Design innovativo dell'elettrolizzatore per fonti rinnovabili variabili

In qualità di pioniere nel campo dell'energia dell'idrogeno, VERDE HYDROGEN lavora da decenni sull'elettrolizzatore a idrogeno e ha sviluppato elettrolizzatori di diverse dimensioni, incluso l'elettrolizzatore a pila singola da 1200 Nm3/H. Il brevetto dell'azienda (brevetto USA n. 8.936.704) potrebbe rappresentare una pietra miliare nella progettazione di un elettrolizzatore per l'energia rinnovabile senza trasformatore e raddrizzatore.

Astratto

Sistemi e metodi per generare idrogeno mediante elettrolisi dell'acqua da una fonte di energia volatile possono facilitare la regolazione della capacità operativa di uno stack di elettrolisi in base alle misurazioni della produzione di elettricità della fonte di energia. In varie forme di realizzazione, la regolazione della capacità viene ottenuta incorporando un numero minore o maggiore di celle della pila di elettrolisi in un circuito elettrico chiuso comprendente le celle incorporate in serie con la fonte di alimentazione.

L’idrogeno è stato a lungo considerato una fonte di combustibile alternativa pulita alle fonti energetiche di combustibili fossili. L’idrogeno non è inquinante, è trasportabile, immagazzinabile, più efficiente della benzina e può essere convertito direttamente in calore ed elettricità per applicazioni sia fisse che mobili.

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Sono stati fatti molti tentativi per migliorare l’efficienza e ridurre i costi della produzione di idrogeno mediante elettrolisi. Gli approcci precedenti che affrontano la volatilità delle fonti di energia in ingresso rientrano generalmente in due categorie:

Entrambi gli approcci spesso comportano un aumento dei costi e della complessità del sistema di generazione dell’idrogeno, perdite di efficienza e/o problemi di manutenzione a lungo termine.

La presente domanda descrive un nuovo approccio per controllare un sistema di generazione di idrogeno alimentato dal flusso non stabile di elettricità prodotta da fonti eoliche, solari o altre fonti volatili per la produzione di idrogeno. In varie forme di realizzazione, il sistema di generazione di idrogeno include uno stack di elettrolisi controllato automaticamente con una funzione di controllo che determina quale dovrebbe essere la capacità operativa dello stack di elettrolisi in un dato momento per utilizzare in modo efficiente la potenza in ingresso momentanea. Il sistema di generazione dell'idrogeno può includere, oltre allo stack di elettrolisi, una pista conduttiva, un ponte di contatto elettrico mobile e un driver associato, un dispositivo di misurazione e un controller. Lo stack di elettrolisi può includere una pluralità di celle di elettrolisi collegate elettricamente in serie per formare un percorso elettricamente conduttivo. La capacità operativa dello stack può essere modificata regolando il numero di celle di elettrolisi all'interno del percorso collegate alla fonte di alimentazione. Più specificamente, il controller può, sulla base dell'input della misurazione della corrente elettrica e/o di altri parametri operativi del sistema (ad esempio, in combinazione con il fabbisogno elettrico operativo preimpostato di uno stack di elettrolisi), determinare la capacità desiderata dell'elettrolisi operativa stack (cioè il numero desiderato di celle di elettrolisi) e invia un segnale di controllo corrispondente al conducente. Il conducente può quindi, in base al segnale del controller, controllare la posizione del ponte di contatto mobile sulla pista conduttiva. Il ponte di contatto, fermandosi in diverse posizioni in base ai comandi ricevuti dal controller, può limitare il circuito elettrico dello stack di elettrolisi alla capacità operativa desiderata.

Pertanto, varie forme di realizzazione qui descritte forniscono un metodo efficiente per aumentare e diminuire la capacità di uno stack di elettrolisi, consentendo di far funzionare un sistema di generazione di idrogeno all'efficienza desiderata con elettricità fluttuante in formato diverso.

Inoltre, rispetto ai sistemi della tecnica precedente, l'approccio qui descritto riduce il numero di sensori, controllori e/o interruttori utilizzati per controllare una pluralità di unità di elettrolisi, e quindi riduce la complessità tecnica del sistema di generazione di idrogeno. Vantaggiosamente, ciò potrebbe, a sua volta, ridurre il costo di produzione dell’idrogeno e migliorare la popolarità dell’idrogeno nella sostituzione dei combustibili fossili come fonte di energia combustibile.