Elektrolizery

Jak działa generator wodoru R-GEN.A

Działanie generatorów wodoru R-GEN.A opiera się o najbardziej dojrzałą i sprawdzoną alkaliczną technologię produkcji wodoru z wody. Elektroliza alkaliczna wody to proces rozkładu wody (H₂O) na wodór (H₂) i tlen (O₂) przy użyciu prądu elektrycznego płynącego w wodnym roztworze zasadowym (elektrolicie) między elektrodami: dodatnią (anodą) i ujemną (katodą) umieszczonych w stosie. Na katodzie zachodzi wydzielanie wodoru, na anodzie zaś tlenu. Dzięki zastosowaniu membrany oddzielającej elektrody, wodór i tlen są skutecznie oddzielane od siebie, co poprawia czystość produkowanych gazów i zwiększa bezpieczeństwo całego procesu. W trakcie procesu z elektrolitu ubywa wody, która w sposób ciągły jest uzupełniana. Do wyprodukowania 1 kg wodoru potrzeba ok. 9 litrów wody. To znaczy, że do wyprodukowania 1 tony wodoru będącej odpowiednikiem energetycznym 2100 litrów benzyny E10, potrzeba tyle wody, ile przeciętna polska rodzina zużywa w ciągu miesiąca. Dodatkowo, aby uzyskać 1 kg wodoru należy doprowadzić do stosu ok. 51 kWh energii elektrycznej.

Sercem generatora wodoru serii R-GEN.A jest co najmniej jeden stos, w którym zachodzi proces elektrolizy. Przez stos nieustannie przepływa elektrolit, który pełni 3 bardzo istotne funkcje:

• Przede wszystkim w 70% składa się z wody, która jest niezbędna dla samego procesu.
• Elektrolit przepływając przez stos zabiera ze sobą pęcherzyki produkowanych gazów co zwiększa wydajność procesu.
• Ponadto chłodzi stos odbierając od niego nadmiar ciepła.

Aby proces przebiegał bezpiecznie, a czystość produkowanego wodoru była wysoka, rozdzielono obiegi elektrolitu, który przepływa przez komory katod i anod. Dzięki temu elektrolit w obiegu katodowym zawiera tylko pęcherzyki wodoru, a elektrolit w obiegu anodowym, tylko tlenu. Oba strumienie zagazowanego elektrolitu trafiają do odrębnych zbiorników separacyjnych, w których gaz oddzielany jest od elektrolitu. Wodór poddawany jest wstępnemu osuszaniu i kierowany do dalszych procesów np. puryfikacji i sprężania. Tlen uwalniany jest do atmosfery. Elektrolit natomiast jest chłodzony w wymiennikach ciepła i kierowany z powrotem do stosu.

Z uwagi na to, że w czasie elektrolizy z układu ubywa wody, konieczne jest jej ciągłe uzupełnianie. Ponieważ wszystkie zanieczyszczenia wprowadzane wraz z dolewaną wodą ulegałyby koncentracji niezbędna jest bardzo duża dbałość o to, aby dolewana woda była chemicznie czysta. Za właściwą jakość wody odpowiada dostarczany wraz z generatorem układ przygotowania wody. Proces elektrolizy wymaga specjalistycznego zasilania w energię elektryczną. Do stosu doprowadzony jest prąd stały o wysokim natężeniu i stosunkowo niskim napięciu. Ponadto wymaga się od jego źródła, aby charakteryzowało się bardzo niskim poziomem tętnień i wysoką sprawnością. Takie zasilacze są standardowym wyposażeniem każdego generatora wodoru R-GEN.

Zakres dostawy generatorów wodoru R-GEN.A

Wyposażenie podstawowe

• Elektrolizer
• Układ chłodzenia
• Zasilacz prądu stałego
• Układ przygotowania wody
• Zabudowa kontenerowa
• System wstępnego osuszania gazu
• System przedmuchu azotem
• System sterowania wraz z dotykowym panelem sterującym i Interfejs komunikacyjny
• Systemy bezpieczeństwa

Wyposażenie dodatkowe

• Transformator SN/NN
• Układ odzysku ciepła
• System puryfikacji wodoru R-PUR
• Kompresor do wodoru R-COM (powyżej 30bar)
• Magazyn wodoru R-PACK
• Certyfikowany system analizy gazu
• Certyfikowany pomiar przepływu gazu
• Pakiet do pracy w niskich temperaturach (poniżej -20°C)
• Aplikacja mobilna umożliwiająca podgląd parametrów procesowych z dowolnego miejsca

Usługi i serwis

• Transport i rozładunek w miejscu instalacji
• Dodatkowa konserwacja na czas przechowywania
• Wykonanie połączeń między komponentami systemu
• Podłączenie systemu do mediów
• Udział w uruchomieniu
• Szkolenie personelu
• Okresowe przeglądy i obsługa serwisowa

Główne zalety generatorów wodoru R-GEN.A

Trwałość: Konstrukcja oparta na sprawdzonych podzespołach oraz wysokie standardy realizacji projektów w firmie Rockfin są gwarancją wieloletniej niezawodności generatorów R-GEN.

Sprawdzona technologia: Dziesięciolecia stosowania elektrolizerów alkalicznych są twardym dowodem, a nie jedynie deklaracją ich efektywności i niezawodności.

Skalowalność: Generatory wodoru R-GEN.A sprawdzą się zarówno jako małe instalacje laboratoryjne jak i megawatowe instalacje przemysłowe.

Wysoka wydajność energetyczna: Elektrolizery alkaliczne osiągają sprawność na poziomie porównywalnym z innymi technologiami działając przy tym efektywnie w szerokim zakresie mocy.

Opłacalność: Elektrolizery alkaliczne wykorzystują łatwo dostępne i niedrogie materiały, takie jak katalizatory na bazie niklu oraz elektrody ze stali nierdzewnej, unikając kosztownych pierwiastków ziem rzadkich i platyny wymaganych w innych typach elektrolizerów.

Zgodność z Dyrektywami EU i standardami branżowymi

Generatory R-GEN posiadają znak CE i są produkowane zgodnie z następującymi dyrektywami i standardami branżowymi:

• MD 2006/42/EC – Dyrektywa maszynowa,
• PED 2014/68/EU – Dyrektywa ciśnieniowa,
• EN 61508 – Bezpieczeństwo funkcjonalne układów sterowania,
• EN 61511 – Bezpieczeństwo funkcjonalne – Przyrządowe systemy bezpieczeństwa do sektora, przemysłu procesowego,
• EN 12100 – Bezpieczeństwo maszyn – Ogólne zasady projektowania- Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka,
• EN 60204-1 – Bezpieczeństwo maszyn – Wyposażenie elektryczne maszyn,
• EN 1127-1 – Atmosfery wybuchowe – Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem,
• EN 60079 – Seria norm dot. bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych stosowanych w obszarach zagrożonych wybuchem,
• EN 1090 – Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych,
• EN 764-7 – Urządzenia ciśnieniowe – Systemy bezpieczeństwa stosowane w urządzeniach nieogrzewanych płomieniem,
• EN 13445 – Nieogrzewane płomieniem zbiorniki ciśnieniowe,
• ASME BPVC VIII – Zasady projektowania zbiorników ciśnieniowych wg ASME,
• ISO 22734 – Generatory wodoru wykorzystujące elektrolizę wody,
• ASME B31.12 – Rurociągi wodorowe,
• EIGA DOC 15 – Instalacje wodorowe,
• EIGA DOC 211 – Systemy zrzutu wodoru dla układów komercyjnych,
• EIGA DOC 121 – Rurociągi wodorowe,
• ISO 14687 – Jakość paliwa wodorowego.

Przykładowe generatory wodoru R-GEN serii A

R-GEN.A.10.1.28

• Moc nominalna: 10 kW
• Wydajność: 2 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 28 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 65,2%
• Zakres regulacji wydajności: 50–100%

R-GEN.AM.100.1.15

• Moc nominalna: 100 kW
• Wydajność: 20 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 15 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 68,5%
• Zakres regulacji wydajności: 10–100%

R-GEN.A.500.1.30

• Moc nominalna: 500 kW
• Wydajność: 100 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 30 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 65,2%
• Zakres regulacji wydajności: 50–100%

R-GEN.A.1000.2.30

• Moc nominalna: 1000 kW
• Wydajność: 200 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 30 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 65,2%
• Zakres regulacji wydajności: 25–100%

R-GEN.A.2500.1.16

• Moc nominalna: 2500 kW
• Wydajność: 500 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 16 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 65,2%
• Zakres regulacji wydajności: 50–100%

R-GEN.A.5000.2.16

• Moc nominalna: 5000 kW
• Wydajność: 1000 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 16 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 65,2%
• Zakres regulacji wydajności: 25–100%

R-GEN.A.5000.10.30

• Moc nominalna: 5000 kW
• Wydajność: 1000 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 30 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 65,2%
• Zakres regulacji wydajności: 10–100%

Jak działa generator wodoru R-GEN.P

Działanie generatorów wodoru R-GEN.P opiera się o wysokosprawną technologię elektrolizy PEM (Proton Exchange Membrane). Elektroliza wody to proces rozkładu wody (H₂O) na wodór (H₂) i tlen (O₂) przy użyciu prądu elektrycznego. Technologia PEM wyróżnia się tym, że przy produkcji wodoru nie stosuje się silnie zasadowego elektrolitu jak w technologii alkalicznej, a jedynie wodę ultraczystą. Rolę elektrolitu w elektrolizerach typu PEM pełni membrana jonowymienna zespolona z elektrodami: dodatnią (anodą) i ujemną (katodą), umieszczonych w stosie. Na katodzie zachodzi wydzielanie wodoru, na anodzie zaś tlenu. Dzięki zastosowaniu nieprzepuszczalnej dla gazów membrany jonowymiennej szczelnie rozdzielającej elektrody, wodór i tlen nie mieszają się ze sobą, co gwarantuje bardzo wysoką czystość wodoru i zwiększa bezpieczeństwo całego procesu. Do wyprodukowania 1 kg wodoru potrzeba ok. 9 litrów wody i nieco ponad 54 kWh energii elektrycznej.

Jak zbudowany jest generator wodoru R-GEN.P

Sprawdzona koncepcja systemu opiera się na rozwiązaniu Modulyser firmy Elogen, wiodącego francuskiego dostawcy wysokowydajnych stosów do elektrolizerów. Generator wodoru R-GEN.P do przeprowadzenia elektrolizy wody wykorzystuje stos typu PEM, przez który przetłaczana jest ultraczysta woda. Pełni ona nie tylko rolę niezbędnego składnika w reakcji elektrochemicznej, ale także medium transportowego i czynnika chłodniczego. Woda w dwóch odrębnych obiegach: anodowym i katodowym, unosi wyprodukowane gazy oraz odbiera ciepło od stosu. Tlen i wodór są oddzielane od wody w odrębnych separatorach i kierowane do dalszej części systemu np.: do kompresora lub niskociśnieniowego magazynu. Odgazowana woda jest chłodzona i ponownie wykorzystywana w procesie elektrolizy. Możliwość zastosowanie jednego lub wielu stosów pozwala na osiągnięcie wysokiej skalowalności i dynamiki działania układu.

Zakres dostawy generatorów wodoru R-GEN.P

Wyposażenie podstawowe

• Elektrolizer
• Układ chłodzenia
• Zasilacz prądu stałego
• Układ przygotowania wody
• Zabudowa kontenerowa
• System wstępnego osuszania gazu
• System przedmuchu azotem
• System sterowania wraz z dotykowym panelem sterującym i Interfejs komunikacyjny
• Systemy bezpieczeństwa

Wyposażenie dodatkowe

• Transformator SN/NN
• Układ odzysku ciepła
• System puryfikacji wodoru R-PUR
• Kompresor do wodoru R-COM (powyżej 5bar)
• Magazyn wodoru R-PACK
• Certyfikowany system analizy gazu
• Certyfikowany pomiar przepływu gazu
• Pakiet do pracy w niskich temperaturach (poniżej -20°C)
• Aplikacja mobilna umożliwiająca podgląd parametrów procesowych z dowolnego miejsca

Usługi i serwis

• Transport i rozładunek w miejscu instalacji
• Dodatkowa konserwacja na czas przechowywania
• Wykonanie połączeń między komponentami systemu
• Podłączenie systemu do mediów
• Udział w uruchomieniu
• Szkolenie personelu
• Okresowe przeglądy i obsługa serwisowa

Główne zalety generatorów wodoru R-GEN.P

Trwałość: Konstrukcja oparta na sprawdzonych podzespołach oraz wysokie standardy realizacji projektów w firmie Rockfin są gwarancją wieloletniej niezawodności generatorów R-GEN.

Dynamika: Urządzenie jako jedno z nielicznych na rynku pozwala na szybką zmianę wydajności w czasie zaledwie kilku sekund.

Elastyczność: Wydajność generatorów wodoru R-GEN.P jest regulowana w szerokim zakresie 10–100%, z możliwością krótkotrwałego przeciążenia do 100%.

Wysoka sprawność: Elektrolizery R-GEN.P osiągają jedną z najwyższych sprawności dostępnych na rynku. Do wygenerowania 1 kg wodoru z wody wykorzystywane jest zaledwie 54 kWh energii elektrycznej.

Wysoka czystość wodoru: Generatory R-GEN.P oferują znacznie wyższą czystość wodoru niż elektrolizery alkaliczne. Co przekłada się na wyższy poziom bezpieczeństwa i niższe koszty przygotowania wodoru np. do zastosowania w ogniwach paliwowych.

Zgodność z Dyrektywami EU i standardami branżowymi

Generatory R-GEN posiadają znak CE i są produkowane zgodnie z następującymi dyrektywami i standardami branżowymi:

• MD 2006/42/EC – Dyrektywa maszynowa,
• PED 2014/68/EU – Dyrektywa ciśnieniowa,
• EN 61508 – Bezpieczeństwo funkcjonalne układów sterowania,
• EN 61511 – Bezpieczeństwo funkcjonalne – Przyrządowe systemy bezpieczeństwa do sektora, przemysłu procesowego,
• EN 12100 – Bezpieczeństwo maszyn – Ogólne zasady projektowania- Ocena ryzyka i zmniejszanie ryzyka,
• EN 60204-1 – Bezpieczeństwo maszyn – Wyposażenie elektryczne maszyn,
• EN 1127-1 – Atmosfery wybuchowe – Zapobieganie wybuchowi i ochrona przed wybuchem,
• EN 60079 – Seria norm dot. bezpieczeństwa urządzeń elektrycznych stosowanych w obszarach zagrożonych wybuchem,
• EN 1090 – Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych,
• EN 764-7 – Urządzenia ciśnieniowe – Systemy bezpieczeństwa stosowane w urządzeniach nieogrzewanych płomieniem,
• EN 13445 – Nieogrzewane płomieniem zbiorniki ciśnieniowe,
• ASME BPVC VIII – Zasady projektowania zbiorników ciśnieniowych wg ASME,
• ISO 22734 – Generatory wodoru wykorzystujące elektrolizę wody,
• ASME B31.12 – Rurociągi wodorowe,
• EIGA DOC 15 – Instalacje wodorowe,
• EIGA DOC 211 – Systemy zrzutu wodoru dla układów komercyjnych,
• EIGA DOC 121 – Rurociągi wodorowe,
• ISO 14687 – Jakość paliwa wodorowego.

Przykładowe generatory wodoru R-GEN serii P

R-GEN.P.5000.8.30

• Moc nominalna: 5000 kW
• Wydajność: 1000 m³/h
• Ciśnienie nominalne: 30 barg
• Sprawność stosu LHV (BoL): 68,0%
• Zakres regulacji wydajności: 10–100%

‍