[发明专利]用于将水分解成氢气和氧气的电解系统以及用于电解系统的运行方法

说明书

本发明涉及用于将水分解成氢气和氧气的电解系统，该电解系统具有至少两个电解模块，其中，每个电解模块包括至少两个电解池，其中，电解池包括阳极室和阴极室，并且阳极室与阴极室通过质子交换膜分隔，其中，兼容直流的开关装置与至少一个电解模块电气并联地布置。使具有至少两个电解模块的电解系统运行。在可用电功率下降的情况下，闭合至少一个开关装置。通过该开关装置桥接至少一个电解模块。此时，运行的电解模块的数量减少了被桥接的电解模块的数量。在可用电功率上升的情况下，断开至少一个开关装置。

技术领域

本发明涉及用于将水分解成氢气和氧气的电解系统以及用于电解系统的运行方法。

背景技术

电解器是使用电流来实现物质转化(电解)的装置。根据不同电解的多样性，同样存在多种电解器，例如用于电解制氢的电解器。

目前的想法是，在晴天和大风期间(即在太阳能或风力发电高于平均水平的时期)使用可再生能源的能量来生产有价值的产品。一种这样的有价值的产品可尤其是使用水电解器生产的氢气。氢气例如可用于生产所谓的EE气体。

在此，首先(电解制氢)电解器使用电能、尤其是源于风能或太阳能的电能来生产氢气。然后使用氢气与二氧化碳一起在萨巴蒂尔(Sabatier)工艺中生产甲烷。然后例如可将甲烷引入已经存在的天然气网络中，从而能够实现能量存储和将能量传输给消费者，并且可减轻电网的负担。替代于此，由电解器产生的氢气还可以直接进一步使用，例如用于燃料电池。

在用于电解制氢的电解器中，将水分解成氢气和氧气。在PEM(英文：Proton-Exchange-Membrane，质子交换膜)电解器中，通常在阳极侧供应蒸馏水作为反应物，并且在质子交换膜处分解成氢气和氧气。在此，水在阳极处被氧化成氧气。质子穿过质子交换膜。在阴极侧产生氢气。一个电解单元通常包括至少四个电解模块。一个电解模块通常包括50个电解池。

来自可再生能源的能量并非始终可用，具体取决于天气条件。在可用于电解的电功率较低的情况下，PEM电解器可在部分负荷下运行。然而，这不利地导致PEM电解器的运行温度下降。此外，电解池的部分负荷运行增加了电解池的老化，这不利地导致更频繁地维护电解池。由于电解池的部分负荷运行，也可不利地导致来自电解的产物气体的组成发生变化。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种电解系统和用于电解系统的运行方法，该电解系统可在部分负荷下运行，并且在此克服上述缺点。

本发明通过根据权利要求1的电解系统和根据权利要求9的方法实现。

根据本发明的用于将水分解成氢气和氧气的电解系统包括至少两个电解模块。每个电解模块包括至少两个电解池。电解池包括阳极室和阴极室，其中，阳极室与阴极室通过质子交换膜隔开。与至少一个电解模块电气并联有兼容直流的开关装置。

根据本发明的用于将水分解成氢气和氧气的电解系统的运行方法包括多个步骤。首先，提供至少两个电解模块，其中，每个电解模块包括至少两个电解池。电解池包括阳极室和阴极室。阳极室与阴极室通过质子交换膜隔开。兼容直流的开关装置与至少一个电解模块电气并联地布置。至少两个电解模块借助于电流运行。在电解可用的电功率下降时，使至少一个开关装置闭合。至少一个电解模块通过该至少一个开关装置桥接。接着使电解系统运行，其中，运行的电解模块的数量减少了被桥接的电解模块的数量。在电解可用的电功率增加时，将至少一个开关装置再次断开。

有利地，通过桥接至少一个电解模块可在部分负荷下使电解系统运行，而没有使各个电解模块都在部分负荷下运行。通过运行的其余电解模块的电流密度仍然很高，从而防止了各个电解模块都在部分负荷下运行，即，在低电流密度下运行。有利地，借助该电解系统防止在各个电解模块中的电解池由于部分负荷运行而过早老化。继续运行的电解模块有利地防止整个电解系统的冷却。产品质量同样有利地保持恒定，因为单个电解模块可在保持不变的电流密度下运行，因此可以恒定的氢气生产速率运行。