom liefern muss. Gleichzeitig wollte man die Zuverlässigkeit der Brennstoffzellenanlagen verbessern und die Gesamtkosten für Konstruktion, Entwicklung und Auslieferung jedes Systems senken.

Know-how beider Unternehmen gebündelt

Schon frühzeitig ließ sich deshalb Fuel Cell Energy bei der Entwicklung für das neueste kommerzielle Brennstoffzellen-Kraftwerk in technischen Belangen von Rockwell Automation unterstützen. In enger Zusammenarbeit wurde ein Konzept erarbeiten und das Know-how beider Unternehmen gebündelt.

„Das hohe Maß an technischem Support von der Produktion bis hin zur Qualitätskontrolle haben wir als äußerst positiv empfunden.“, berichtet Nolan Rabinowitz, Manager für Project Procurement bei Fuel Cell Energy.

Hilfe bei der Umwandlung von Gleich- in Wechselstrom

Bei der technischen Planung der Brennstoffzelle nutzte Fuel Cell größtenteils seine eigenen Erfahrungen, um eine effektive, neue Energieanlage zu entwickeln. Doch bei der Umwandlung der in der Brennstoffzelle erzeugten Gleichspannung in netztaugliche Wechselspannung, griff das Unternehmen auf Hilfe zurück - Rockwell Automation kam ins Spiel.

Für die Umrichtung von Gleich- zu Wechselstrom in der Brennstoffzelle entschieden sich die Ingenieure für den Allen-Bradley-Antrieb Powerflex 700L mit variabler Frequenz.

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