Elektrolyse system

Die Erfindung betrifft ein Elektrolysesystem umfassend mindestens zwei Elektrolyseanlagen und eine Stromversorgungsquelle .

Elektrolysen, also Prozesse, in denen eine chemische Reaktion mit Hilfe von elektrischem Strom hervorgerufen wird, kommen in vielen technischen Gebieten zum Einsatz und dienen beispielsweise der Gewinnung von verschiedenen Stoffen. Beispielsweise können durch die Elektrolyse von Wasser Wasserstoff und Sauerstoff gewonnen werden. Für den Betrieb von Elektrolysevorrichtungen, auch Elektrolysestacks oder Elektrolyseure oder Elektrolyseanlagen genannt, ist es, insbesondere bei großtechnischem Maßstab, wünschenswert, wenn diese möglichst energieeffizient und möglichst sicher betrieben werden können.

Wasserstoff wird heutzutage beispielsweise mittels einer Proton Exchange Membrane ( PEM) -Elektrolyse , einer Anion Exchange Membrane oder einer alkalischen Elektrolyse aus Wasser erzeugt. Die Elektrolyseanlagen produzieren mit Hilfe elektrischer Energie Wasserstoff und Sauerstoff aus dem zugeführten Wasser. Dieser Prozess findet in einem so genannten Elektrolysestack, zusammengesetzt aus mehreren Elektrolysezellen, statt. Der Elektrolysestack kann wiederum aus mehreren Elektrolysemodulen bestehen, die wiederum aus einer Vielzahl von Elektrolysezellen zusammengesetzt sind. In dem unter einer Gleichspannung (DC Spannung) stehenden Elektrolysestack wird als Edukt Wasser eingebracht, wobei nach dem Durchlauf durch die Elektrolysezellen zwei Fluidströme, bestehend aus Wasser und Gasblasen (0 ₂ bzw. H ₂ ) austreten.

Es ist bisher bekannt, dass mehrere Elektrolyseure oder Elektrolyseanlagen dazu elektrisch beispielsweise parallel geschaltet werden können, wobei die Elektrolyseure jeweils über einen eigenen galvanisch getrennten Kreis aus einem Transformator mit Stufenschalter zur Grobregelung der Elektrolyseure sowie einem Gleichrichter mit Thyristorschaltung zur Feinregelung der Elektrolyseanlage versorgt werden, was eine sehr aufwändige Umsetzung darstellt. Alternativ dazu ist es zur Reduktion des Schaltungsaufwands auch bekannt, dass die Elektrolyseure parallelgeschaltet und über einen Gleichrichter betrieben werden, wobei es jedoch zu einer Stromaufteilung nach den Widerstandsverhältnissen der Elektrolyseure und somit zu einem großen Derating sowie der Gefahr eines Betriebes eines oder mehrerer Elektrolyseure außerhalb ihrer sicheren Betriebsbereiche kommen kann.

Zum Betrieb von Wasser-Elektrolyseanlagen wird ein hoher Gleichstrom benötigt. Da das elektrische Energienetz typischerweise als Wechselstromnetz betrieben wird, ist der Einsatz von leistungselektronischen Gleichrichtern zum Anschluss der Elektrolyse an das Netz erforderlich. Bei zukünftigen Großanlagen führt dieser Umstand mit den bestehenden Konzepten dazu, dass viele parallel betriebene Gleichrichtersysteme eingesetzt werden müssen.

So ist in der EP 3 752 665 Al ein Netzanschluss einer Elektrolyseanlage mit mehreren parallelgeschalteten Elektrolyseuren offenbart. Hierbei weist der Gleichrichter einen Thyristorsatz mit einer Vielzahl von Thyristoren auf. Durch eine Ansteuerung des Gleichrichters kann die Höhe der Gleichspannung am Ausgang angepasst werden. Die Regelbarkeit des Gleichrichters ist durch die Wahl der Zündzeitpunkte der Thyristoren im Thyristorsatz bewirkt. Zur Stabilisierung der vom Gleichrichter erzeugten Gleichspannung ist in der EP 3 753 665 Al weiterhin ein Kondensator vorgesehen, welcher parallel zum Ausgang des Gleichrichters geschaltet ist. Ferner ist eine anpassbare Filtereinrichtung vorgesehen, mit einer Induktivität und eine Kapazität, mittels derer eine vom Gleichrichter erzeugte Oberschwingung gedämpft werden kann, die im Betrieb durch das Schalten des Thyristorsatzes des Gleichrichters erzeugt werden. Bei zukünftigen Großanlagen mit einer Vielzahl von Elektrolyseanlagen in einem Elektrolysesystem müs sten daher für den Netzanschlus s entsprechend viele lei stungselektroni sche Gleichrichter vorgesehen werden , die in einem komplexen Gleichrichter system eingeset zt werden und die parallel geschaltet sind , um die hohen Gleichstrombedarf e für die Elektrolyseanlagen bereitstellen zu können . Aufgrund der Net zrückwirkung durch die Obers chwingungen - so genannte Harmonische - der Thyristoren ist dies nur mit entsprechend großem Aufwand für die Filterung reali sierbar und i st insbesondere mit erheblichen Mehrkosten für die Errichtung und den Betrieb der Filtereinrichtung verbunden . Mithin sind bei Großanlagen die technischen Einschränkungen und der Aufwand durch eine weithin verbreitete thyristorbas ierte Gleichrichtung sehr nachteilig . Dies wird aber bei den bisherigen bekannten Konzepten in Kauf genommen , da es sich bei der Thyristortechnik um eine bewährte Technologie handelt .

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde , ein Ele ktrolyse system mit einer Gleichstromversorgung für mehrere parallel geschaltete Elektrolyseanlagen anzugeben , welches für Großanlagen ausgelegt i st und gegenüber den be kannten Ansätzen Kostenvorteile hat , bei einem zugleich verbes sertem Betriebsverhalten hinsichtlich eines energieeffi zienten Betriebs .

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Elektrolysesystem umfa s send mindestens zwei Elektrolyseanlagen , eine Stromversorgungsquelle mit einem Gleichspannungsausgang und eine zentrale Versorgungsleitung , wobei die zentrale Versorgungsleitung an den Gleichspannungsausgang der Stromversorgungsquelle angeschlos sen ist , so da s s ein Gleichstrom bei einer ersten Gleichspannung in die zentrale Versorgungs leitung einspeisbar i st , und wobei die Elektrolyseanlagen elektrisch parallel an die zentrale Versorgungsleitung angeschlos sen sind, wobei zur Gleichstromversorgung aus dem öffentlichen Stromnetz an einem Netzanschlus spunkt ein Voltage Source Converter (VSC) , insbesondere ein Modularer- Multilevel-Umrichter (MMC) , angeschlossen ist, welcher eine eingangsseitige Wechselspannung in die ausgangsseitige erste Gleichspannung am Gleichspannungsausgang wandelt, wobei jede Elektrolyseanlage jeweils über einen, die erste Gleichspannung in eine jeweilige zweite Gleichspannung wandelnden, DC/DC-Wandler derart parallel zum Gleichspannungsausgang des Voltage-Source-Converters (VSC) , insbesondere des Modularen- Multilevel-Umrichter (MMC) , geschaltet ist, dass die zweite Gleichspannung über der Elektrolyseanlage abfällt, wobei jeder der DC/DC-Wandler zur Anpassung einer Höhe seiner zweiten Gleichspannung steuerbar und/oder regelbar ist, wobei ansteuerbare Überbrückungsschalter vorgesehen sind, so dass bei einem geschlossenen Überbrückungsschalter ein jeweiliger DC/DC- Wandler derart überbrückbar ist, dass die angeschlossene Elektrolyseanlage unmittelbar mit der ersten Gleichspannung beaufschlagbar ist.

Mit der Erfindung ist in einem Elektrolysesystem erstmals durch das vorteilhafte Zusammenwirken eines Voltage-Source- Converters (VSC) - insbesondere IGBT-basierten Umrichter, beispielsweise eines Modularen-Multilevel-Umrichter s (MMC- Converter) am Netzanschlusspunkt mit den jeweiligen DC/DC- Wandlern der Elektrolyseanlagen eine individuelle Leistungsregelung für die Elektrolyseanlagen erzielt. Durch den zentralen, beispielsweise als Modularer-Multilevel-Umrichter (MMC) ausgeführten, Voltage-Source-Converter (VSC) ist bei einem Netzanschluss am Netzanschlusspunkt eine Umwandlung des Wechselstroms in Gleichstrom nur einmal vorgesehen. Dazu ist am Anschluss ein IGBT-basierter Gleichrichter eingesetzt, der beispielsweise durch einen Modularen-Multilevel-Umrichter bereitgestellt ist. Ein zentraler Anschluss des Voltage-Source- Converters (VSC) , insbesondere als Modularer-Multilevel- Umrichters (MMC) ausgeführt, an ein AC-Netz ist dadurch möglich, um die elektrische DC-Leistung für die Elektrolyse am Gleichspannungsausgang auf der zentralen Versorgungsleitung mit der ersten Gleichspannung bereitzustellen. Die zentrale Versorgungsleitung wirkt in ihrer Funktion daher als DC-Bus- Leitung, die die elektrische Leistung bei der ersten Gleichspannung bereitstellt .

Die Erfindung geht hierbei bereits von der Erkenntnis aus, dass aufgrund der hohen erforderlichen Gleichströme für die Elektrolyse aktuell vorrangig Gleichrichter basierend auf Thyristortechnik eingesetzt werden. Die bisher präferierte thyristorbasierte Gleichrichtung und AC-Anschlusstechnik ist zwar bewährt, zuverlässig und weist im Betrieb vergleichsweise geringe Verluste auf. Allerdings kommt es beim Einsatz von Thyristoren zu starken Netzrückwirkungen durch Ober Schwingungen, so genannte Harmonische, und überdies zu einem hohen Blindleistungsbedarf. Besonders bei zukünftigen großen Elektrolysesystemen mit mehreren Elektrolyseanlagen bzw. Elektrolyseuren entsteht dadurch ein erheblicher zusätzlicher Filter- und Kompensationsbedarf, der sowohl die Kosten als auch den Platzbedarf entsprechend erhöht. Da sowohl der Blindleistungsbedarf als auch Harmonische abhängig vom Betriebspunkt sind, müssen die Filter Systeme für alle Betriebspunkte einer angeschlossenen großen Elektrolyseanlage ausgelegt sein, um die erforderliche Betriebsflexibilität und Netzstabilität bei einer Großanlage im industriellen Maßstab zu erreichen.

Überdies wird erwartet, dass es in zukünftigen Netzen durch den zunehmenden Wegfall rotierender Massen, etwa durch Abschaltung von Kern- und Kohlekraftwerken, zu einer signifikanten Abnahme der Netzkurzschlussleistung und damit der Netz Stabilität kommt. Es wird daher zunehmend wichtiger, dass große Anlagen - zusätzlich zu ihrer eigentlichen Funktion - im Stande sind, Netzdienstleistungen für das öffentliche Stromnetz anzubieten. Das ist mit aktueller Thyristortechnik nur in eingeschränktem Maße möglich (Wirkleistungsregelung) . Hinzu kommt, dass bei sehr schwachen Netzen weitere Zusatzmaßnahmen erforderlich sind, um Thyristortechnik überhaupt einsetzen zu können.

Bei der Kombination von Erneuerbaren Erzeugungsanlagen (EE- Anlagen) , wie etwa einer Fotovoltaikanlage, die zuweilen schon Gleichspannung bereitstellt , mit Elektrolyseanlagen erfordert der Einsatz der Thyristortechnik zudem eine mehrfache Umwandlung der Spannungsform (DC-AC-DC) , was damit zu erhöhten Kosten und Verlusten führt.

Werden verschiedene Thyristorgleichrichter, wie zum Beispiel in großen Anlagen, parallel betrieben, können Sie mit phasenverschobenen Wechselspannungen versorgt werden, um den Filterbedarf zu reduzieren. Bei einem solchen Konzept ist es jedoch erforderlich, die Gleichrichter alle in vergleichbaren einheitlichen Betriebspunkten zu halten, bzw. eine ähnliche Leistung zu beziehen. Muss ein Betrieb mit unterschiedlichen Betriebspunkten berücksichtigt werden, zum Beispiel durch unterschiedliche Alterung der einzelnen Elektrolyse-Module, steigt der Filterbedarf erneut an. Hierdurch ist die Betriebsflexibilität erheblich eingeschränkt bzw. nur unter hohem systemischem Aufwand und Kostenaufwand verbesserbar.

Mit der Erfindung wird erstmals ein Voltage-Source-Converter (VSC) , insbesondere ein Modularer-Multilevel-Umrichter (MMC) eingesetzt, um Leistung zwischen und AC- und DC-Netz in einem Elektrolysesystem zu übertragen, mit zahlreichen Vorteilen gegenüber der einer thyristorbasierten Versorgungstopologie. Von besonderem Vorteil ist, dass hierdurch bei einem Elektrolysesystem zwischen dem öffentlichen Stromnetz und der zentralen Versorgungsleitung ein bidirektionaler Leistungstransfer möglich ist, was Netzdienstleistungen wie beispielsweise Spannungsstützung ermöglicht oder die Übernahme netzgebender Funktionen .

Der Einsatz von Bipolartransistoren mit isolierter Gate- Elektrode (englisch: insulated-gate bipolar transistor, kurz IGBT) in dem die Elektrolyse mit Gleichstrom versorgenden Mo- dularen-Multilevel-Umrichter , erweist sich als besonders vorteilhaft für das Betriebsverhalten des Elektrolysesystems. Der IGBT ist ein Halbleiterbauelement, das in der Leistungselektronik verwendet wird, da es Vorteile des Bipolartransistors wie gutes Durchlassverhalten, hohe Sperrspannung, Ro- bustheit und die Vorteile eines Feldeffekttransistors durch eine nahezu leistungslose Ansteuerung vereinigt. Der Einsatz von IGBT' s ist etwa in einer so genannten dreiphasigen B6 Brückenschaltung mit einem IGBT-basierten Gleichrichter verbreitet, wodurch eine sehr genaue Steuerung des Elektrolysestroms bei guter Gleichrichtung erzielt. Die markanten Vorteile von IGBTs sind die hohen Spannungs- und Stromgrenzen: Spannungen von bis zu 6500 V und Ströme von bis zu 3600 A bei einer Leistung von bis zu einigen Megawatt, was IGBT' s für den Einsatz in Elektrolyseanlagen prädestiniert. Daher ist der Einsatz von IGBT' s für den Voltage-Source-Converter (VSC) , insbesondere realisiert als IGBT-basierter Modularer- Multilevel-Umrichter (MMC) , im Rahmen des hier vorgeschlagenen Elektrolysesystems der Erfindung sehr vorteilhaft.

Elektrolyseseitig senken die jeweiligen DC/DC-Wandler die erste Gleichspannung für eine Elektrolyseanlage auf eine jeweilige zweite Gleichspannung ohne nennenswerte Umwandlungsverluste individuell auf die gewünschten Werte ab. Somit sind in dem Elektrolysesystem sowohl die Elektrolyseanlagen bezüglich der Elektrolyseleistung regelbar als auch zu- und abschaltbar. Eine Teillastfähigkeit bzw. Teillastansteuerung ist über die Regelung des Elektrolysestroms erzielt. Durch eine Abstimmung der Leistungsregler kann zudem bedarfsweise - zusätzlich oder alternativ zu einem Netzanschluss an das öffentliche Stromnetz - eine Inselnetzfähigkeit sichergestellt werden, was beispielsweise bei abgelegenen On-Shore-Anlagen oder Of f-Shore-Anlagen erhebliche Kostenvorteile bringt. Um höhere Elektrolyseströme bereitzustellen, können bedarfsweise mehrere DC/DC-Wandler parallelgeschaltet und in einer jeweiligen Anschlussleitung eingesetzt werden.

Für eine weitere Verbesserung der Energieeffizienz in dem Elektrolysesystem ist es zusätzlich vorgesehen, dass dieses mehrere ansteuerbare Überbrückungsschalter umfasst, so dass in einer Anschlussleitung ein jeweiliger DC/DC-Wandler, z.B. ein IGBT-basierter Abwärtswandler, bedarfsweise durch einen jeweils zugeordneten ansteuerbaren Überbrückungsschalter überbrückbar ist. Bei einer Überbrückung eines DC/DC-Wandlers fällt die erste Gleichspannung dann komplett über der mit dem überbrückten DC/DC-Wandler verbundenen Elektrolyseanlage ab. Bei überbrückten DC/DC-Wandlern entspricht somit die zweite Gleichspannung der ersten Gleichspannung. Ein Betrieb des DC/DC-Wandlers derart, dass die zweite Gleichspannung, also die Ausgangsspannung des DC/DC-Wandlers, möglichst gleichgroß ist wie die erste Gleichspannung, also die Eingangs Spannung des DC/DC-Wandlers, kann durch die Überbrückung des DC/DC- Wandlers ersetzt werden. Dadurch können die elektrischen Verluste, welche bei einem regulären Betrieb bei Bestromung des DC/DC-Wandlers entstehen würden, vermieden werden. Vorteilhaft können so für einen besonders energieeffizienten Betrieb beispielsweise nur die Elektrolyseanlagen mit den geringsten Widerständen über den DC/DC-Wandler versorgt werden, wohingegen die anderen direkt über die erste Gleichspannung versorgt werden. Die Ansteuerung der jeweiligen Überbrückungsschalter kann beispielsweise durch eine zentrale Recheneinrichtung des Elektrolysesystems erfolgen, wobei die Recheneinrichtung insbesondere auch zur Steuerung und/oder Regelung der DC/DC- Wandler ausgebildet ist. Hierdurch ist in dem Elektrolysesystem eine Überbrückungseinrichtung mit einer Anzahl von ansteuerbaren Überbrückungsschaltern bereitgestellt und eine besonders vorteilhafte und energieeffiziente Auslastungssteuerung der an die zentrale DC-Ver sorgungsleitung angeschlossenen Elektrolyseanlagen ist ermöglicht.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystems ist der DC/DC Wandler als IGBT-basierter Abwärtswandler zur individuellen Leistungsregelung der Elektrolyseanlage ausgeführt .

Vorzugsweise ist der Voltage-Source-Converter (VSC) , insbesondere ausgeführt als ein Modularer-Multilevel-Umrichter (MMC) , für einen bidirektionalen Betrieb ausgelegt und an einem zentralen Netzanschlusspunkt angeschlossen, so dass eine Spannungsstützung durch Blindleistungsbereitstellung für das öffentlichen Stromnetzes bewirkbar ist. Dabei sind vorteilhafterweise auch weitere Netzdienstleistungen möglich, wie etwa die Übernahme netzgebender Funktionen.

Weiter bevorzugt ist der Voltage-Source-Converter (VSC) als ein IGBT-basierter Modularer-Multilevel-Umrichter ausgeführt, so dass bedarfsweise an dem Netzanschlusspunkt elektrische Leistung aus der zentralen Versorgungsleitung in das öffentliche Stromnetz einspeisbar ist. Dies ist eine spezielle und vorteilhafte Form eines bidirektionalen Betriebs des Elektrolysesystems. Dies ist möglich, wenn Überschussleistung auf der zentralen Versorgungsleitung zur Verfügung steht, die von der Elektrolyseanlage nicht abgenommen werden kann, etwa durch zusätzliche Einspeisung von elektrischer Gleichstromleistung aus einer Erneuerbaren Energie-Anlage (EE-Anlage) in die zentrale Versorgungsleitung oder bei Teillastbetrieb oder Wartung einzelner Elektrolyseanlagen oder Modulen des Elektrolyseurs . Im Normalbetrieb überträgt ein MMC daher wahlweise Leistung von der DC-Seite zur AC-Seite oder umgekehrt, was eine besonders flexible Betriebsführung des Elektrolysesystems begünstigt.

In bevorzugter Ausgestaltung sind die Elektrolyseanlagen bezüglich der zentralen Versorgungsleitung derart parallel zueinander geschaltet, dass eine Elektrolyseanlage über eine jeweilige Anschlussleitung an die zentrale Versorgungsleitung angeschlossen ist.

Hierdurch kommen die Vorteile des DC-Bus Prinzips mit der zentralen Gleichstrom-Versorgungsleitung zur Geltung, welches eine jeweilige unabhängige Anschlussleitung für eine Elektrolyseanlage ermöglicht und diese auch vorsieht. In dem Elektrolysesystem ist das zentrale DC-Ver sorgungsnetz bedarfsweise flexibel ausbaufähig und um weitere Elektrolyseanlagen erweiterbar, eventuell unter Anpassung der Einspeiseleistung der in das DC-Netz einspeisenden Stromversorgungsquellen hinsichtlich der notwendigen Abnahmeleistung der Elektrolysean- lagen bzw. der Elektrolyseure.

Dies kann im Falle eines Leistungsbezugs über den Netzanschlusspunkt an das öffentliche Stromnetz über den zentralen Modularen-Multilevel-Umrichter flexibel erfolgen und eingestellt werden.

Dabei ist bevorzugt in eine Anschlussleitung ein jeweiliger IGBT-basierter Abwärtswandler geschaltet, dessen Eingangsspannung der ersten Gleichspannung entspricht und dessen zweite Gleichspannung auf eine jeweilige Betriebsspannung der Elektrolyseanlage anpassbar ist.

Somit ist die erforderliche Betriebsspannung am Ausgang des IGBT-basierten Abwärtswandlers in der jeweiligen Anschlussleitung individuell auf der Ebene der einzelnen Elektrolyseanlage anpassbar und einstellbar. Eine genaue Regelung und Steuerung der zweiten Gleichspannung und somit des Betriebs der Elektrolyseanlage in dieser Anschlussleitung ist erreicht .

Der Einsatz von ggf. mehreren in eine Anschlussleitung parallel geschalteten, modular ausgeführten Hochstrom-DC/DC- Wandler ist dabei besonders vorteilhaft. Hierdurch ist eine industrielle Anwendung in Kombination in einem Elektrolysesystem mit einer Anzahl von Elektrolyseanlagen ermöglicht.

Der Abwärtswandler (englisch: buck-converter, step-down- converter) wandelt als Eingangsspannung die erste Gleichspannung auf der zentralen DC-Versorgungsleitung in eine zweite Gleichspannung, eine niedrigere Ausgangsspannung. Er wird auch Tief setz steiler genannt.

Eine Anschlussleitung bildet dabei vorteilhafterweise einen DC-Strang oder einen DC-Abzweig von der zentralen Versorgungsleitung für eine oder mehrere mit Gleichstrom betreibbare Elektrolyseanlagen oder Elektrolyseure in der betreffenden Anschlussleitung. An einem oder mehreren solcher zentralen DC-Abzweigsträngen können somit vorteilhafterweise mittels regelbarer IGBT-basierter DC/DC-Wandler , insbesondere so genannte Tiefsetzsteller oder Abwärtswandler beliebig viele und beliebig dimensionierte Elektrolyseanlagen angeschlossen werden, die das Elektrolysesystem entsprechend erweitern.

In besonders bevorzugter Ausgestaltung ist in einer Anschlussleitung der Abwärtswandler modular ausgeführt, wobei ein Abwärtswandler mindestens zwei parallel geschaltete DC/DC-Abwärtswandler aufweist, deren Eingangsspannung der ersten Gleichspannung entspricht.

Dabei sind vorzugsweise die mindestens zwei parallel geschalteten DC/DC-Abwärtswandler des modularen Abwärtswandlers ausgangsseitig miteinander elektrisch verbunden und jeweils für eine Regelung der zweiten Gleichspannung ausgelegt.

Hierdurch ist in einer Anschlussleitung jeweils eine genaue Regelung der Elektrolyseleistung auf die jeweilige Betriebsspannung der versorgten Elektrolyseanlage je nach Betriebssituation möglich. Die IGBT-basierte und modulare Versorgungstopologie erlaubt eine Leistungsregelung sowie eine betriebliche Fehler- bzw. Ausfalltoleranz, so dass im Fehlerfall ein Weiterbetrieb einzelner Module der Elektrolyseanlage möglich ist. Die Betriebssicherheit und Wirtschaftlichkeit sind dadurch erhöht. Ein weiterer Vorteil ist überdies, dass die parallel geschalteten DC/DC Wandler in einem Betriebsmodus „interleaved” betrieben werden können, wodurch zum einen die DC-Stromqualität erhöht wird, was die Effizienz der Elektrolysezellen verbessert und das Design passiver Elemente, wie etwa von Induktivitäten, vereinfacht.

So erlaubt der Einsatz IGBT-basierter DC/DC-Wandler in einer Anschlussleitung eine individuelle Leistungsregelung der einzelnen Elektrolysestränge in den Anschlussleitungen ohne signifikanten Einfluss auf die Netzrückwirkungen. Durch einen modularen Aufbau der DC/DC-Wandler kann auch eine Kostenreduktion erreicht werden. Weiterhin erlaubt der modulare An- satz einen ggf. reduzierten Weiterbetrieb der Elektrolyseanlage bei einzelnen Halbleiterfehlern. In aktuell gewählten Lösungen mit Thyristoren führt ein Halbleiterfehler zu einem Totalausfall des Gleichrichterstranges , bzw. der zugehörigen Modulreihe der Elektrolyseanlagen, der nur durch eine aufwändige Reparatur behoben werden muss, so dass Stillstandzeiten einzukalkulieren sind.

Für eine Verbesserung der Energieeffizienz in dem Elektrolysesystem kann es vorgesehen sein, dass dieses mehrere Überbrückungsschalter umfasst, wobei in einer Anschlussleitung der IGBT-basierte Abwärtswandler bedarfsweise durch jeweils einen Schalter überbrückbar ist. Bei einer Überbrückung eines Abwärtswandlers fällt die erste Gleichspannung komplett über der mit dem überbrückten Abwärtswandler verbundenen Elektrolyseanlage ab. Bei überbrückten Abwärtswandlern entspricht also die zweite Gleichspannung der ersten Gleichspannung. Ein Betrieb des Abwärtswandlers derart, dass die zweite Gleichspannung, also die Ausgangsspannung des Abwärtswandlers, möglichst gleichgroß ist wie die erste Gleichspannung, also die Eingangsspannung des Abwärtswandlers, kann durch die Überbrückung des Abwärtswandlers ersetzt werden, so dass die Verluste, welche bei einem derartigen Betrieb des Abwärtswandlers entstehen würden, vermieden werden können. Vorteilhaft können so für einen besonders energieeffizienten Betrieb beispielsweise nur die Elektrolyseanlagen mit den geringsten Widerständen über den Abwärtswandler versorgt werden, wohingegen die anderen direkt über die erste Gleichspannung versorgt werden. Die Ansteuerung der Schalter kann beispielsweise durch eine Recheneinrichtung der Schaltungsanordnung erfolgen, wobei die Recheneinrichtung insbesondere auch zur Steuerung und/oder Regelung der Abwärtswandler ausgebildet sein.

Die vorgeschlagene elektrische Versorgungstopologie in einem Elektrolysesystem bietet im Vergleich zu den bekannten Ansätzen hinaus einen Zugewinn an Flexibilitäten in verschiedensten Bereichen. Der Einsatz eines IGBT-basierten Modularen- Multilevel-Umrichters (MMC) am zentralen Netzanschlusspunkt ermöglicht das Angebot weiterer Netzdienstleistungen für das öffentliche Stromnetz. Erneuerbare-Energien-Anlagen , wie z.B. eine Windenergieanlage oder Fotovoltaikanlage, können zudem ihre erzeugte elektrische Energie direkt auf die als DC-Bus ausgeführte zentrale Versorgungsleitung einspeisen und die Elektrolyseanlagen in den jeweiligen Anschlussleitungen können individuell voneinander geregelt werden.

Vorzugsweise ist daher ein modular ausgeführter Abwärtswandler an eine Elektrolyseanlage mit einer Mehrzahl von elektrisch hintereinander geschalteten Elektrolysemodulen angeschlossen .

Dadurch ist in einer Anschlussleitung eine geregelte Gleichstromversorgung der Elektrolyseanlage mit den Elektrolysemodulen erzielt. Hierdurch ist es möglich, die gesamte Elektrolyseleistung in einer Anschlussleitung durch die geregelte Gleichstromleistung bedarfsgenau anzupassen. Insbesondere ist ein Teillastbetrieb in einer Elektrolyseanlage herbeiführbar, etwa falls das Angebot an elektrischer Leistung auf der zentralen DC-Versorgungsleitung sinkt, oder falls die Wasserstoffproduktion temporär reduziert werden soll. Es ist dabei auch möglich und besonders vorteilhaft, dass die Elektrolysemodule einer Elektrolyseanlage durch eine Überbrückungs Schaltung mit einer zuschaltbaren Überbrückungsleitung und mit einem ansteuerbaren elektrischen Schalter individuell überbrückbar sind und bedarfsweise ein Elektrolysemodul einer Elektrolyseanlage außer Betrieb genommen werden kann, etwa für Wartungszwecke oder einen Teillastbetrieb der Elektrolyseanlage .

In bevorzugter Ausgestaltung ist daher der Abwärtswandler als ein regelbarer Tiefsetzsteller ausgestaltet, so dass die Versorgung der Elektrolyseanlage mit Elektrolysestrom an eine ggf. fluktuierende Einspeiseleistung der Stromversorgungsquelle in die zentrale Versorgungsleitung anpassbar ist. Mit der Regelbarkeit des Tief setzstellers ist eine flexible und hinsichtlich der Elektrolyseleistung anpassbare Versorgung der Elektrolyseanlage mit Elektrolyse-Gleichstrom in einer Anschlussleitung möglich. Ob ein kontinuierlicher oder ein lückender Betrieb des Abwärtswandlers vorliegt, hängt von Induktivität, Schaltfrequenz, Eingangsspannung, Ausgangsspannung und dem fließenden Ausgangsstrom ab. Da sich diese Parameter teilweise rasch ändern können, muss im Allgemeinen bei der Auslegung der Schaltung, insbesondere eines Reglers, der Übergang zwischen den beiden Betriebsarten berücksichtigt (z.B. verhindert) werden. Die beiden Betriebsarten unterscheiden sich hinsichtlich der Steuerkennlinie , also der Abhängigkeit der Ausgangsspannung vom Tastgrad, sowie in Bezug auf die Störausstrahlung.

Bevorzugt ist der Abwärtswandler als ein regelbarer Tiefsetzsteller mit einer Regelung der Ausgangsspannung über das Verfahren einer Pulsweitenmodulation im nichtlückenden Betrieb ausgestaltet. Auf diese Weise ist ein kontinuierlicher Betrieb des Tiefsetzstellers erreicht und eine Regelbarkeit des einer Elektrolyseanlage in der jeweiligen Anschlussleitung zugeführten Elektrolysestroms.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung des Elektrolysesystems weist die Stromversorgungsquelle als Stromerzeuger eine Windenergieanlage auf, an die ein Gleichrichter mit einem Gleichspannungsausgang angeschlossen ist, wobei der Gleichspannungsausgang auf die erste Gleichspannung ausgelegt ist.

Auf diese Weise ist in dem Elektrolysesystem über die zentrale DC-Ver sorgungsleitung eine Anbindung bzw. Gleichstromanschluss und Versorgung der Elektrolyseanlagen durch eine Windenergieanlage oder eine Windfarm erreicht, wobei ein Inselnetzbetrieb vorteilhaft möglich ist. Wird das Elektrolysesystem in einem Inselnetz betrieben, so erfolgt keine Anbindung an das öffentliche Stromnetz bzw. Anschlussaktivierung, daher kann der Netzanschluss am Netzanschlusspunkt bedarfsweise unterbrochen werden, d.h. der zentrale Modulare- Multilevel-Umrichter , außer Betrieb gehen oder sogar entfallen. Allerdings ist ein bidirektionaler Betrieb jederzeit möglich, so dass auch eine Einspeisung in das öffentliche Stromnetz möglich ist. Es ist auch möglich, dass die Erneuer- bare-Energien-Anlage bereits einen Gleichstrom auf einem passenden Spannungsniveau liefert, so dass in diesen Fällen zur Einspeisung von EE-Strom kein weiterer Gleichrichter mehr erforderlich ist.

In weiter bevorzugter Ausgestaltung weist die Stromversorgungsquelle als Stromerzeuger eine Fotovoltaikanlage auf, deren Gleichspannungsausgang auf die erste Gleichspannung ausgelegt ist, wobei der Gleichspannungsausgang an die zentrale Versorgungsleitung angeschlossen ist.

Damit kann das Gleichspannungsniveau am Gleichspannungsausgang flexibel an die vorgegebene erste Gleichspannung auf der zentralen DC-Versorgungsleitung angepasst werden. Bedarfsweise sind zur Einstellung des vorgegebenen Gleichspannungsniveaus am Gleichspannungsausgang Aufwärtswandler, so genannte Hochsetzsteller dem PV-Generator nachgeschaltet. Dies wird dann geboten sein, wenn der DC-Ausgang der Fotovoltaikanlage selbst kein ausreichend hohes Gleichspannungsniveau zur Einspeisung in die zentrale Versorgungsleitung liefert.

Mit dieser Ausgestaltung ist in dem Elektrolysesystem über das zentrale DC-Netz auf der zentralen Versorgungsleitung eine vorteilhafte Anbindung bzw. Anschluss und Versorgung einer Elektrolyseanlage mit aus einer Fotovoltaikanlage gewonnenem Strom erreicht. Dabei ist auch bedarfsweise ein Inselnetzbetrieb basierend auf Fotovoltaik möglich. In analoger Betrachtung und entsprechend der Vorteile, wie bei dem oben beschriebenen Anschluss der Elektrolyseanlage an eine Windenergieanlage, erfolgt in einem Inselnetz ein vom öffentlichen Stromnetz unabhängiger Betrieb, was besonders große Auslegungsflexibilität ermöglicht und autarke Einsatzmöglichkeiten abseits des öffentlichen Stromnetzes bei Bedarf oder zusätzlich zu einem Netzanschluss, der für einen bidirektionalen Betrieb über den Modularen-Mulilevel-Umrichter weiterhin in dem Elektrolysesystem möglich ist. Bei Einspeisung von PV- Leistung in die zentrale Versorgungsleitung ist PV-seitig allenfalls für eine bedarfsweise Spannungserhöhung des PV- Generators ein Hochsetz steiler ( DC/DC-Wandler ) vorzusehen, um die passgenaue Einspeisung von Gleichstrom bei einer vorgegebenen ersten Gleichspannung in die zentrale Versorgungsleitung zu bewirken.

Bevorzugt ist in dem Elektrolysesystem die zentrale Versorgungsleitung für einen Betrieb mit einer ersten Gleichspannung im Bereich der Mittelspannung von 20 kV, insbesondere zwischen 1,5 kV bis 30 kV, ausgelegt. Dabei ist eine Anpassung an die Betriebsspannung der Elektrolyseanlagen in dem Elektrolysesystem bei der Auslegung durchzuführen. Auslegungen für höhere Betriebsspannungen von lOkV bis 30kV sind bei Bedarf flexibel möglich.

Das Gleichspannungsniveau am Gleichspannungsausgang des Vol- tage-Source-Converters (VSC) , insbesondere es Modularen- Multilevel-Umrichters , ist dabei allerdings flexibel an die jeweilige Anforderung in dem Elektrolysesystem und der Übertragungsstrecke anpassbar, wobei bevorzugt eine hohe Ausgangsspannung als vorgegebene erste Gleichspannung gewählt wird, die bevorzugt größer als mindestens 1,5 kV ist. Hier kann bei der Auslegung und Ausgestaltung der DC- Spannungsebene auf der zentralen Versorgungsleitung beispielsweise auch auf die Nennspannungen der in der Energieübertragung gebräuchlichen Netzebenen zurückgegriffen werden, oder diese Werte können als Anhaltspunkte für das Gleichspannungsniveau der ersten Gleichspannung dienen. Hierbei wird elektrische Energie auf Hochspannungsleitungen in verschiedenen Netzebenen der Mittelspannung und Hochspannung mit folgenden üblichen Nennspannungen übertragen: Mittelspannung von 3 kV, 6 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 30 kV, Hochspannung von 60 kV, 110 kV. Die zentrale Versorgungsleitung wirkt dabei sehr vorteilhaft als zentrale DC-BUS-Leitung, durch die unmittel- bar eine hochspannungsbasierte Gleichstromversorgung der Elektrolyseanlagen in dem Elektrolysesystem ermöglicht ist .

Weitere Vorteile , Merkmale und Einzelheiten der Erf indung ergeben sich aus der nachfolgenden Bes chreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung . Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmal s kombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den einzigen Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmals kombinationen s ind nicht nur in der j eweil s angegebenen Kombination , sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar , ohne den Rahmen der Erfindung zu verlas sen .

Ausführungsbeispiele der Erf indung werden anhand einer Zeichnung näher erläutert . Hierin zeigen schematisch und stark vereinfacht :

FIG 1 ein Elektrolyse system mit einer Elektrolyseanlage und einer Windenergieanlage ;

FIG 2 ein Elektrolyse system mit einer Elektrolyseanlage und einer Fotovoltai kanlage ;

FIG 3 die DC-Bus Versorgungstopologie mit der zentralen Versorgungs leitung für Gleichstrom und mit daran angeschlos senen Elektrolyseanlagen ;

FIG 4 in einem Aus schnitt die Versorgungstopologie entsprechend FIG 1 mit einem modular aufgebauten Abwärtswandler umfas send mehrere DC/ DC-Wandler ;

FIG 5 ein schemati sches Blockdiagramm die Versorgungstopologie eine s Elektrolysesystems mit einem zentralen Modularen-Multilevel-Umrichter (MMC ) am Netzanschlus spunkt . FIG 6 eine Versorgungstopologie eines Elektrolysesystems entsprechend FIG 5 mit einer Überbrückungseinrichtung .

Gleiche Bezugszeichen haben in den Figuren die gleiche Bedeutung .

In FIG 1 ist ein Elektrolysesystem 100 gemäß der Erfindung dargestellt. Das Elektrolysesystem 100 umfasst eine Elektrolyseeinheit 1 mit zwei Elektrolyseanlagen 1A, 1B sowie eine an die Elektrolyseeinheit 1 angeschlossene Stromversorgungsquelle 3. Die Stromversorgungsquelle 3 weist als Stromerzeuger eine Windenergieanlage 19 auf, die als Erneuerbare- Energie-Anlage (EE-Anlage) und Quelle für grünen Strom dient. Die Versorgung des Elektrolysesystems 100 mit Elektrolysestrom erfolgt über eine zentrale Versorgungsleitung 5, die mit Gleichspannung beaufschlagt ist, mithin ist durch die zentrale Versorgungsleitung 5 eine zentrale DC-BUS-Leitung gebildet, mittels derer der Elektrolyseeinheit 1 direkt ein Gleichstrom für den Elektrolyseprozess zuführbar ist.

Dabei ist jede der Elektrolyseanlagen 1A, 1B des Elektrolysesystems 100 über eine jeweilige Anschlussleitung 9A, 9B an einen Versorgungsanschluss 23A, 23B an die zentrale Versorgungsleitung 5 angeschlossen, so dass eine Parallelschaltung der Elektrolyseanlagen 1A, 1B realisiert ist. Dabei weist die Elektrolyseanlage 1A wenigstens einen Elektrolyseur 15A auf und die Elektrolyseanlage 1B wenigstens einen Elektrolyseur 15B. Die Elektrolyseure 15A, 15B können wahlweise als PEM- Elektrolyseur , als AEM-Elektrolyseur (AEM: Anion-Exchange- Membrane) oder als alkalischer Elektrolyseur ausgestaltet sein, wobei auch Kombinationen möglich sind. Dabei ist es möglich, dass eine Vielzahl von Elektrolyseuren 15A, 15B in einem über die entsprechende Anschlussleitung 9A, 9B zu versorgenden Strang der jeweiligen Elektrolyseanlage 1A, 1B hin- tereinandergeschaltet ist. Auf Seiten der Stromversorgungsquelle 3 i st der Windenergieanlage 19 ausgangs seitig eines Generators der Windenergieanlage 19 ein Gleichrichter 13A nachge schaltet , der einen Gleichspannungsausgang 7 aufweist . Somit kann ein durch den Generator der Windenergieanlage 19 erzeugter Wechselstrom in einen Gleichstrom bei einer vorgegebenen ersten Gleichspannung 31 am Gleichspannungsausgang 7 in die zentrale Versorgungsleitung 5 eingespeist werden . Hierdurch i st ein auf eine vorgegebene erste Gleichspannung 31 , beispielsweise auf eine DC-Mittel spannung , ausgelegtes zentrales DC-Netz realis iert . Zur Einkopplung der durch die Windenergieanlage 19 erzeugten und in da s zentrale Versorgungsleitung 5 einspeisten elektrischen Lei stung sind beim Ans chlus s der Windenergieanlage 19 an die zentralen Versorgungs leitung 5 keine weiteren aktiven Komponenten , wie Transformatoren , erforderlich , so das s eine besonders einfache Versorgungstopologie realis iert ist .

Das Gleichspannungsniveau am Gleichspannungsausgang 7 des Gleichrichters 13A ist flexibel an die j eweilige Anforderung in dem Elektrolyse system 100 anpas sbar , wobei eine hohe Ausgangs spannung auf Mittelspannungsniveau als vorgegebene erste Gleichspannung 31 bevorzugt gewählt wird, die zumindest größer als 1 , 5 kV ist . Typischerwei se i st ein Mittelspannungsniveau von 20 kV für die erste Gleichspannung 31 eingestellt . Für die erste Gleichspannung 31 auf der zentralen Versorgungsleitung 5 kann bei der Auslegung und Ausgestaltung des zentralen DC-Netze s durch die zentrale Versorgungsleitung 5 beispielsweise auch auf die Nennspannungen der in der Energieübertragung gebräuchlichen Netzebenen zurückgegriffen werden , oder die se Werte können als Anhaltspunkte für das Gleichspannungsniveau dienen . Hierbei wird ele ktris che Energie auf Hochspannungsleitungen in verschiedenen Net zebenen der Mittelspannung und Hochspannung mit folgenden üblichen Nennspannungen übertragen : Mittelspannung von 3 kV, 6 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 30 kV, Hochspannung von 60 kV, 110 kV . Die zentrale Versorgungsleitung 5 wirkt dabei sehr vorteilhaft als zentrale DC-BUS-Leitung , durch die unmittelbar eine hochspannungsbasierte Gleichstromversorgung der angeschlos senen Elektrolyseanlagen 1A, IB in einem Elektrolysesystems 100 ermöglicht ist.

Für einen auf die jeweilige zweite Gleichspannung 33A, 33B als Betriebsspannung abgestimmten Anschluss und Gleichstromversorgung der Elektrolyseanlagen 1A, 1B ist in die Anschlussleitung 9A ein Abwärtswandler 11A geschaltet und in die Anschlussleitung 9B entsprechend ein Abwärtswandler 11B. Die Abwärtswandler 11A, 11B, auch Tief setzsteiler genannt, basieren auf IGBT-Technologie , d.h. auf Transistortechnologie im Gegensatz zur bisher gebräuchlichen Thyristortechnologie, so dass eine individuelle Leistungsregelung der einzelnen Elektrolysestränge in den Anschlussleitungen 9A, 9B vorgesehen ist. Dabei ist der Eingang des Abwärtswandlers 11A an den Versorgungsanschluss 23A und analog der Eingang des Abwärtswandlers 11B über den Versorgungsanschluss 23B an die zentrale Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Ausgangsseitig sind die Abwärtswandler 11A, 11B jeweils mit dem Elektrolyseur 15A, 15B in der Anschlussleitung 9A, 9B verbunden, so dass für die Elektrolyse in den Elektrolyseuren 15A, 15B ein jeweiliger Gleichstrom auf einem jeweils einstellbaren Spannungsniveau einer zweiten Gleichspannung 33A, 33B für die Betriebsspannung bereitgestellt ist. Im Betrieb des Elektrolysesystems 100 wird auf der zentralen Versorgungsleitung 5 ein Mittelspannungs-Gleichstromnetz als zentrales DC-Netz bei der ersten Gleichspannung 31 bereitgestellt und dazu verwendet, um die an die zentrale Versorgungsleitung 5 in einer Parallelschaltung angeschlossenen Elektrolyseanlagen 1A, 1B mit Elektrolysestrom zu versorgen. Durch den Einsatz einer Hochspannung kann ein Gleichstrom bereitgestellt und elektrische Gleichstromleistung in die zentrale Versorgungsleitung 5 eingespeist werden. Dabei ist das Elektrolysesystem 100 besonders flexibel auslegbar bzw. erweiterbar, indem beispielsweise weitere Elektrolyseanlagen 1A, 1B, umfassend weitere Elektrolyseure 15A, 15B, über eine Anschlussleitung 9A, 9B angeschlossen werden. Wahlweise ist mit dem Elektrolysesystem 100 ein netzunabhängiger Inselnetzbetrieb möglich, sofern kein Strom aus dem öffentlichen Stromnetz 25 bezogen wird. Vorzugsweise ist aber ein Bezug von elektrischer Leistung und ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz 25 an einem zentralen Netzanschlusspunkt 25 vorgesehen.

Die in die Anschlussleitung 9A, 9B geschalteten Abwärtswandler 11A, 11B sind als DC/DC-Wandler (Tiefsetzsteller) realisiert und jeweils derart ausgelegt, dass deren Eingangs Spannung der vorgegebenen ersten Gleichspannung 31 im zentralen DC-Netz auf der zentralen Versorgungsleitung 5 entspricht und dessen jeweilige Ausgangsspannung auf eine jeweilige zweite Gleichspannung 33A, 33B als jeweilige Betriebsspannung der angeschlossenen Elektrolyseanlage 1A, 1B angepasst oder eingestellt ist. Die Abwärtswandler 11A, 11B sind dabei als regelbarer Tiefsetzsteller ausgestaltet, so dass die Versorgung der Elektrolyseanlage 1A, 1B mit Elektrolysestrom an eine fluktuierende Einspeiseleistung der Stromversorgungsquelle 3 in die zentrale Versorgungsleitung 5 anpassbar und nachführbar ist. Dabei können die Abwärtswandler 11A, 11B beispielsweise als regelbare Tiefsetzsteller mit einer Regelung der Ausgangsspannung über das Verfahren einer Pulsweitenmodulation im nichtlückenden Betrieb ausgestaltet sein, was einen kontinuierlichen Betrieb bei besonderer Leistungsfähigkeit ermöglicht. Die Abwärtswandler 11A, 11B sind IGBT- basiert ausgeführt, so dass eine individuelle Leistungsregelung in der Elektrolyseanlage 1A, 1B erzielt ist. Durch die IGBT- basierte Ausführung der Abwärtswandler 11A, 11B ist der Einfluss von Netzrückwirkungen aus dem öffentlichen Stromnetz 25 begrenzt und eine weitestgehende Entkopplung erreicht, so dass ein stabiler Betrieb möglich ist.

In dem in FIG 1 gezeigten Elektrolysesystem 100 ist es auch möglich, dass eine Elektrolyseanlage 1A, 1B beispielsweise am Fuß des Turms einer jeweiligen Windenergieanlage 19 angeordnet ist, und dort direkt an die zentrale Versorgungsleitung 5 angeschlossen ist. Dies ist etwa für On-Shore Anwendungen und Aufstellungen von Windenergieanlagen 19 in abgelegenen Gebieten und für einen Inselnetzbetrieb von Vorteil. Eine Windenergieanlage 19 meint hier auch eine Windfarm oder einen Windpark - On-Shore oder Off-Shore, mit einer Vielzahl von Windenergieanlagen 19.

Gemäß dem Ausführungsbeispiel der FIG 1 ist auf Seiten der Stromversorgungsquelle 3 in dem Elektrolysesystem 100 zusätzlich ein Anschluss an das öffentliche Stromnetz 25 eingerichtet. Hierzu ist, wie in FIG 1 in gestrichelter Linie veranschaulicht, ein separater Versorgungsanschluss 23C in der zentralen Versorgungsleitung 5 vorgesehen. Der Anschluss an das öffentliche Stromnetz 25 erfolgt über einen Anschlusstransformator 27 am Netzanschlusspunkt 35 und einen nachgeschalteten zentralen Modularen-Multilevel-Umrichter 13, der einen Gleichspannungsausgang 7 aufweist. Der zentrale Modula- re-Multilevel-Umrichter 13 basiert auf IGBT-Technologie und weist eine entsprechende Anzahl von IGBT' s als Leistungsbauelemente auf. Der Modulare-Multilevel-Umrichter (13) ist mögliche und bevorzugte spezifische Ausgestaltung eines Voltage- Source-Converters (VSC) . Prinzipiell können an dem Netzanschlusspunkt 35 daher auch andere VSC-basierte Umrichter zum Einsatz kommen, Leistung aus dem öffentlichen Stromnetz 25 in die zentrale Versorgungsleitung 5 einzuspeisen.

Der Modulare-Multilevel-Umrichter 13 ist derart ausgelegt und flexibel einstellbar, dass an dessen Gleichspannungsausgang 7 die erste Gleichspannung 31 geliefert und in die zentrale Versorgungsleitung 5 eingespeist wird. Entsprechende Spannungsebenen für die erste Gleichspannung ergeben sich wahlweise beispielsweise aus Mittelspannungsebenen von 3 kV, 6 kV, 10 kV, 15 kV, 20 kV, 30 kV, oder Hochspannungsniveau von 60 kV oder 110 kV. Die Spannungsebene ist dabei flexibel anpassbar und änderbar. Überdies ist durch den Modularen- Multilevel-Umrichter 13 ein bidirektionaler Betrieb bei Nutzung des Versorgungsanschlusses 23C als Netzanschluss möglich, so dass eine bedarfsweise Einspeisung von Gleichstrom aus dem öffentlichen Stromnetz 25 in die zentrale Versorgungsleitung 5 als auch eine Ausspeisung von Gleichstrom aus dem DC-Netz der zentralen Versorgungsleitung 5 bei der ersten Gleichspannung 31 möglich ist. Somit ist bedarf sweise auch Strom aus dem öffentlichen Stromnetz 25 in die zentrale Versorgungsleitung 5 spannungsangepas st am Versorgungsans chlus s 23C einspei sbar und für die Nutzung für Elektrolyse zwecke in dem Elektrolysesystem 1 bereitgestellt . Von Vorteil erweist sich hierbei , das s durch die Bereitstellung einer Anbindung an das öffentliche Stromnetz 25 beispielsweise Ersat zbedarf e gedeckt werden , etwa wenn die Windenergieanlage 19 wartungsbedingt nicht oder nur sehr eingeschränkt Strom produziert , oder bei Phasen einer Dunkelflaute , so das s eine Backup-Lösung vorgehalten ist , um eine möglichst kontinuierliche Versorgung und einen gleichmäßigen Betrieb der Elektrolyseanlagen 1A, 1B zur Was serstoffproduktion zu gewährlei sten . Gegebenenfalls können auch bei einer Unterversorgung mit elektrischer DC-Leistung auf der zentralen Versorgungsleitung 5 eine oder mehrere Elektrolyseanlagen 15A, 15B in Teillast betrieben werden oder vom DC- Netz genommen werden . Ein angepa s ster Teillastbetrieb i st bedarf sweise in der j eweiligen Ans chlus sleitung 9A, 9B durch die regelbaren Abwärtswandler 11A, 11B erreicht , mittel s derer die Gleichstromleistung über den die j eweilige zweite Gleichspannung 33A, 33B am Ausgang des Abwärtswandler 11A, 11B j eweils einstellbar ist . In einem reinen Inselnetzbetrieb des Anlagenverbunds ist mangels einer verfügbaren Anschlus smöglichkeit an ein öffentliches Netz 29 in der Regel ein Ersatzbedarf nicht zu besorgen . Hier kann aber durch eine eigens eingerichtete und vorge sehene „Redundanz" oder Bereitstellung einer Systemre serve im Inselnetz bei den speisenden Windenergieanlage 19 oder einer Fotovoltaikanlage 21 ( s iehe FIG 2 ) , z . B . durch modularen Aufbau dieser EE-Einspeise- systeme und Installation von einigen Reservemodulen in den Elektrolyseanlage 15A, 15B eine weitgehend wartungsunabhängige Versorgung und unterbrechungs freier Betrieb weitgehend autark erreicht werden . Hierbei können auch gemeinsame Re servemodule gebündelt und für mehrere zentrale Versorgungs leitungen 5 vorgesehen werden , die entweder umschaltbar sind oder durch Kopplungsmöglichkeit der zentralen Versorgungslei- tungen 5 zur Versorgung mehrerer Versorgungsleitungen beitragen .

Bei Einsatz des Modularen-Multilevel-Umrichter s 13, eines IGBT-basierten Gleichrichters, am Netzanschlusspunkt 35 kommt es nur zu einer geringen Emission von Harmonischen. Eine zusätzliche Filterung ist gar nicht oder allenfalls in einem deutlich geringeren Maße als bei vergleichbaren thyristorbasierten Systemen erforderlich. Der Blindleistungsbedarf dieser Anschluss- und Versorgungstopologie lässt sich flexibel einstellen. Demzufolge ist nur eine sehr geringe oder gar keine Blindleistungskompensation erforderlich.

Durch den individuell einstellbaren Blindleistungsbedarf des IGBT-basierten Modularen-Multilevel-Umrichters 13 als zentrales Gleichrichtersystem, kann dieses neben der Regelleistung noch zur Spannungs Stützung des öffentlichen Stromnetzes 25 Netzes beitragen. In Inselnetzen, z.B. lokalen Erneuerbaren- Energien-Netzen, können diese IGBT-basierten Modularen- Multilevel-Umrichter 13 darüber hinaus netzformend wirken.

In diesem Konzept können EE-Anlagen, die selbst Gleichspannung bereitstellen , direkt auf den DC-Bus einspeisen. Der bei Einsatz thyristorbasierter Gleichrichter notwendige Wechselrichter entfällt. Dadurch fallen zusätzliche Umwandlungsverluste weg. Wird mehr Leistung in die als DC-Bus wirkende zentrale Versorgungsleitung 5 eingespeist, als durch die Elektrolyse in der Elektrolyseeinheit 1 verbraucht wird, ist der IGBT-basierte Umrichter 13 am Netzanschlusspunkt 35 auch in der Lage, den überschüssigen Strom in das öffentliche Stromnetz 25 einzuspeisen. Durch diese Art der Verknüpfung bzw. der elektrischen Verschaltung der einzelnen Elektrolyseanlagen 1A, 1B über die zentrale Versorgungsleitung 5 findet eine Entkopplung der Systeme statt. Die Elektrolysestränge der Elektrolyseanlage 1A, 1B respektive die jeweiligen Elektrolyseuren 15A, 15B können in jeweiligen individuellen Arbeitspunkten betrieben werden. Dadurch steigt ebenfalls die Regelbarkeit des gesamten Elektrolysesystems 100. In einem weiteren Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Elektrolysesystems 100 ist in FIG 2 eine alternative Stromversorgungsquelle 3 zur Versorgung der Elektrolyseeinheit 1 mit Gleichstrom gezeigt. Hierbei weist die Stromversorgungsquelle 3 eine Fotovoltaikanlage 21 auf, mit einer Vielzahl nicht näher dargestellter PV-Module . Die Fotovoltaikanlage 21 kann beispielsweise als großflächige und leistungsfähige Freifeldanlage - bevorzugt in sonnenreichen Regionen - ausgestaltet sein, so dass PV-Leistungen von 10 MW elektrischer Leistung und darüber hinaus für die Elektrolyse zur Verfügung stehen. Auf Seiten der Elektrolyseeinheit 1 ist ein im Wesentlichen analoges Anlagenkonzept wie in FIG 1 angewendet und entsprechende Anlagenkomponenten, d.h. die elektrische Anbindung und Versorgung der Elektrolyseanlagen 1A, 1B erfolgt über die zentrale Versorgungsleitung 5, die wiederum als zentrale DC-Bus-Leitung oder DC-Anschlussstrang ausgeführt ist. Um dies zu erreichen, ist die Elektrolyseanlage 1A an den Versorgungsanschluss 23A und entsprechend die Elektrolyseanlage 1B an den Versorgungsanschluss 23B elektrisch über eine jeweilige Anschlussleitung 9A, 9B angeschlossen, in die jeweilige IGBT-basierte Abwärtswandler 11A, 11B geschaltet sind .

Mithin weist in dem so konfigurierten Elektrolysesystem 100 die Stromversorgungsquelle 3 als Stromerzeuger eine Fotovoltaikanlage 21 auf, einen so genannten PV-Generator . Dieser liefert bereits eine Gleichspannung am Generatorausgang, der bereits auf die vorgegebene erste Gleichspannung 31 ausgelegt ist, wobei dann der Gleichspannungsausgang 7 durch den PV- Generatorausgang gebildet ist und unmittelbar an die zentrale Versorgungsleitung 5 angeschlossen ist.

Um bezüglich der Fotovoltaikanlage 21 als Stromversorgungsquelle 3 auf eine gewünschte und vorteilhafte Gleichspannungsebene bei der ersten Gleichspannung 31 für die Einspeisung von Gleichstromleistung in die zentrale Versorgungsleitung 5 zu kommen, ist es aber auch möglich, wie in dem Aus- f ührungsbeispiel der FIG 2 gezeigt, dass am DC-Ausgang des PV-Generators der Fotovoltaikanlage 21 ein Aufwärtswandler 17 angeschlossen ist.

Der Aufwärtswandler 17, auch Hochsetzsteller oder Aufwärtsregler genannt (englisch: Boost-Converter oder Step-Up- Converter) , ist in der Leistungselektronik eine besondere Form eines Gleichspannungswandlers. Der Betrag der Ausgangsspannung ist dabei stets größer als der Betrag der Eingangsspannung, so dass mit dem Auswärtswandler 17 die für eine Einspeisung vorgegebene erste Gleichspannung 31 der gewünschten Gleichspannungsebene am Gleichspanungsausgang 7 bereitgestellt wird. Eine höhere Spannung reduziert den Materialbedarf und damit die Kosten der Leitungen nach der Einspeisung durch die Stromversorgungsquelle 3.

Der Aufwärtswandler 17 ist auf die Spannungsebene ausgelegt und liefert am Ausgang die erste Gleichspannung 31. Dabei ist der Aufwärtswandler 17 regelbar ausgeführt, so dass eine flexible Anpassung der gelieferten Ausgangsspannung möglich ist. Die Ankopplung und Einspeisung der Leistung der Fotovoltaikanlage 21 in die zentrale Versorgungsleitung 5 erfolgt unmittelbar am Gleichspannungsausgang 7 des Aufwärtswandlers 17. Zur Übertragung und Abnahme der elektrischen Leistung durch die Elektrolyseeinheit 1 sind die Elektrolyseanlagen 1A, 1B - wie oben näher beschrieben - über eine jeweilige Anschlussleitung 9A, 9B an die zentrale Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Durch die jeweiligen Abwärtswandler 11A, 11B ist zudem eine Entkopplung der Regelung der Elektrolysestrombe- darfe in den Anschlussleitungen 9A, 9B erreicht und somit eine individuelle Betriebsweise dieser DC-Anschlussstränge, was insbesondere bei Teillastanforderungen bedeutsam ist. Eine Einspeisung von Netzstrom aus dem öffentlichen Stromnetz 23 in die zentrale Versorgungsleitung 5 ist bei der PV-Anwendung ebenso möglich und in analoger Ausgestaltung wie zu FIG 1 beschrieben ausgeführt, mit einem zentralem Modularen- Multilevel-Umrichter 13 am Netzanschlusspunkt. Das grundlegende Konzept der Versorgung und Kopplung mehrerer Elektrolyseanlagen 1, 1A, 1B mittels einer zentralen DC-Bus Versorgungsleitung 5 ist in FIG 3 schematisch und vereinfacht gezeigt. Hierbei ist ein dreiphasiger Wechselstromanschluss am Netzanschlusspunkt 35 vorgenommen. Am Netzanschlusspunkt 25 ist ein zentraler IGBT-basierter Modularer-Multilevel- Umrichter 13 mit dem Wechselstromeingang angeschlossen, an dessen Gleichstromausgang 7 die zentrale Versorgungsleitung 5 als DC-Bus angeschlossen ist und abgeht. Als Ausgangsspannung liefert der Modulare-Multilevel-Umrichter 13 die erste Gleichspannung 31, beispielsweise eine Mittelspannung bei 20 kV. Die Elektrolyseeinheit 1 weist mehrere Elektrolyseanlagen 1A, IB, IC auf, die wiederum eine Mehrzahl elektrisch hintereinander geschalteter Elektrolysemodule 29A, 29B, 29C, 29D, 29E aufweisen. Jede Elektrolyseanlage 1A, IB, IC ist über eine jeweilige Anschlussleitung 9A, 9B, 9C an die zentrale Versorgungsleitung 5 angeschlossen. Dabei ist zur Bereitstellung einer jeweiligen zweiten Gleichspannung 33A, 33B, 33C in die Anschlussleitungen 9A, 9B, 9C jeweils ein Abwärtswandler 11A, 11B, 11C geschaltet, der auf IGBT-Technologie basiert. Somit ist die Höhe der zweiten Gleichspannung 33A, 33B, 33C jeweils steuerbar oder regelbar. Ein bidirektionaler Betrieb ist durch den Modularen-Multilevel-Umrichter 13 auf IGBT-Basis erzielt, so dass Überschussleistung auf der zentralen Versorgungsleitung 5 über den Netzanschlusspunkt 35 in das öffentliche Stromnetz 25 einspeisbar ist.

Nicht näher dargestellt in FIG 3 ist eine Einspeisemöglichkeit von Gleichstrom aus einer Erneuerbaren-Energie-Anlage (EE-Anlage) in die zentrale Versorgungsleitung 5. Hierzu wird auf die Ausführungsbeispiele in FIG 1 und FIG 2 verwiesen.

Durch das Konzept der Versorgung und Kopplung mehrerer Elektrolyseanlagen 1A, IB, IC ist in einer jeweiligen Anschlussleitung 9A, 9B, 9C eine geregelte Gleichstromversorgung der versorgten Elektrolyseanlage 1A, IB, IC mit den Elektrolysemodulen 29A - 29E erzielt, wobei zwei Gleichspannungsebenen zu berücksichtigen sind. Hierdurch ist es möglich, die gesam- te Elektrolyseleistung in einer Anschlussleitung 9A, 9B, 9C durch die geregelte Gleichstromleistung jeweils bedarfsgenau über die jeweilige Regelung der zweiten Gleichspannung 33A, 33B, 33C anzupassen. Insbesondere ist ein Teillastbetrieb in einer Elektrolyseanlage 1A, IB, IC jeweils herbeiführbar, etwa falls das Angebot an elektrischer Leistung auf der zentralen DC-Versorgungsleitung 5 sinkt, oder falls die Wasserstoffproduktion temporär reduziert werden soll. Es ist dabei auch möglich und besonders vorteilhaft, dass die Elektrolysemodule 29A - 29E einer Elektrolyseanlage 1A, IB, IC durch eine - in der FIG 3 nicht näher dargestellte Überbrückungsschaltung - mit einer zuschaltbaren Überbrückungsleitung und mit einem ansteuerbaren elektrischen Schalter individuell und modulweise überbrückbar sind und dadurch bedarfsweise oder wahlweise eines oder mehrere der Elektrolysemodule 29A - 29E einer Elektrolyseanlage 1A, IB, IC außer Betrieb genommen werden kann, etwa für Wartungszwecke oder zur Herbeiführung eines erforderlichen Teilastbetriebs der jeweiligen Elektrolyseanlage 1A, IB, IC oder auch ausgewählter Elektrolysemodule 29A - 29E, z.B. nach Alterungsgrad oder einem bevorstehendem Wartungsintervall.

Anhand FIG 4 soll das Konzept einer modular ausgeführten DC/DC-Wandlung in einem Abwärtswandler 11 exemplarisch erläutert werden. In einem Ausschnitt ist die Versorgungstopologie entsprechend FIG 3 mit einem modular aufgebauten Abwärtswandler 11 gezeigt, der aus mehreren parallel geschalteten DC/DC- Wandlern 11A, 11B, 11C aufgebaut ist und eine Elektrolyseanlage 11A versorgt. Zwei Gleichspannungsleitungen mit entsprechender positiver und negativer Polarität sind für die zentrale Versorgungsleitung 5 vorgesehen, an die die DC/DC- Wandler 11A, 11B, 11C mit ihrem Gleichspannungseingang jeweils polrichtig als Module des einen Abwärtswandlers 11 angeschlossen sind. Durch diese Parallelschaltung ist eine Anschlussleitung 9A für die Versorgung der Elektrolyseanlage 1A gebildet. Die Elektrolyseanlage 1A umfasst einen Elektrolyseur 15A, der mehrere Elektrolysemodulen 29A - 29E aufweist. Der Einsatz IGBT-basierter DC/DC-Wandler 11A, 11B, 11C erlaubt eine individuelle Leistungsregelung der über eine Anschlussleitung 9A angeschlossenen Elektrolyseanlage 1A ohne signifikanten Einfluss auf die Netzrückwirkungen. Durch den modularen Aufbau des Abwärtswandlers 11 umfassend mehrere DC/DC-Wandler 11A, 11B, 11C kann eine größere Anlagenflexibilität bei vertretbaren Kostenreduktion erreicht werden und eine Redundanz für den zuverlässigen Betrieb. So ermöglicht der modulare Aufbau des Abwärtswandlers 11 einen zumindest reduzierten Weiterbetrieb der Elektrolyseanlagen 1A bei einzelnen Halbleiterfehlern der Bauelemente, was gegenüber bekannten Konzepten vorteilhaft ist, bei denen Halbleiterfehler zu einem Ausfall des Gleichrichterstranges, bzw. der zugehörigen Elektrolyseurs 15A führen, der durch eine Reparatur bei Anlagenstillstand behoben werden müsste.

Die DC/DC-Wandler 11A, 11B, 11C umfassen jeweils einen als IGBT ausgeführten Transistor 37, eine Speicherdrossel 39 sowie eine Diode 41, wie in der Explosionsdarstellung der FIG 4 illustriert ist. Die Transistoren 37 sowie die Speicherdrosseln 39 sind dabei jeweils in Reihe zu dem jeweils über einen Abwärtswandler 11 zu versorgenden Elektrolyseur 15A angeordnet. Die Dioden 41 sind entsprechend jeweils parallel zu dem jeweiligen Elektrolyseur 15A geschaltet. Über den Transistor 37 kann die jeweils von dem Abwärtswandler 11 bereitgestellte, über dem Elektrolyseur 11A abfallende zweite Gleichspannung 33 in ihrer Höhe geregelt werden. Dazu können die Transistoren 37 beispielsweise mit einer in FIG 4 nicht näher dargestellten Recheneinrichtung 43 - siehe hierzu FIG 5 und entsprechende Beschreibung - verbunden sein, wobei die entsprechende Ansteuerung zur Regelung und/oder Steuerung des Abwärtswandlers 11 über die Recheneinrichtung 43 erfolgt. Es ist möglich, dass einzelne der Elektrolysemodule 29A-29E der Elektrolyseanlage 1A bzw. des Elektrolyseurs 15A durch eine Überbrückungs Schaltung überbrückt werden, was hier in FIG 4 nicht näher dargestellt ist. Die Überbrückungs Schaltung kann mit einer zuschaltbaren Überbrückungsleitung und mit einem ansteuerbaren elektrischen Schalter ausgestattet sein, so dass individuell und modulweise eine Überbrückung bewirkbar ist. Dadurch können bedarfsweise oder wahlweise auch eines oder mehrere der Elektrolysemodule 29A - 29E der Elektrolyseanlage 1A außer Betrieb genommen werden. Dies ist sehr vorteilhaft etwa für Wartungszwecke oder zur Herbeiführung eines erforderlichen Teilastbetriebs der jeweiligen Elektrolyseanlage 1A oder auch ausgewählter Elektrolysemodule 29A - 29E, z.B. nach Alterungsgrad oder einem bevorstehendem Wartungsintervall .

In Kombination mit dem IGBT-basierten Modularen-Multilevel- Umrichter 13 am Netzanschlusspunkt 35 entsprechend der in FIG 1 bis FIG 3 gezeigten Ausführungsbeispiele, ist ein Angebot weiterer Netzdienstleistungen für das öffentliche Stromnetz 25 möglich. Erneuerbare-Energien-Anlagen (EE-Anlagen) können hierbei zusätzlich und bedarfsweise direkt auf die zentrale Versorgungleitung 5 als DC-Bus einspeisen - in FIG 3 und FIG 4 nicht explizit gezeigt - und die Elektrolyseanlagen 1A, 1B, IC können individuell voneinander geregelt werden. Hierbei wird die Gleichrichtung des Wechselstroms aus dem öffentlichen Netz 25 nur einmal durchgeführt, und zwar zentral am Netzanschlusspunkt 35. Dazu wird bei Anschluss der Anlage an ein Mittelspannungsnetz ein IGBT-basierter modularer Multile- vel-Umrichter 13 eine zentrale Komponente eingesetzt, um die erste Gleichspannung auf der zentralen Versorgungsleitung 5 zu liefern.

In Fig. 5 ist eine schematische und stark vereinfachte Darstellung eines Ausschnitts aus einem Elektrolysesystem 100 abgebildet. Es soll nur ein besonders vorteilhaftes Schal- tungs- und Überbrückungskonzept in dem Elektrolysesystem 100 aufgezeigt werden. Hierbei ist eine Schaltung zur Gleichstromversorgung mehrerer elektrisch parallel zueinander geschalteter Elektrolyseure 15A, 15B vorgesehen, wobei die Elektrolyseure 15A, 15B jeweils über einen IGBT-basierten Abwärtswandler 11A, 11B parallel zum Ausgang eines zentralen Modularen-Multilevel-Umrichters 13 geschaltet sind, der als Gleichrichter wirkt. Der Modulare-Multilevel-Umrichter 13 wandelt eine eingangsseitig anliegende Wechselspannung aus dem öffentlichen Stromnetz 25 in eine erste Gleichspannung 31 um und ist IGBT-basiert . Diese erste Gleichspannung 31 fällt über die durch die Anschlussleitungen 9A, 9B festgelegten parallelen Anschlusszweige 45A, 45B Zweige umfassend jeweils einen der Elektrolyseure 15A, 15B sowie einen der Abwärtswandler 11A, 11B ab. Die erste Gleichspannung 31 wird durch den Abwärtswandler 11A in die zweite Gleichspannung 33A umgewandelt, welche über dem Elektrolyseur 15A abfällt. Entsprechend wird die erste Gleichspannung 31 ebenfalls durch den zweiten Abwärtswandler 11B in die zweite Gleichspannung 33B umgewandelt, welche über dem Elektrolyseur 11B abfällt. Zusätzlich zu den beiden dargestellten Elektrolyseuren 11A, 11B kann in dem Elektrolysesystem 100 die gezeigte Versorgungstopologie selbstverständlich auch zur Gleichspannungs Versorgung weiterer Elektrolyseure dienen, welche entsprechend ebenfalls über jeweils einen Abwärtswandler als weiterer Zweig parallel zum Ausgang des zentralen Modularen-Multilevel-Umrichters 13 geschaltet werden, entsprechend etwa FIG 3.

Um die Elektrolyseure 15A, 15B in einem gewünschten Arbeitspunkt, welcher beispielsweise innerhalb eines sicheren Betriebsbereiches liegt, betreiben zu können, sind die Abwärtswandler 11A, 11B zur Anpassung einer Höhe der zweiten Gleichspannung 33A bzw. 33B steuerbar und/oder regelbar. Zusätzlich dazu kann auch der Modulare-Multilevel-Umrichter 13 zur Anpassung einer Höhe der ersten Gleichspannung 31 steuerbar und/oder regelbar sein. Somit kann Gleichstromleistung bei einer vorgegebenen ersten Gleichspannung 31 auf der zentralen Versorgungsleitung 5 eingespeist werden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass sowohl der Modulare-Multilevel- Umrichter 13 als auch die Abwärtswandler 11A, 11B sowie gegebenenfalls vorhandene weitere Abwärtswandler weiterer Anschlusszweige steuerbar oder regelbar sind. Zur Steuerung bzw. Regelung des Gleichrichters 13 und/oder der Abwärtswandler 11A, 11B kann die Versorgungstopologie des Elektrolysesystems 100 beispielsweise eine Recheneinrichtung 43 umfassen, über welche der Modulare-Multilevel-Umrichter 13 und/oder die Abwärtswandler 11A, 11B angesteuert bzw. geregelt werden können. Die Recheneinrichtung 43 kann dazu mit einer oder mehreren Messeinrichtungen - vorliegend nicht näher dargestellt - verbunden sein, über welche beispielsweise eine von einem der Elektrolyseure 15A, 15B erzeugte Stoffmenge, ein jeweiliger Widerstand eines oder mehrerer der Elektrolyseure 15A, 15B und/oder ein jeweiliger Stromfluss durch einen oder mehrere der Elektrolyseure 15A, 15B ermittelt werden kann. Die Steuerung und/oder Regelung des Modularen- Multilevel-Umrichter 13 zur Anpassung der Höhe der ersten Gleichspannung 31 bzw. eine Steuerung oder Regelung der Abwärtswandler 11A, 11B zur Anpassung der Höhe der zweiten Gleichspannungen 33A, 33B kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit der bestimmten Stoffmenge und/oder in Abhängigkeit des jeweiligen Widerstandes oder ggf. weiterer Einflussgrößen der Elektrolyseure 11A, 11B und/oder des jeweiligen Stromflusses durch die Elektrolyseure 11A, 11B erfolgen. Externe Faktoren stellen beispielsweise der aktuelle Strompreis sowie die Verfügbarkeit der Erzeugung von Strom aus der Erneuerbaren Energie dar. Dies gilt entsprechend auch für weitere Elektrolyseure sowie weitere Abwärtswandler, welche zusätzlich zu den Anschlusszweigen 45A, 45B vorhanden sein können. Die Abwärtswandler 11A, 11B sowie gegebenenfalls vorhandene, weitere Abwärtswandler sind Bestandteil der Versorgungstopo- logie des Elektrolysesystems 100, an die die Elektrolyseure 11A, 11B sowie gegebenenfalls vorhandene, weitere Elektrolyseure angeschlossen werden können.

FIG 6 zeigt eine Versorgungstopologie eines Elektrolysesystems 100 entsprechend FIG 5 mit einer Überbrückungseinrichtung. Hierbei ist es - entsprechend des in FIG 6 gezeigten Ausführungsbeispiels- zusätzlich vorgesehen, dass ansteuerbare Überbrückungsschalter 47A, 47B mit einem jeweiligen aktivierbaren Schaltelement vorgesehen sind, die ebenfalls über die Recheneinrichtung 43, ansteuerbar sind, so dass bei einem entsprechend geschlossenen Schalter die Abwärtswandler 11A, 11B überbrückt werden können. Bei einem durch den Überbrückungsschalter 47A, 47B überbrückten Abwärtswandler 11A, 11B, also bei einem entsprechend für eine Überbrückung aktivierten Schaltelement für einen jeweiligen Überbrückungspfad, fällt die von dem Modularen-Multilevel-Umrichter 13 erzeugte erste Gleichspannung 31 direkt über dem Elektrolyseur 11A bzw. 11B ab, und zwar unter Überbrückung des jeweiligen Abwärtswandlers 11A, 11B. Bei einer Überbrückung werden mithin die entsprechenden Elektrolyseure 15A, 11A bedarfsweise und wahlweise also unmittelbar aus einem Zwischenkreis der ersten Gleichspannung 31 über die jeweilige Anschlussleitung 9A, 9B versorgt. So ist in FIG 6 exemplarisch der Überbrückungsschalter 47A aktiviert, d.h. der entsprechende Schalter für den Überbrückungspfad geschlossen und der Abwärtswandler 11A überbrückt. Die Überbrückungsschalter 47B ist nicht aktiviert. Das Schaltelement des Überbrückungsschalters 47B ist hier in einem Schaltzustand für eine Bestromung des Abwärtswandlers 11B geschaltet. Hierdurch ist in dem Elektrolysesystem 100 eine Überbrückungseinrichtung mit einer Anzahl von ansteuerbaren Überbrückungsschaltern 47A, 47B bereitgestellt und eine besonders vorteilhafte und energieeffiziente Auslastungssteuerung der an die zentrale DC-Ver sorgungsleitung angeschlossenen Elektrolyseanlagen 1A, 1B ist ermöglicht.

In dem Elektrolysesystem 100 umfasst eine Elektrolyseeinheit 1 zusätzlich zu der beschriebenen Versorgungstopologie auch alle mit ihr verbundenen Elektrolyseure. Diese können beispielsweise jeweils wenigstens eine Protonen-Austausch- Membran umfassen, wobei die Protonen-Austausch-Membran insbesondere zur Erzeugung von Wasserstoff durch die Elektrolyse von deionisiertem und/oder destilliertem Wasser ausgebildet ist. Es ist aber auch möglich, dass Elektrolyseure auf Basis der alkalischen Elektrolyse oder einer Anion-Exchange- Membrane Elektrolyse eingesetzt werden.

Die Anwendung eines Modularen-Multilevel-Umrichter 13 (MMC- Converter) ermöglicht in dem Elektrolysesystem 100 die zentrale Gleichstromversorgung sowie eine Gleichstromübertragung, und zwar bidirektional. Mittels des Modularen-Multilevel- Umrichters 13 können über die eigentliche Übertragungsaufgabe hinausgehende Netzdienstleistungen angeboten werden . Die Anwendung in Kombination mit Elektrolyseanlagen in einem Elektrolysesystem 100 mit einer als DC-Bus ausgestalteten zentralen Versorgungsleitung 5 gemäß der vorliegenden Erf indung ist besonders vorteilhaft . Der Einsatz paralleler modularer Hoch- strom-DC/ DC-Wandler für die zweite Gleichspannung 22 in dem Elektrolysesystem 100 i st für eine industrielle Anwendung in Kombination mit einer Elektrolyseanlage 11A, 11B von großem Vorteil . Die Kopplung von Elektrolyseanlagen 11A, 11B in ei- ner großen Wa s serstoffproduktionsanlage über einen DC-Bus ist dadurch möglich .

Obwohl die Erfindung im Detail durch das bevorzugte Aus führungsbeispiel näher illustriert und beschrieben wurde , so ist die Erfindung nicht durch die of fenbarten Beispiele eingeschränkt und andere Variationen können vom Fachmann hieraus abgeleitet werden , ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlas sen .