Stationäre Brennstoffzellen werden immer häufiger zur Erzeugung von Strom eingesetzt. Sie gewinnen die Energie aus Erdgas oder Biokraftstoffen. Der erzeugte Gleichstrom muss mit einem Wechselrichter für das Stromnetz aufbereitet werden, bevor er eingespeist werden kann. Hierzu lässt sich ein Antrieb einsetzen, wie er üblicherweise für Motoren genutzt wird.
Urs Kohler, Business Manager Automation & Software, Rockwell Automation
Ein Brennstoffzellen-Kraftwerk erzeugt Strom aus Erdgas oder erneuerbarem Biogas. Das Gas wird zuerst in einer chemischen Reaktion in Kohlendioxid und Wasserstoff aufgetrennt – worauf in der eigentlichen Brennstoffzelle der Wasserstoff mit Sauerstoff kontrolliert zur Reaktion gebracht wird. Bei der elektrochemischen Reaktion entstehen elektrischer Gleichstrom und Wärme, die sich zur Dampferzeugung eignet. Der Gleichstrom wird zu Wechselstrom umgewandelt und so konditioniert, dass er die örtlichen Anforderungen an die Netzkompatibilität erfüllt.
Anlage standardisieren
FuelCell Energy, ein Hersteller von 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 dem Automatisierungsbereich, der seine Brennstoffzellen-Kraftwerke kosteneffektiv standardisierte. Zuvor hatte das Unternehmen Schwierigkeiten mit der Vereinheitlichung der Technologie gehabt, da Steuersystemprodukte von drei verschiedenen Anbietern eingesetzt wurden. Nicht-kompatible Technologien, veraltete Systeme und miteinander konkurrierende Standards waren die Folge. Eine Standardisierung würde jedoch auch Design-Änderungen hinsichtlich der Grösse und der Verwendung der Bauteile erfordern.
Die Kraftwerke müssen unter Berücksichtigung unterschiedlicher internationaler Standards errichtet werden. Öffentliche Versorger schreiben ausserdem vor, dass die Brennstoffzellen-Kraftwerke das Stromnetz nicht beeinträchtigen dürfen – der Strom muss sauber eingespeist werden. Gleichzeitig wollte man die Zuverlässigkeit der Brennstoffzellenanlagen verbessern und die Gesamtkosten für Konstruktion, Entwicklung und Auslieferung jedes Systems senken.
Antrieb von Motoren
FuelCell Energy liess sich frühzeitig bei der Entwicklung für das neueste kommerzielle Brennstoffzellen-Kraftwerk in technischen Belangen von Rockwell Automation unterstützen. In enger Zusammenarbeit wurde ein Konzept erarbeitet 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“ puttygen download , berichtet Nolan Rabinowitz, Manager für Project Procurement bei FuelCell Energy Inc.
Bei der technischen Planung der Brennstoffzelle nutzte FuelCell Energy grösstenteils seine eigenen Erfahrungen, um eine effektive, neue Energieanlage zu entwickeln. Das Unternehmen benötigte jedoch Hilfe bei der Umwandlung der in der Brennstoffzelle erzeugten Gleichspannung in netztaugliche Wechselspannung. An dieser Stelle kam Rockwell Automation ins Spiel. Für die Umrichtung von Gleich- zu Wechselstrom in der Brennstoffzelle entschieden sich die Ingenieure für den Allen-Bradley PowerFlex 700L-Antrieb mit variabler Frequenz.
Der kompakte, flüssigkeitsgekühlte Antrieb liess sich in einem versiegelten Aussengehäuse unterbringen, was die Lebensdauer der elektrischen Betriebsmittel verlängert. Der Frequenzumrichter steuert üblicherweise 3-Phasen-Asynchronmotoren. Für die Brennstoffzelle wurde das Gehäuse angepasst, um die Anforderungen hinsichtlich Zuverlässigkeit und Abmessungen zu erfüllen. „Wir haben kein Produkt von der Stange gekauft“, so Rabinowitz. „Der Antrieb und der zugehörige Schaltschrank mussten an unser Brennstoffzellen-Kraftwerk angepasst werden. Rockwell Automation hat ganze Arbeit geleistet.“
Eine programmierbare Allen-Bradley CompactLogix-Steuerung koordiniert zusammen mit dem Antrieb die Einspeisung ins öffentliche Stromnetz und überwacht die von der Brennstoffzelle ins Netz eingespeiste Leistung. Die Leistungsdaten werden dabei kontinuierlich erfasst und an FuelCell Energy übermittelt. Mithilfe dieser Informationen erbringt das Unternehmen rund um die Uhr von seinem Hauptsitz in Danbury im US-Bundesstaat Connecticut Remote-Monitoring und -Supportdienste, um die Einhaltung internationaler Standards zu gewährleisten.
Zuverlässiger Betrieb
Die neue Lösung ist zuverlässig. Die Ausfallzeiten sind minimal. Rabinowitz: „Wir glauben, dass der Umrichter, den wir mit Rockwell Automation entwickelt haben, die beste Lösung für stationäre Brennstoffzellen-Kraftwerke ist.“ FuelCell und dessen Kunden schätzen darüber hinaus die einfache Installation und Wartungsfähigkeit der neuen Anlagen.
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