El futuro del suministro energético está en Energías renovables. Las Tecnologías Pilas de combustible de hidrógeno o electrolizadores son candidatos prometedores para los portadores de energía del futuro, si son "verdes". El experto en automatización Pepperl + Fuchs ofrece productos para toda la cadena de valor del hidrógeno sobre la base de su amplio y muchos años de experiencia. Descubra a continuación cuál es nuestra posición con respecto al hidrógeno verde y qué productos están impulsando el desarrollo. 

Pila de combustible de hidrógeno de Pepperl Fuchs

 

contenido

Carcasa para tecnología de medición en la producción de hidrógeno

11.10.2013 de octubre de XNUMX | el integral transformación energética impone mayores exigencias a todos los involucrados en la cadena de producción, desde la electricidad verde hasta la producción de hidrógeno y la producción de diversos derivados, incluidas todas las etapas del transporte entre las estaciones.

Se espera que las turbinas eólicas y los parques eólicos tengan mejores funciones que sirvan a la red. Para ello, los controles necesitan datos, que a su vez son proporcionados por sensores de Pepperl+Fuchs. Los sensores pueden detectar las posiciones de Hoja y góndola así como detectar con precisión velocidades y vibraciones.

Si el hidrógeno se produce a partir de electricidad renovable mediante electrolizadores, la presión debe adaptarse a los distintos pasos posteriores de transporte y procesamiento. Esto también plantea interrogantes sobre la protección contra explosiones sucesivamente.

Pepperl+Fuchs ofrece uno especial para esta protección contra explosiones. Tecnología de vivienda para las zonas Ex correspondientes y armario de distribución-Módulos para separación de señales y procesamiento posterior. 

Se utilizan en sistemas de medición y control de presión. También se ofrecen soluciones especiales en el área de "Purga". Estos permiten el uso de dispositivos de medición no a prueba de explosiones. Por último, pero no menos importante, los a prueba de explosiones facilitan la tarea. Tabletas y teléfonos inteligentes morir Kommunikationstechnik en áreas potencialmente explosivas.

El hidrógeno como salvador de crisis



Hace más de un año, el hidrógeno (H 2 ) todavía se consideraba un componente crucial en la Descarbonización de la industria y el transporte. Pero ahora no solo estamos luchando con la crisis climática, sino también con una crisis energética que podría impulsar la expansión del hidrógeno verde como fuente de energía eléctrica para garantizar los requisitos de electricidad y calor. El problema aquí radica menos en los conceptos y los conocimientos técnicos, pero sobre todo en la implementación oportuna.

Ya se han anunciado importantes proyectos de hidrógeno en todo el mundo, desde Canadá hasta Alemania y Japón. pero bueno hidrógeno verde Para generar electricidad, primero debemos expandir la generación de energía renovable. Las turbinas eólicas marinas juegan un papel crucial aquí al suministrar la electricidad verde requerida. 

Hidrógeno verde: ¿oportunidad o riesgo para los ingenieros de automatización de fábricas?

09.02.2023 | Con el fuerte crecimiento claramente previsto en el campo de la energía eólica durante los próximos 20 años, existen excelentes oportunidades para los fabricantes de sensores y las empresas de automatización de fábricas. Estos se ven exponenciados por el hecho de que lo mismo se aplica al almacenamiento, transporte y fabricación de todos estos sistemas. Wolfgang Weber, Gerente de Industria Global de Pepperl+Fuchs, habla sobre el tema en el siguiente video en los días de prensa comercial de RBS Stutensee en Karlsruhe.



Suministro de energía en transición

El suministro de energía eléctrica se enfrenta a un cambio fundamental, en el que se ponen a prueba todos los procesos conocidos. El Energía Atómica, que prometía disponibilidad ilimitada en las décadas de 60 y 70, cayó en descrédito por varias razones y ahora solo se está considerando en unos pocos países.

También el la energía hidroeléctrica solo se puede ampliar de forma limitada, ya que tiene un impacto inmenso en el paisaje y tiene consecuencias para la flora y la fauna. La biomasa, por otro lado, es muy controvertida porque compite con la producción de alimentos y también tiene sus limitaciones.

Consideraciones básicas sobre la transición energética

hasta ahora eran sustancias fósiles como el petróleo, el gas natural y el carbón son las fuentes de energía preferidas. Sin embargo, contrariamente a los pronósticos anteriores, todavía están disponibles en cantidades casi ilimitadas, son económicos y hay muchos usos posibles para los combustibles fósiles. No solo sirven para generar energía, sino también como materiales básicos para la química, la farmacia y muchas otras áreas.

En las últimas dos décadas, dos representantes de las energías renovables se han destacado especialmente en el campo de la generación de energía. Esto es lo que piensas primero Eólica y Sol, ya que estas fuentes de energía aparentemente están disponibles de forma gratuita. 

En Alemania suponemos que el requerimientos de energía se duplicará en los próximos 20 años. Por el momento, sin embargo, solo cubrimos algo menos de la mitad de nuestros requisitos actuales de electricidad a partir de fuentes regenerativas. Entonces necesitamos cuadriplicar la generación de electricidad. De hecho, se han producido desarrollos asombrosos durante este período, tanto en términos de escala como de costo. Aerogeneradores con una capacidad de hasta 18 MW por unidad se instalan en alta mar hoy en día, lo que era impensable en la década de 1980. La idea de que los sistemas fotovoltaicos en áreas soleadas generarían electricidad a un costo de menos de 1 centavo por kWh se consideró, en el mejor de los casos, utópica.

¿Problema resuelto? ¡De nada!

¿Significa esto que todos los problemas están resueltos? En absoluto, porque lamentablemente los desafíos fundamentales se subestimaron negligentemente durante mucho tiempo. Alemania es uno de los países que puede tener un suministro de energía confiable en todo momento. Esto no es de ninguna manera una cuestión de rutina, ni siquiera en los países altamente desarrollados.

Al planificar el sistema de suministro de energía, siempre se trató de poder cubrir la demanda máxima absoluta en cualquier caso, incluso si solo ocurre durante una hora al año. El gráfico estilizado (derecha) ilustra el problema. El viento y el sol proporcionan demasiada o muy poca energía. Ambos causan problemas porque la energía debe reducirse o las centrales eléctricas de reserva deben proporcionar energía. Sin embargo, ambos escenarios son antieconómicos. Por lo tanto, el objetivo debe ser minimizar las dos situaciones tanto como sea posible. 

El Generación de energía depende no sólo de los requisitos temporales, sino también de los espaciales. Por lo tanto, tenía sentido construir grandes centrales eléctricas cerca de grandes consumidores, como metrópolis pobladas o sitios industriales.

Sin embargo, con las fuentes de energía solar y eólica, estos requisitos ya no se cumplen. El posicionamiento de los aerogeneradores depende del espacio disponible y de la oferta eólica. La instalación de módulos fotovoltaicos por otro lado, depende en gran medida de la voluntad de inversión individual de los particulares. La generación de energía de estas plantas está a su vez sujeta a las condiciones climáticas.

Durante muchos años, Alemania se permitió el lujo de un doble suministro de energía para compensar los problemas descritos. Incluso si se afirma que ya 46% de nuestra electricidad generada de forma regenerativa, en determinados días del año esta cuota apenas supera el 20%. Cuanto más reducimos las centrales eléctricas convencionales, más nos metemos en una situación que ya no se puede controlar.

El ahorro de energía como reto

Para equilibrar la relación entre oferta y demanda es necesario tomar medidas tanto a corto plazo como estacionalmente. Es obvio que se necesita más energía en invierno que en verano. Por lo tanto, se debe encontrar una solución que pueda almacenar energía durante cualquier período de tiempo, transportarla fácilmente y utilizarla de diversas formas, incluida la capacidad de reconversión. Como proveedor de componentes electrónicos y sensores Pepperl+Fuchs está inicialmente interesado en controlar tales procesos. El punto es que las turbinas eólicas deben asumir cada vez más funciones relacionadas con la red y ser capaces de reaccionar a los requisitos de la red.

Consideremos Alemania como referencia, donde alrededor del 20% de las necesidades energéticas totales del país se cubren con electricidad, mientras que la gran mayoría se abastece principalmente con petróleo, gas y carbón. Entre ellos se encuentran el sector del transporte, el mercado de la calefacción y la industria, especialmente en los sectores siderúrgico, químico, cemento, vidrio y otros. Si bien ciertamente hay formas de "electrificar" una parte de él, el tiempo dirá hasta qué punto esto es posible. Porque en última instancia depende del costo y la disponibilidad.

El hidrógeno verde es el bromista


El hidrógeno es el comodín en este juego, que gobierna estos días. consenso mundial. Como medio de almacenamiento, el hidrógeno puede compensar las fluctuaciones irregulares de la energía eólica y solar y, como material básico con sus conocidos derivados, puede sustituir a los combustibles fósiles en todas las aplicaciones.

El hidrógeno que se usa hoy está hecho de gas con la liberación de CO2 ganado. Si piensas en el procedimiento de Captura y almacenamiento de carbono (CCS) como alternativa, entonces el llamado hidrógeno verde es el método de elección. 

Para que el hidrógeno reemplace a los combustibles fósiles en la práctica en el futuro, se requieren pasos más detallados y se requieren enormes cantidades de hidrógeno verde. El hidrógeno es a través de un fisión electrolítica generado a partir de agua usando electricidad, mediante el cual el agua se divide en hidrógeno y oxígeno. Este proceso tiene lugar en un electrolizador, mientras que la inversión se produce en la pila de combustible. Allí se utiliza hidrógeno como combustible y, en combinación con el oxígeno, se genera electricidad. El "producto de desecho" es el agua.

El agua de materia prima es prácticamente ilimitado disponible en nuestro planeta en forma de mares. Sin embargo, se debe generar electricidad para producir el hidrógeno. Si esto tiene éxito de una manera neutral para el clima, la transformación de nuestro suministro de energía puede ayudar a equilibrar el CO2-Restaurar la generación y la absorción y detener un mayor calentamiento de la atmósfera.

Tecnología de sensores para la cadena de valor del hidrógeno


El primer elemento de la tabla periódica es un factor clave en la Descarbonización de economía y transporte, pero sólo con hidrógeno verde, por lo que el gas sin CO2 se obtuvo la salida. La cadena de valor desde la turbina eólica hasta la estación de servicio de hidrógeno está llena de desafíos técnicos.

Sobre todo, la deseada descarbonización cambiará la forma en que generamos, almacenamos, distribuimos y consumimos energía. El Hidrógeno Verde se convierte en uno papel clave en la futura generación de energía y la descarbonización de la industria y el transporte pesado. Muchos sensores Se requieren varias funciones, así como componentes a prueba de explosiones para asegurar los procesos automatizados.

Pepperl+Fuchs tiene muchos años de experiencia en el campo de la protección contra explosiones y sensores industriales. Como experto en seguridad funcional que suministra componentes compatibles a lo largo de la cadena de valor del hidrógeno, la empresa es el socio adecuado y un elemento conector en la cadena del hidrógeno, desde la producción de energía regenerativa, la compresión a alta presión después de la electrólisis, el transporte, el almacenamiento hasta la producción a gran escala. uso industrial y gasolinera de hidrogeno. A continuación presentamos algunos productos y aplicaciones:

Sensores ultrasónicos para la producción de placas bipolares

04.07.2023 | En un futuro próximo, la capacidad operativa y la precio del hidrogeno y sus derivados dependen en gran medida de la disponibilidad. El precio de la electricidad en producción y los costes de adquisición de los sistemas juegan un papel decisivo en ello.

Aunque electrolizadores y las pilas de combustible son tecnológicamente similares, pero tienen diferentes áreas de aplicación. Los electrolizadores son únicos en la producción de hidrógeno verde, mientras que las pilas de combustible compiten con otros procesos. En particular, los coches de hidrógeno obtienen puntos en el transporte pesado en comparación con bateríamotores eléctricos alimentados, pero también se sigue discutiendo la alternativa a la movilidad eléctrica.

En ambos casos, sin embargo, la cantidades de producción aumentar significativamente para cubrir la creciente demanda y reducir costos a largo plazo. La industrialización y automatización La producción juega un papel central. Los componentes clave son las placas bipolares (BPP) y el conjunto de electrodos de membrana (MEA). El MEA se puede fabricar en configuraciones de 3, 5 y 7 capas y requiere la aplicación de capas catalíticas para procesos electrolíticos.

Proyecto de investigación fábrica de referencia H2

El Fraunhofer-Instituto de máquinas-herramienta y tecnología de conformado IWU Ha comenzado en Chemnitz el proyecto H2 de la fábrica de referencia, que se centra en optimizar la producción de estos componentes. Examinan, prueban y optimizan procesos desde la producción de las placas bipolares y la función de los sellos hasta el montaje de toda la pila.

Las primeras aplicaciones prácticas han demostrado que la comprobación de posibles capas dobles puede ser un criterio importante. Los sensores ultrasónicos han demostrado ser una tecnología de sensores confiable. Los sensores ultrasónicos pueden medir distancias precisas en el rango de décimas de milímetro y detectar múltiples capas y grietas.

Una de las principales ventajas de los ultrasonidos radica en su independencia de las propiedades del material, como el color, el brillo de la superficie o la transparencia. Esto ofrece en particular metallmateriales ical y translúcido ventajas considerables.

El F77La serie de sensores de Pepperl+Fuchs permite mediciones de altura precisas en el rango de 0,2 mm. Con la ayuda de los controles de hoja doble de UDC, se pueden detectar múltiples capas mediante la detección de capas límite y la transición a un espacio de aire. Además, se puede comprobar fácilmente la presencia o la posición de los componentes suministrados.

Estos avanzados Los sensores ultrasónicos tienen una interfaz IO-Link estandarizada a través de la cual se pueden realizar ajustes y consultar datos de estado. Con los módulos de interfaz disponibles (maestro), los datos pueden ser OPC UA transferido a otras unidades de la infraestructura de TI. Esto significa que se cumplen todos los requisitos para una arquitectura compatible con la Industria 4.0.

Componentes para la generación segura de energía verde

Pimienta Hidrógeno 212.09.2022/XNUMX/XNUMX | La producción de hidrógeno verde energías renovables por lo tanto, es crucial para su uso industrial.

Por ejemplo, para utilizar la energía eólica de forma óptima, la Palas del rotor tener el ángulo de inclinación correcto. En vientos fuertes, los sistemas deben colocarse en una posición resguardada para evitar posibles sobrecargas. Pepperl+Fuchs proporciona los valores necesarios utilizando codificadores así como sensores de vibración y aceleración. Los módulos de protección contra sobretensiones son necesarios para Control de la Tecnología y transmisión segura de señales de rayos.

Con estas medidas, podemos utilizar de manera eficiente la generación de energía a partir de la energía eólica y así promover la producción de hidrógeno verde. Este es un paso crucial para hacer que nuestro suministro de energía sea más sostenible y respetuoso con el medio ambiente.

La electricidad verde se convierte en hidrógeno, se transporta y se almacena temporalmente para llegar a su destino. El hidrógeno se transporta ya sea por tanque de gas, por camión o por tubería. El transporte plantea desafíos técnicos debido a sus propiedades explosivas. Pepperl+Fuchs ofrece una amplia gama de componentes de conexión para la protección contra explosiones. Varios módulos de interfaz y cajas de terminales de la serie SR garantizan una transmisión de señal fiable en el sistema de medición de control de presión de gas. Los sistemas de recintos presurizados de la serie 6000 se utilizan para el análisis de hidrógeno.

válvulas regular el flujo de gas en las tuberías y tuberías. Los sensores dobles inductivos F31K2, entre otras cosas, garantizan una retroalimentación segura de la posición de la válvula en áreas exteriores peligrosas. La seguridad intrínseca dispositivos móviles y Gafas inteligentes de la marca Pepperl+Fuchs Ecom proporciona información en tiempo real a los trabajadores móviles y operadores de planta durante el trabajo de mantenimiento de válvulas.

Sensor de vibración y sensor de aceleración en aerogenerador

02.03.2023 | Imagina que un moderno Planta de energía eólica una altura de torre de 130 m y la masa a soportar por la casa de máquinas y la góndola es de 400 a 600 t. Las diferentes cargas de viento ejercen una enorme presión mecánica sobre la construcción. Los sensores de vibración están instalados en la torre, la góndola, el cubo del rotor y el álabes del rotor desplegada. Los sistemas de medición inercial registran esto cargas en tiempo real.

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Häufige Fragen

¿Cómo funciona la pila de combustible?

Una pila de combustible es un convertidor de energía que convierte la energía química directamente en energía eléctrica. Funciona de manera similar a una batería, pero recibe continuamente combustible (p. ej., hidrógeno) y un oxidante (p. ej., oxígeno del aire). Una pila de combustible utiliza la reacción del hidrógeno y el oxígeno para producir energía eléctrica, siendo el agua el único producto de desecho. En resumen: hidrógeno+oxígeno=pila de combustible. 

¿Cómo produce electricidad una pila de combustible?

Una pila de combustible genera electricidad a través de una reacción electroquímica: En el ánodo (el polo negativo), un catalizador divide el hidrógeno en protones y electrones. Los electrones fluyen a través de un circuito externo hasta el cátodo (el terminal positivo), produciendo corriente eléctrica. En el cátodo, los electrones reaccionan con el oxígeno y los protones procedentes del ánodo para formar agua. El resultado es la conversión de energía química en energía eléctrica.

¿Son iguales el hidrógeno y las pilas de combustible?

No, el hidrógeno y las pilas de combustible no son lo mismo. El hidrógeno es un elemento químico y un posible combustible. Una pila de combustible es un dispositivo que utiliza un combustible y un oxidante como el oxígeno para producir energía eléctrica. El hidrógeno se puede utilizar como combustible en una pila de combustible.

¿Cuáles son las ventajas y desventajas de una pila de combustible?

Las pilas de combustible ofrecen una producción de energía eficiente y con bajas emisiones, pero presentan desafíos en términos de costo, infraestructura y durabilidad.

Ventajas de una pila de combustible:

  1. Bajas emisiones: Cuando se utiliza hidrógeno, una pila de combustible solo produce agua como producto de desecho.
  2. Altura Eficiencia: Las pilas de combustible pueden ser más eficientes que los motores de combustión convencionales.
  3. Continuo Producción de energía: Mientras se suministren combustible y oxidante, la celda genera electricidad continuamente.
  4. Más silencioso Funcionamiento: Las pilas de combustible funcionan de forma silenciosa en comparación con los motores de combustión.

Desventajas de una pila de combustible:

  1. Costos: Las tecnologías actuales suelen ser caras, especialmente cuando se utilizan catalizadores de metales preciosos.
  2. hidrógenoinfraestructura: La disponibilidad y distribución de hidrógeno puede ser limitada.
  3. Almacenamiento y Transporte: El hidrógeno requiere condiciones especiales de almacenamiento y transporte debido a su baja densidad y reactividad.
  4. Vida: La vida útil y la longevidad de algunos tipos de pilas de combustible pueden ser limitadas.

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Información del autor
Wolfgang Weber

Wolfgang Weber es Gerente de Industria Global para Energías Renovables en Pepperl+Fuchs.