水素 + 燃料電池: エネルギー生成用コンポーネント
- 詳細
- ヒット数：5886
エネルギー供給の未来は、 再生可能エネルギー。 テクノロジー 水素燃料電池 または、電解槽が「グリーン」であれば、将来のエネルギーキャリアの有望な候補となります。 自動化の専門家 Pepperl + Fuchsの は、長年にわたる広範なノウハウをもとに、水素バリューチェーン全体に向けた製品を提供しています。 グリーン水素に対する当社の立場と、どの製品が開発を推進しているかを以下でご覧ください。
コンテンツ
水素製造における計測技術用ハウジング
11.10.2013年XNUMX月XNUMX日 | 包括的なもの エネルギー的な変革 グリーン電力から水素製造、さまざまな派生品の製造に至るまで、ステーション間のすべての輸送ステップを含む、生産チェーンに関わるすべての人々の要求が増大しています。
風力タービンと風力発電所には、送電網に役立つより優れた機能が期待されています。 これを行うには、コントロールにはデータが必要です。データは、Pepperl+Fuchs のセンサーによって提供されます。 センサーは位置を検出できます。 リーフとゴンドラ 速度や振動も正確に検出します。
電解槽を使用して再生可能電力から水素を製造する場合、圧力はその後のさまざまな輸送および処理ステップに適応させる必要があります。 これはまた、 防爆 で。
Pepperl+Fuchs は、この防爆用の特別なものを提供しています。 住宅技術 対応する防爆ゾーンと スイッチキャビネット-信号の分離とさらなる処理のためのモジュール。
これらは圧力測定および圧力制御システムに使用されます。 「パージ」分野の特別なソリューションも提供されます。 これらにより、非防爆測定装置の使用が可能になります。 最後になりましたが、防爆仕様なので作業が簡単です。 タブレットとスマートフォン 死ぬ 通信技術 爆発の可能性がある場所。
危機を救うものとしての水素
2 年以上前、水素 (H XNUMX) はまだ重要な成分であると考えられていました。 脱炭素化 産業と輸送の。 しかし現在、私たちは気候危機だけでなく、電力と熱の需要を確保するための電気エネルギー源としてのグリーン水素の拡大を促進する可能性のあるエネルギー危機にも直面しています。 ここでの問題は、コンセプトや技術的ノウハウというよりも、何よりもタイムリーな実装にあります。
大規模な水素プロジェクトは、カナダからドイツ、日本に至るまで、世界中ですでに発表されています。 でも、うーん グリーン水素 発電するには、まず再生可能エネルギーの生産を拡大しなければなりません。 洋上風力タービンは、必要なグリーン電力を供給することで、ここで重要な役割を果たします。
グリーン水素 - ファクトリ オートメーション エンジニアにとっての機会またはリスク?
09.02.2023 年 20 月 XNUMX 日 | 風力発電分野は今後 XNUMX 年間で力強い成長が確実に予測されており、センサーメーカーやファクトリーオートメーション企業にとっては素晴らしいチャンスが到来しています。 これらすべてのシステムの保管、輸送、製造にも同じことが当てはまるという事実によって、これらはさらに強化されます。 ヴォルフガングウェーバー、Pepperl+Fuchs のグローバル インダストリー マネージャーは、カールスルーエの RBS Stutensee のトレード プレス デーで、次のビデオでこの件について語っています。
過渡期のエネルギー供給
電気エネルギーの供給は根本的な大変動に直面しており、既知のすべてのプロセスが試されています。 の 原子力は、60 年代と 70 年代に無制限の利用を約束していましたが、さまざまな理由で評判が悪くなり、現在は少数の国でのみ検討されています。
また 水力 景観に多大な影響を及ぼし、動植物にも影響を与えるため、拡大できる範囲は限られています。 一方、バイオマスは食料生産と競合し、また限界があるため、非常に議論の余地があります。
エネルギー転換に関する基本的な考察
これまでは 化石物質 石油、天然ガス、石炭などが好ましいエネルギー源です。 しかし、以前の予測に反して、それらは依然としてほぼ無制限に入手可能であり、安価であり、化石燃料の用途は数多くあります。 それらはエネルギーを生成するだけでなく、化学、薬学、その他多くの分野の基礎材料としても機能します。
過去 XNUMX 年間で、再生可能エネルギーを代表する XNUMX 社が発電の分野で特に頭角を現しました。 最初に思いつくのはこれです 風 と 太陽、これらのエネルギー源は明らかに無料で入手できるためです。
ドイツでは、 電力要件 今後20年で倍増するだろう。 しかし現時点では、現在の電力需要の半分弱を回生電源でまかなっているだけです。 したがって、発電量を XNUMX 倍にする必要があります。 実際、この期間中に、規模とコストの両方の点で驚くべき発展が起こりました。 最大容量の風力タービン 18 MW 現在、1980 年代には考えられなかった 1 台あたりの装置が沖合に設置されています。 日当たりの良い地域に太陽光発電システムを設置すれば、kWh あたり XNUMX セント未満のコストで発電できるという考えは、よく言ってもユートピアだと考えられていました。
問題が解決しました？ 全くない！
これはすべての問題が解決されたことを意味しますか？ 根本的な課題は残念ながら長い間無視されて過小評価されてきたため、まったくそうではありません。 ドイツ いつでも安定した電力供給が可能な国の一つです。 これは、先進国であっても決して当たり前のことではありません。
電力供給システムを計画するときは、たとえ年間に XNUMX 時間しか発生しないとしても、絶対的なピーク需要をどのような場合でもカバーできるかどうかが常に重要でした。 様式化されたグラフィック (右) は問題を示しています。 風と太陽はどちらかを提供します エネルギーが多すぎる、または少なすぎる。 電力を削減するか、予備の発電所がエネルギーを供給する必要があるため、どちらも問題を引き起こします。 ただし、どちらのシナリオも非経済的です。 したがって、目標は XNUMX つの状況を可能な限り最小限に抑えることです。
死 発電 時間的な要件だけでなく、空間的な要件にも依存します。 したがって、人口の多い大都市や工業用地などの大規模消費者の近くに大規模な発電所を建設することは理にかなっています。
しかし、エネルギー源である太陽と風力では、これらの要件は満たされなくなります。 風力タービンの配置は、利用可能なスペースと風の供給によって異なります。 のインストール 太陽光発電モジュール 一方で、個人の投資意欲に大きく依存します。 これらの発電所の発電は気象条件に左右されます。
ドイツは長年にわたり、前述の問題を補うために二重のエネルギー供給という贅沢を自らに与えてきた。 たとえ私たちがすでにそう主張しているとしても、 電力の 46% 再生可能に生成されるため、一年のうち特定の日には、この割合が 20% を超えることはほとんどありません。 従来型の発電所を削減すればするほど、制御不能な状況に陥ってしまいます。
課題としてのエネルギー節約
需要と供給の関係をバランスさせるためには、短期的かつ季節的な対策が必要です。 夏よりも冬の方がより多くのエネルギーが必要であることは明らかです。 したがって、エネルギーを任意の期間保存し、簡単に輸送し、さまざまな方法で使用できるソリューションを見つける必要があります。 再変換。 電子部品のサプライヤーとして センサー Pepperl+Fuchs は当初、そのようなプロセスの制御に興味を持っていました。 重要なのは、風力タービンが送電網関連の機能を引き継ぎ、送電網の要件に対応できるようにする必要がますます高まっているということです。
考えてみましょう ドイツを参考にでは、国の総エネルギー需要の約 20% が電力で満たされていますが、大部分は主に石油、ガス、石炭によって供給されています。 これらには、輸送部門、暖房市場、産業、特に鉄鋼、化学、セメント、ガラスなどの部門が含まれます。 確かにその一部を「電気化」する方法はありますが、それがどの程度可能であるかは時間が経てばわかります。 それは最終的にはコストと可用性によって決まるからです。
緑色の水素はジョーカーだ
水素はこのゲームのワイルドカードであり、最近ではそれが主流になっています 世界的なコンセンサス。 水素は貯蔵媒体として、風力や太陽エネルギーの不規則な変動を補償することができ、よく知られた誘導体を備えた基礎材料として、あらゆる用途で化石燃料に取って代わることができます。
現在使用されている水素は、CO を放出するガスから作られています。2 勝利した。 の手順を考えれば 二酸化炭素貯留 (CCS) が代替手段として使用される場合、いわゆるグリーン水素が選択される方法です。
将来的に水素が化石燃料に代わって実用化されるためには、さらに詳細な手順が必要となり、膨大な量のグリーン水素が必要となります。 水素は 電気分解 電気を使って水を生成し、水を水素と酸素に分解します。 このプロセスは電解槽で行われ、その逆は燃料電池で行われます。 そこでは水素が燃料として使用され、酸素と組み合わせて電気が発生します。 「老廃物」とは水です。
インクルード 原料水 私たちの地球上では、海の形で事実上無制限に入手できます。 ただし、水素を生成するには電気を発生させる必要があります。 これが気候中立的な方法で成功すれば、エネルギー供給の変革は二酸化炭素と二酸化炭素のバランスを取るのに役立つ可能性があります。2-生成と吸収を回復し、大気のさらなる温暖化を阻止します。
水素バリューチェーンのセンサー技術
周期表の最初の要素は、 脱炭素化 経済性と輸送性の面で優れているが、CO を含まないガスを使用するグリーン水素のみ2 出力が得られました。 風力タービンから水素ステーションまでのバリュー チェーンは、技術的な課題に満ちています。
何よりも、望ましい脱炭素化は、エネルギーの生成、貯蔵、分配、消費の方法を変えるでしょう。 緑の水素がひとつになる 重要な役割 将来の発電と産業および重量物輸送の脱炭素化において。 たくさんの センサー 自動化されたプロセスを保護するには、さまざまな機能と防爆コンポーネントが必要です。
Pepperl+Fuchs は、この分野で長年の経験を持っています。 防爆 そして産業用センサー。 水素バリューチェーンに沿って互換性のあるコンポーネントを供給する機能安全の専門家として、同社は、再生エネルギーの生産、電気分解後の高圧圧縮、輸送、貯蔵から大規模まで、水素チェーンにおける適切なパートナーおよび接続要素です。産業用と 水素ガソリンスタンド。 以下にいくつかの製品とアプリケーションを紹介します。
バイポーラプレート製造用の超音波センサー
04.07.2023 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | 近い将来、運用能力と 水素の価格 そしてその派生製品は入手可能性に大きく依存します。 これには、生産中の電力価格とシステムの取得コストが決定的な役割を果たします。
しかし 電解槽 燃料電池は技術的には似ていますが、応用分野は異なります。 電解槽はグリーン水素を生成する点で独特ですが、燃料電池は他のプロセスと競合します。 特に、水素自動車は、他の自動車と比較して重量物輸送においてポイントを獲得します。 バッテリー電動モーターを動力とするものだけでなく、e-モビリティの代替品もまだ議論されています。
ただし、どちらの場合も、 生産量 成長する需要をカバーし、長期的にコストを削減するために、大幅に増加する必要があります。 工業化と オートメーション 生産が中心的な役割を果たします。 主要なコンポーネントはバイポーラ プレート (BPP) と膜電極接合体 (MEA) です。 MEA は 3 層、5 層、および 7 層構成で製造でき、電解プロセス用の触媒層を適用する必要があります。
研究プロジェクトリファレンスファクトリーH2
インクルード フラウンホーファー-工作機械・成形技術研究所 IWU これらのコンポーネントの生産の最適化に焦点を当てたリファレンス ファクトリー H2 プロジェクトがケムニッツで開始されました。 彼らは、バイポーラ プレートの製造およびシールの機能からスタック全体の組み立てまでのプロセスを調査、テストし、最適化します。
最初の実用的なアプリケーションでは、可能性のあることをチェックすることが示されました。 二重層 重要な基準となる可能性があります。 超音波センサーは信頼性の高いセンサー技術であることが証明されています。 超音波センサーは、XNUMX分のXNUMXミリメートルの範囲で正確な距離を測定し、複数の層や亀裂を検出できます。
超音波の主な利点は、色、表面光沢、透明度などの材料特性から独立していることにあります。 これは特に メタル医療的で半透明な素材には大きな利点があります。
死 F77Pepperl+Fuchs のセンサー シリーズを使用すると、0,2 mm の範囲で正確な高さ測定が可能になります。 UDC ダブルシート制御の助けを借りて、境界層とエアギャップへの移行を検出することにより、複数の層を検出できます。 さらに、供給されたコンポーネントの有無や位置を簡単に確認できます。
これらの先進的な 超音波センサ 標準化された IO-Link インターフェイスを備えており、これを介して設定を行ったり、ステータス データを照会したりできます。 利用可能なインターフェイス モジュール (マスター) を使用すると、データを OPC UA IT インフラストラクチャの他のユニットに転送されます。 これは、インダストリー 4.0 準拠のアーキテクチャの要件がすべて満たされていることを意味します。
安全なグリーンエネルギー生産のためのコンポーネント
12.09.2022 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | グリーン水素の製造 再生可能エネルギー したがって、産業上の利用には極めて重要です。
たとえば、風力エネルギーを最適に利用するには、 ローターブラッター 正しい傾斜角度を持っています。 強風の場合は、過負荷がかかる可能性を避けるために、システムを保護された位置に設置する必要があります。 Pepperl+Fuchs は、次を使用して必要な値を提供します。 エンコーダ 振動センサーや加速度センサーも搭載。 サージ保護モジュールには次のことが必要です。 制御技術 落雷からの信号伝送を確実にします。
これらにより、風力発電によるエネルギーを効率的に利用し、グリーン水素の製造を促進することができます。 これは、エネルギー供給をより持続可能で環境に優しいものにするための重要なステップです。
グリーン電力は水素に変換され、目的地に到達するまで輸送および一時的に貯蔵されます。 水素は、ガスタンカー、トラック、パイプラインのいずれかによって輸送されます。 輸送 爆発性があるため、技術的な課題が生じます。 Pepperl+Fuchs は、防爆用の幅広い接続コンポーネントを提供しています。 SRシリーズのさまざまなインターフェースモジュールと端子箱は、ガス圧力制御測定システムにおける信頼性の高い信号伝送を保証します。 シリーズ 6000 加圧エンクロージャ システムは水素分析に使用されます。
バルブ パイプやパイプライン内のガスの流れを調整します。 F31K2 誘導デュアルセンサーは、とりわけ、危険な屋外エリアでの安全なバルブ位置フィードバックを保証します。 本質安全防爆 移動手段 と スマートグラス Pepperl+Fuchs Ecom ブランドの製品は、バルブのメンテナンス作業中にモバイル作業者やプラントのオペレーターにリアルタイムの情報を提供します。
風力タービンの振動センサーと加速度センサー
02.03.2023 年 XNUMX 月 XNUMX 日 | 現代のことを想像してみてください 風力発電所 タワー高さ130m マシンハウスとナセルで支える質量は400～600t。 さまざまな風荷重により、構造に大きな機械的負担がかかります。 振動センサーは、タワー、ナセル、ローターハブ、ローターハブに取り付けられています。 ローターブレード 展開されました。 慣性測定システムがこれを記録します リアルタイムでロード.
よくある質問
燃料電池はどのように動作するのでしょうか?
燃料電池というのは、 化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換するエネルギー変換器。 バッテリーと同様に機能しますが、燃料 (水素など) と酸化剤 (空気中の酸素など) が継続的に供給されます。 燃料電池は水素と酸素の反応を利用して電気エネルギーを生成しますが、廃棄物は水だけです。 つまり、水素+酸素=燃料電池です。
燃料電池はどのようにして電気を作るのでしょうか?
燃料電池は、 電気化学反応: アノード (陰極) では、水素が触媒によって陽子と電子に分解されます。 電子は外部回路を通ってカソード (プラス端子) に流れ、電流が生成されます。 カソードでは、電子が酸素およびアノードから来るプロトンと反応して水を形成します。 その結果、化学エネルギーが電気エネルギーに変換されます。
水素と燃料電池は同じですか?
いいえ、水素と燃料電池は同じものではありません。 水素は化学元素であり、燃料となる可能性があります。 燃料電池は、燃料と酸素などの酸化剤を使用して電気エネルギーを生成する装置です。 水素は燃料電池の燃料として使用できます。
燃料電池の長所と短所は何ですか?
燃料電池は効率的かつ低排出のエネルギー生産を提供しますが、コスト、インフラストラクチャ、耐久性の点で課題があります。
燃料電池の利点:
- 低排出ガス: 水素を使用する場合、燃料電池は廃棄物として水のみを生成します。
- ホーエ 効率: 燃料電池は、従来の内燃エンジンよりも効率的です。
- 継続的 エネルギー生成: 燃料と酸化剤が供給されている限り、セルは継続的に電気を生成します。
- より静かに 動作: 燃料電池は、内燃機関に比べて静かに動作します。
燃料電池の欠点:
- コスト: 現在の技術は、特に貴金属触媒を使用する場合、高価になることがよくあります。
- 水素インフラストラクチャ: 水素の入手可能性と配布には制限がある可能性があります。
- ストレージ と 輸送: 水素は密度が低く反応性が低いため、特別な保管および輸送条件が必要です。
- 人生: 燃料電池の種類によっては、寿命や寿命が限られている場合があります。
あなたは下記にもご興味がおありかもしれません...
Wolfgang Weber は、Pepperl+Fuchs の再生可能エネルギー担当グローバル産業マネージャーです。