Schwimmende oder tauchende Einrichtung mit einem Elektroly- seur

Die Erfindung betrifft eine schwimmende oder tauchende Ein ^¬ richtung, insbesondere ein Über- oder Unterwasserschiff, mit Brennstoffzellen zur Erzeugung elektrischer Energie für elektrische Verbraucher an Bord der Einrichtung, wobei die Brennstoffzellen mit Wasserstoff als Brennstoff betreibbar sind; eine derartige schwimmende oder tauchende Einrichtung ist beispielsweise aus der WO 2005/073077A2 bekannt.

Brennstoffzellen ermöglichen eine emissionsfreie und geräuscharme Erzeugung elektrischer Energie. Aufgrund dieser Vorteile kommen Brennstoffzellen zunehmend in schwimmenden oder tauchenden Einrichtungen zur Erzeugung elektrischer Energie für elektrische Verbraucher an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung zum Einsatz. Beispiele für derar tige schwimmende oder tauchende Einrichtungen sind Überwas ^¬ serschiffe, Unterwasserschiffe (Unterseeboote) , UMVs (Unman- ned Marine Vehicles) oder Offshore-Plattformen . Elektrische Verbraucher sind beispielsweise ein Propulsionsantrieb, Pum ^¬ pen, Beleuchtung, Klimatisierung, Geräte der Nautik und der Betriebsführung sowie zugehörige Automatisierungs- und Steue rungskomponenten) . Als Brennstoffzellen kommen beispielsweis PEM-, MCFC-, MDFC-, SOFC- oder alkalische Brennstoffzellen zum Einsatz.

So weisen beispielsweise bereits viele moderne Unterseeboote einen außenluftunabhängigen Antrieb auf, bei dem Brennstoffzellen zusammen mit einer Batterie bei Tauchfahrt einen elektrischen Propulsionsantrieb des Unterseebootes sowie sämtliche weiteren elektrische Verbraucher an Bord des Unter seebootes mit elektrischer Energie versorgen. Bei Schnorchel fahrt oder im aufgetauchten Zustand erfolgt die Energieversorgung dagegen durch einen Dieselgenerator. Ein derartiges Unterseeboot ist beispielsweise aus der WO 2005/073077A2 be- kannt . Die Brennstoffzellen werden dabei üblicherweise mit technisch reinem Wasserstoff als Brennstoff und technisch reinem Sauerstoff als Oxidationsmittel betrieben. Der Wasser ^¬ stoff und der Sauerstoff sind hierzu in speziellen Tanks an Bord oder an der Außenhülle des Unterseebootes gespeichert.

Außerdem sind beispielsweise aus der WO 2004/026685 A2 Navy- Überwasserschiffe wie z.B. Fregatten bekannt, die luftbetrie ^¬ bene Brennstoffzellen aufweisen, die elektrische Verbraucher einschließlich des Propulsionsantriebs an Bord des Schiffes in speziellen Einsatzzuständen (z.B. emissionsloser Propulsi- onsantrieb) des Schiffes mit elektrischer Energie versorgen. Weiterhin sind Überwasserschiffe bekannt, die Brennstoffzel ^¬ len als Hilfsstromversorgung (APU-Auxiliary Power Unit) für elektrische Verbraucher an Bord des Schiffes aufweisen. Die Brennstoffzellen werden in diesen Fällen üblicherweise mit technisch reinem Wasserstoff als Brennstoff und Luft als Oxi ^¬ dationsmittel betrieben. Der Wasserstoff wird hierzu in spe ^¬ ziellen Tanks an Bord des Schiffes gespeichert.

Wenn die Wasserstoffvorräte und ggf. die Sauerstoffvorräte an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung erschöpft sind, müssen diese von außerhalb der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung erneuert werden. Dies kann beispielsweise in einem Hafen oder durch ein Versorgungsschiff erfolgen.

Speziell der Wasserstoff kann alternativ auch direkt an Bord mit Hilfe eines Reformers aus Dieselkraftstoff, Methanol, Ethanol oder Erdgas erzeugt werden. Eine derartige Lösung ist beispielsweise aus der EP 1354387 Bl bekannt. Allerdings ist dies mit größerem technischen Aufwand verbunden und es muss an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung Betriebsstoff für den Reformer mitgeführt werden, der ebenfalls erschöpfen kann. Außerdem werden durch den Reformer Emissio- nen erzeugt.

Es ist deshalb Aufgabe vorliegender Erfindung, bei einer schwimmenden oder tauchenden Einrichtungen mit Brennstoffzel- len zur Erzeugung elektrischer Energie für elektrische

Verbraucher an Bord der Einrichtung eine emissionsfreie und geräuscharme Versorgung der Brennstoffzellen mit Wasserstoff, wenn benötigt auch mit Sauerstoff, direkt an Bord der schwim ^¬ menden oder tauchenden Einrichtung bereitzustellen, wobei dies auch unter außenluftunabhängigen Betriebsbedingungen und mit geringem Platzbedarf möglich sein soll.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt durch eine schwimmende oder tauchende Einrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung sind jeweils Gegenstand der Unteransprüche .

Eine erfindungsgemäße schwimmende oder tauchende Einrichtung weist einen Elektrolyseur zur Erzeugung von Wasserstoff für die Brennstoffzellen durch eine Elektrolyse von Wasser unter Verwendung von elektrischer Energie sowie einen Wasserstoffspeicher zur Speicherung des von dem Elektrolyseur erzeugten Wasserstoffs vor dessen Zufuhr zu den Brennstoffzellen auf.

Ein Elektrolyseur ist eine Vorrichtung, die Wasser mit Hilfe von elektrischem Strom in Wasserstoff und Sauerstoff zerlegt. Ein Elektrolyseur besteht üblicherweise aus mehreren elekt ^¬ risch in Serie geschalteten Elektrolysezellen, die jeweils aus einer Anode und einer Kathode bestehen. Im Fall von alka ^¬ lischen Elektrolysezellen befindet sich zwischen der Anode und der Kathode ein Elektrolyt, üblicherweise Kalilauge, und eine gasdichte Membran. Im Fall von PEM-Elektrolysezellen befindet sich zwischen der Anode und der Kathode eine Polymer- Elektrolyt-Membran .

Ein Elektrolyseur arbeitet geri uschlos und emissionsfrei. Er benötigt zu seinem Betrieb nur elektrischen Strom und Wasser die an Bord einer schwimmenden oder tauchenden Einrichtung üblicherweise schon für andere Zwecke vorhanden sind oder al Nebenprodukte erzeugt werden. V asser wird auch von den Brenn stoffzellen als Reaktionsprodul t erzeugt. Zudem kann das Was ser für den Betrieb des Elektrolyseurs auch durch eine Aufbe ^¬ reitung aus Fluss- oder Seewasser gewonnen und steht somit weltweit prinzipiell unbegrenzt zur Verfügung. Der Elektroly- seur erzeugt dabei technisch reinen Wasserstoff und Sauer- stoff, die eine hohe Energiedichte aufweisen. Es ist somit nur relativ wenig zusätzlicher apparativer Aufwand und Platzbedarf für die Wasserstofferzeugung notwendig. Wesentlich ist auch, dass der Elektrolyseur zu seinem Betrieb keine Außenluft benötigt, so dass er auch bei einem außenluftunabhängi- gen Betrieb der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung betrieben werden kann. Der Elektrolyseur kann dabei auch einen modularen Aufbau aus mehreren einzelnen Modulen mit jeweils mehreren Elektrolysezellen aufweisen, wobei die Module ein- gangsseitig elektrisch in Serie und/oder parallel geschalte- ten sind.

Durch den WasserstoffSpeicher kann die Wasserstofferzeugung zeitlich von dem Wasserstoffverbrauch durch die Brennstoffzellen entkoppelt werden, d.h. die Erzeugung des Wasserstoffs kann beispielsweise erfolgen, wenn elektrische Überschuss ^¬ energie an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung für den Betrieb des Elektrolyseurs vorhanden ist, und ist nicht an einen gleichzeitigen Verbrauch des Wasserstoffs in den Brennstoffzellen gebunden.

Wenn die Brennstoffzellen mit reinem Sauerstoff oder mit Sauerstoffangereicherter Luft betrieben werden, weist die schwimmende oder tauchende Einrichtung von Vorteil zusätzlich auch einen SauerstoffSpeicher zur Speicherung des von dem Elektrolyseur erzeugten Sauerstoffs vor dessen Zufuhr zu den Brennstoffzellen auf. Hierdurch kann auch die Sauerstofferzeugung zeitlich von dem Sauerstoffverbrauch durch die Brennstoffzellen entkoppelt werden. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die schwimmende oder tauchende Einrichtung einen Wasserspeicher zur Speicherung von Wasser für die Elektrolyse auf. In dem Wasserspeicher kann von anderen Nebenprozessen (z.B. von den Brennstoffzellen) erzeugtes Wasser oder behandeltes Flussoder Seewasser unabhängig von dem aktuellen Wasserverbrauch des Elektrolyseurs zwischengespeichert werden und steht dann bei Bedarf für den Elektrolyseur zur Verfügung.

Die Brennstoffzellen können dabei mit dem Wasserspeicher zur Zufuhr von Produktwasser der Brennstoffzellen zu dem Wasserspeicher verbunden sein.

Zur Verringerung des Platzbedarfs für den WasserstoffSpeicher und/oder SauerstoffSpeicher kann ein Kompressor und/oder eine Kühleinrichtung zur Komprimierung und/oder Verflüssigung des Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vor dessen Zufuhr zu dem WasserstoffSpeicher bzw. SauerstoffSpeicher vorhanden sein. Zur Erzeugung der elektrischen Energie für den Elektrolyseur kann die schwimmende oder tauchende Einrichtung einen von einer Antriebsmaschine angetriebenen Generator aufweisen. Bei der Antriebsmaschine kann es sich beispielsweise um eine Verbrennungskraftmaschine (z.B. einen Dieselmotor oder eine Gasturbine) , eine Dampfturbine oder eine Abgasturbine han ^¬ deln. Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung handelt es sich bei der Dampfturbine oder Abgasturbine um eine Turbine eines Abwärmenutzungsystems (waste heat recovery Sys ^¬ tem) .

Bevorzugt dient der Generator nicht nur zur Versorgung des Elektrolyseurs, sondern auch der anderen elektrischen

Verbraucher an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung mit elektrischer Energie und ist hierzu mit diesen elektrischen Verbrauchern elektrisch verbindbar bzw. verbunden .

Von Vorteil ist der Generator über einen Gleichrichter mit dem Elektrolyseur verbunden. Der Gleichrichter ist dabei bevorzugt derart steuerbar, dass er dem Elektrolyseur auch bei unterschiedlicher Höhe und Frequenz einer von dem Generator erzeugten Wechselspannung bedarfsgerecht eine für den Betrieb des Elektrolyseurs benötigte Gleichspannung bereitstellt. Hierdurch können handelsübliche Elektrolyseure zum Einsatz kommen, die eingangsseitig nicht speziell an den Generator angepasst werden müssen. Für eine flexible und bedarfsgerechte Versorgung des Elektro ^¬ lyseurs und anderer Verbraucher an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung sind der Generator, die Brennstoffzellen, der Elektrolyseur und die elektrischen Verbraucher bevorzugt an ein gemeinsames elektrisches Netz angeschlossen.

Das elektrische Netz umfasst dabei von Vorteil ein Gleich ^¬ stromnetz und der Elektrolyseur ist eingangsseitig mit dem Gleichstromnetz verbindbar. Hierdurch kann ein besonders ausfallsicherer Betrieb des Elektrolyseurs gewährleistet werden. Parallel zu dem Generator kann auch eine Batterie geschaltet sein. Hierdurch kann elektrische Überschussenergie an Bord der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung besonders flexibel in unterschiedlichen Energiespeichern zwischengespeichert und bei Nichtverfügbarkeit des Generators für die elektri- sehen Verbraucher zur Verfügung gestellt werden.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist der Energieverbrauch des Elektrolyseurs durch eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung steuerbar und/oder regelbar. Der Energieverbrauch kann dann optimal auf die zu einem bestimmten Zeitpunkt für den Elektrolyseur zur Verfügung stehende elektrische Energie angepasst werden.

Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung ist bevorzugt dazu eingereichtet, den Energieverbrauch des Elektrolyseurs derart zu steuern und/oder zu regeln, dass eine Antriebsmaschine zum Antrieb eines Generators zur Erzeugung elektrischer Energie für den Elektrolyseur in einem vorgegebenen Betriebspunkt, insbesondere in einem Betriebspunkt mit einem optimalen Wir- kungsgrad, arbeitet.

Gemäß einer weiteren besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung dazu eingerich- tet, eine Energieerzeugung durch zumindest einen Generator sowie den Energieverbrauch der elektrischen Verbraucher und des Elektrolyseurs in Abhängigkeit von einer benötigten Was ^¬ serstoff- und oder Sauerstoffmenge zu steuern und/oder zu re- geln, insbesondere derart zu steuern und/oder zu regeln, dass der Elektrolyseur in einem Betriebspunkt mit maximaler Wasserstoff- und/oder Sauerstofferzeugung arbeitet.

Es ist dabei auch möglich, dass der Elektrolyseur einige oder alle der Brennstoffzellen umfasst, d.h. die Brennstoffzellen erzeugen im Brennstoffzellenbetrieb elektrischen Strom und im Elektrolysebetrieb Wasserstoff und Sauerstoff.

Weiterhin kann der Elektrolyseur und/oder der SauerstoffSpeicher auch an ein Lufterneuerungssystem der schwimmenden oder tauchenden Einrichtung zu dessen Versorgung mit Sauerstoff angeschlossen sein. Somit kann auf Seite des Lufterneuerungs ^¬ systems eine Sauerstofferzeugung und/oder -speicherung entfallen oder zumindest reduziert werden.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gemäß Merkmalen der Unteransprüche werden im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen in den Figuren näher erläutert. Darin zeigen:

FIG 1 ein Gleichstromnetz eines Unterseebootes mit einem

Elektrolyseur und

FIG 2 ein elektrisches Netz eines Überwasserschiffes mit einem Elektrolyseur.

Die FIG 1 zeigt in vereinfachter prinzipieller Darstellung ein bemannten Unterseeboot 1 mit einem Gleichstrom-Fahrnetz 2, das aus zwei Teilnetzen 3, 4 besteht, die über eine Netzkupplung 5 miteinander verbunden sind. Jedes der Teilnetze 3, 4 weist zur Erzeugung elektrischer Energie einen Generator 6 auf, der von einer Antriebsmaschine, hier von einem Dieselmotor 7, angetrieben wird und über einen Gleichrich- ter 8 in das jeweilige Teilnetz 3 bzw. 4 einspeist. Parallel zu der Kombination aus Generator 6 und Gleichrichter 8 ist jeweils eine Batterie 9 geschaltet. Außerdem ist parallel da ^¬ zu eine Brennstoffzellenanlage 10 als Energieerzeuger ge- schaltet.

Die erzeugte Energie dient zur Speisung eines ebenfalls pa ^¬ rallel dazu geschalteten DC-Motors oder DC-gespeisten Motors 11 zum Antrieb eines Propellers 12 des Unterseebootes 1 und weiterer elektrischer Verbraucher 13, die - ggf. auch über einen Wechselrichter 14 und ein Bordnetz 15 - mit dem Fahrnetz 2 verbunden sind. Die Brennstoffzellenanlage 10 kann auch über einen nicht näher dargestellten DC/DC-Steller mit dem Gleichstrom-Fahrnetz 2 verbunden sein. Die einzelnen Kom- ponenten sind über nicht näher dargestellte Schalter an das Gleichstrom-Fahrnetz 2 angeschlossen.

Beispielsweise hat das Gleichstrom-Fahrnetz 2 eine Nennspannung im Bereich von 400 - 800 V de, insbesondere von 600 V de, der Motor 11 eine Leistung im Bereich von 500 kW bis 10 MW, insbesondere von 2 MW, die Generatoren eine Leistung im Bereich von 0.5 bis 6 MW und die Brennstoffzellenanlage 10 eine Leistung im Bereich von 50 bis 1000 kW, insbesondere von 500 kW.

Bei einer Schnorchelfahrt oder im aufgetauchten Zustand des Unterseebootes werden der Motor 11 und die Verbraucher 13 durch die Generatoren 6 und bei Tauchfahrt durch die Batte ^¬ rien 9 und/oder die Brennstoffzellenanlage 10 mit elektri- scher Energie versorgt.

Die Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanlage 10 werden mit technisch reinem Wasserstoff und reinem Sauerstoff betrieben. Der Wasserstoff und der Sauerstoff werden durch einen Elek- trolyseur 20 erzeugt, der an seinem elektrischen Eingang über nicht näher dargestellten Schalter sowohl mit dem ersten Teilnetz 3 als auch mit dem zweiten Teilnetz 4 verbindbar ist und somit einen weiteren elektrischen Verbraucher darstellt.

Zur Zwischenspeicherung des von dem Elektrolyseur 20 erzeug- ten Wasserstoffes und Sauerstoffes weist das Unterseeboot 1 einen WasserstoffSpeicher 21 und einen SauerstoffSpeicher 22 auf, die mit einem Wasserstoffausgang bzw. einem Sauerstoffausgang des Elektrolyseurs 20 verbunden sind, um ihnen den erzeugten Wasserstoff und Sauerstoff zuzuführen.

Auch die Brennstoffzellenanlage 10 ist mit dem Wasserstoff ^¬ speicher 21 und dem SauerstoffSpeicher 22 verbunden, so dass der Brennstoffzellenanlage 10 Wasserstoff aus dem Wasser ^¬ stoffSpeicher 21 und Sauerstoff aus dem SauerstoffSpeicher 22 zuführbar ist.

Zur Verringerung des Platzbedarfs für den WasserstoffSpeicher 21 und/oder SauerstoffSpeicher 22 kann ein Kompressor

und/oder eine Kühleinrichtung 26 zur Komprimierung und/oder Verflüssigung des Wasserstoffes und/oder Sauerstoffes vor dessen Zufuhr zu dem WasserstoffSpeicher 21 bzw. Sauerstoffspeicher 22 vorhanden sein. Weiterhin kann eine entsprechende Einrichtung zur Aufbereitung (z.B. Dekomprimierung und/oder Verdampfung) des gespeicherten Wasserstoffes und/oder Sauer- Stoffes vor dessen Zufuhr zur der Brennstoffzellenanlage 10 vorhanden sein.

Das Unterseeboot 1 weist weiterhin einen mit einem Wasserzu ^¬ fuhreingang des Elektrolyseurs 20 verbundenen Wasserspeicher 23 zur Speicherung von Wasser für die Elektrolyse auf. Der Wasserspeicher 23 ist mit der Bennstoffzellenanlage 10 zur Zufuhr von Produktwasser der Brennstoffzellen zu dem Wasserspeicher 23 verbunden. Der Energieverbrauch des Elektrolyseurs 20 ist hierbei durch eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 steuerbar und/oder regelbar und kann somit optimal auf die zu einem be- stimmten Zeitpunkt in dem Gleichstrom-Fahrnetz 2 zur Verfügung stehende elektrische Energie angepasst werden.

Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 weist dabei eine erste Steuer- und/oder Regelfunktion 31 auf, die dazu eingerichtet ist, den Energieverbrauch des Elektrolyseurs 20 der ^¬ art zu steuern und/oder zu regeln, dass der den Generator 6 antreibende Dieselmotor 7 bzw. die die Generatoren 6 antreibenden Dieselmotoren 7 in einem vorgegebenen Betriebspunkt, insbesondere in einem Betriebspunkt mit einem optimalen Wir ^¬ kungsgrad, arbeitet bzw. arbeiten. Wenn sich beispielsweise die Dieselmotoren 7 in einem Betriebspunkt mit Teillast und somit einem schlechten Wirkungsgrad befinden, wird der Energieverbrauch des Elektrolyseurs 20 erhöht und die Dieselmoto- ren 7 werden in einen Betriebspunkt mit erhöhter Leistungsab ^¬ gabe und folglich einem besseren Wirkungsgrad gebracht. Umge ^¬ kehrt wird durch die erste Steuer- und/oder Regelfunktion 31 bei einer Überlastung der Dieselmotoren 7 und einem damit verbundenen schlechten Wirkungsgrad der Energieverbrauch des Elektrolyseurs 20 reduziert und somit die Dieselmotoren 7 in einen Betriebspunkt mit niedrigerer Leistungsabgabe und folg ^¬ lich einem besseren Wirkungsgrad gebracht.

Außerdem weist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 eine zweite Steuer- und/oder Regelfunktion 32 auf, dazu eingerichtet ist, die Energieerzeugung durch den Generator 6 bzw. die Generatoren 6 sowie den Energieverbrauch des Motors 11, der weiteren elektrischen Verbraucher 13 und des Elektrolyseurs 20 in Abhängigkeit von einer benötigten Was- serstoffmenge und/oder Sauerstoffmenge zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere derart zu steuern und/oder zu regeln, dass der Elektrolyseur in einem Betriebspunkt mit maximaler Wasserstoff- und/oder Sauerstofferzeugung arbeitet. Ist für das Unterseeboot 1 beispielsweise in Kürze eine län ^¬ gere Tauchfahrt im außenluftunabhängigen Brennstoffzellenbe- trieb geplant, für die ein möglichst großer Vorrat an Wasser ^¬ stoff und Sauerstoff zur Verfügung stehen soll, so sorgt die zweite Steuer- und/oder Regelfunktion 32 dafür, dass dem Elektrolyseur 20 eine maximal von ihm aufnehmbare Energie zur Verfügung steht, so dass er in kürzester Zeit den größtmögli ^¬ chen Ausstoß an Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Die ande- ren elektrischen Verbraucher müssen hierbei in ihrem elektrischen Verbrauch gegenüber dem Elektrolyseur 20 zurücktreten.

Die erste und die zweite Steuer- und/oder Regelfunktion 31, 32 können dabei in Software und/oder Hardware realisiert sein und bei Bedarf entweder manuell von der Brücke des Untersee ^¬ bootes 1 oder automatisch durch ein übergeordnetes Automati ^¬ sierungssystem ausgewählt werden. Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 30 ist hierzu bevorzugt in ein übergeordne ^¬ tes Automatisierungssystem des Unterseebootes 1 integriert.

Der SauerstoffSpeicher 22 ist zusätzlich auch an ein Lufterneuerungssystem 25 des Unterseebootes 1 zu dessen Versorgung mit Sauerstoff angeschlossen. Somit kann auf Seite des Luft ^¬ erneuerungssystems 25 eine separate Sauerstofferzeugung und/oder -speicherung entfallen oder zumindest reduziert werden .

Die FIG 2 zeigt in vereinfachter und prinzipieller Darstellung ein Überwasserschiff 41 mit einem elektrischen Wechsel- spannungsnetz 42, das ebenfalls aus zwei Teilnetzen 43, 44 besteht, die über eine Netzkupplung 45 miteinander verbunden bzw. verbindbar sind. Jedes der Teilnetze 43, 44 weist zur Erzeugung elektrischer Energie zwei Generatoren 46 auf, die von jeweils einer Antriebsmaschine, hier von einem mittel- schneilaufendem Dieselmotor 47, angetrieben werden.

Für eine emissionsfreie Stromversorgung im Hafen oder in emissionssensiblen Gewässern (z.B. in der Arktis oder in Fjorden) ist außerdem eine Brennstoffzellenanlage 50 vorhan- den, die über einen Wechselrichter 81 mit beiden Teilnetzen

43, 44 verbunden ist. Außerdem speist ein von einer Dampfturbine oder Abgasturbine 83 angetriebener Generator 82 eines Abwärmenutzungssystems 84 in das Teilnetz 43 ein. Die erzeugte Energie dient zur Speisung elektrischer Motoren 51 zum Antrieb jeweils eines Propellers 52 des Überwasser ^¬ schiffes 41 und weiterer elektrischer Verbraucher 53, die mit dem Netz 42 verbunden sind. Die elektrischen Motoren 51 und die weiteren Verbraucher 53 können dabei über Transformatoren 85 und Umrichter 86 (z.B. Spannungszwischenkreisumrichter, Stromzwischenkreisumrichter) sowie ein Niederspannungsbordnetz mit dem Netz 42 verbunden sein. Die einzelnen Komponenten sind über nicht näher dargestellte Schalter an das Netz 42 angeschlossen.

Bei dem Schiff handelt es sich beispielsweise um ein Kreuz ^¬ fahrtschiff mit einem dieselelektrischen Antriebssystem, wo- bei das elektrische Netz 42 eine Nennspannung im Bereich von 6 - 12 kVac, insbesondere von 6.6 kVac oder 11 kVac, die Mo ^¬ toren 51 in der Summe eine Gesamtpropulsionsleistung von 10 bis 100 MW haben und die Generatoren in der Summe eine Gesamtleistung im Bereich von 10 bis 150 MW und die Brennstoff- zellenanlage eine Leistung im Bereich von 2 bis 5 MW erzeugen .

Die Brennstoffzellen der Brennstoffzellenanlage 10 werden mit reinem Wasserstoff als Brennstoff und Luft als Oxidant be- trieben.

Der Wasserstoff wird durch einen Elektrolyseur 60 erzeugt, der an seinem elektrischen Eingang über nicht näher dargestellten Schalter und einen Gleichrichter 80 sowohl mit dem ersten Teilnetz 43 als auch mit dem zweiten Teilnetz 44 verbindbar ist und somit einen weiteren elektrischer Verbraucher darstellt .

Zur Zwischenspeicherung des von dem Elektrolyseur 60 erzeug- ten Wasserstoffes weist das Schiff 41 einen WasserstoffSpei ^¬ cher 61 auf, der mit einem Wasserstoffausgang des Elektrolyseurs 60 verbunden ist, um ihm den erzeugten Wasserstoff zuzuführen . Auch die Brennstoffzellenanlage 50 ist mit dem Wasserstoff ^¬ speicher 61 verbunden, so dass der Brennstoffzellenanlage 50 Wasserstoff aus dem WasserstoffSpeicher 61 zuführbar ist. Daneben ist der Brennstoffzellenanlage 50 Umgebungsluft des Schiffes als Oxidant zuführbar.

Zur Verringerung des Platzbedarfs für den WasserstoffSpeicher 61 können ein nicht näher dargestellter Kompressor und/oder eine Kühleinrichtung zur Komprimierung und/oder Verflüssigung des Wasserstoffes vor dessen Zufuhr zu dem WasserstoffSpei ^¬ cher 61 vorhanden sein. Weiterhin kann eine entsprechende Einrichtung zur Aufbereitung (z.B. Dekomprimierung und/oder Verdampfung) des gespeicherten Wasserstoffes vor dessen Zufuhr zur der Brennstoffzellenanlage 50 vorhanden sein.

Das Schiff 41 weist weiterhin einen mit einem Wasserzufuhreingang des Elektrolyseurs 60 verbundenen Wasserspeicher 63 zur Speicherung von Wasser für die Elektrolyse auf. Der Wasserspeicher 63 ist mit der Bennstoffzellenanlage 50 zur Zu- fuhr von Produktwasser der Brennstoffzellen zu dem Wasserspeicher 63 verbunden. Der von dem Elektrolyseur 60 erzeugte Sauerstoff kann in einem SauerstoffSpeicher 62 gespeichert und einer weiteren Verwendung, z.B. zur Sauerstoffanreiche- rung der der Brennstoffzellenanlage 50 zugeführten Luft, zu- geführt.

Der Energieverbrauch des Elektrolyseurs 60 ist hierbei durch eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 70 steuerbar und/oder regelbar und kann somit optimal auf die zu einem be- stimmten Zeitpunkt in dem Netz 42 zur Verfügung stehende elektrische Energie angepasst werden.

Die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 70 weist dabei eine erste Steuer- und/oder Regelfunktion 71 auf, die dazu einge- richtet ist, den Energieverbrauch des Elektrolyseurs 60 der ^¬ art zu steuern und/oder zu regeln, dass die Dieselmotoren 47 in einem vorgegebenen Betriebspunkt, insbesondere in einem Betriebspunkt mit einem optimalen Wirkungsgrad, arbeiten. Insbesondere ist es möglich, den Energieverbrauch des

Elektrolyseurs 60 derart zu steuern und/oder zu regeln, dass durch den Elektrolyseur 60 und die anderen elektrischen

Verbraucher 51, 53 die gesamte durch das Abwärmenutzungssys- tem 84 erzeugte elektrische Energie abgenommen wird. Eventu ^¬ ell vorhandene Überschussenergie kann dann durch den Elektro ^¬ lyseur 60 in Wasserstoff und Sauerstoff umgesetzt werden und geht dadurch nicht verloren. Hierdurch kann der Wirkungsgrad des Gesamtsystems optimiert werden.

Außerdem weist die Steuer- und/oder Regelungseinrichtung 70 eine zweite Steuer- und/oder Regelfunktion 72 auf, dazu eingerichtet ist, die Energieerzeugung durch die Generatoren 46, 82 sowie den Energieverbrauch der Motoren 51, der weiteren elektrischen Verbraucher 53 und des Elektrolyseurs 60 in Abhängigkeit von einer benötigten Wasserstoffmenge zu steuern und/oder zu regeln, insbesondere derart zu steuern und/oder zu regeln, dass der Elektrolyseur 60 in einem Betriebspunkt mit maximaler Wasserstofferzeugung arbeitet, so dass eine ma- ximale Wasserstoffmenge pro Zeiteinheit erzeugt wird. Ist für das Schiff 51 beispielsweise in Kürze ein längerer Hafenauf ^¬ enthalt oder ein Aufenthalt in emissionssensiblen Gewässern geplant, für die eine möglichst lange Brennstoffzellen- Stromversorgung und somit ein möglichst großer Vorrat an Was- serstoff zur Verfügung stehen soll, so sorgt die zweite Steu ^¬ er- und/oder Regelfunktion 72 dafür, dass dem Elektrolyseur 60 eine maximal von ihm aufnehmbare Energie zur Verfügung steht, so dass er in kürzester Zeit den größtmöglichen Ausstoß an Wasserstoff und Sauerstoff erzeugt. Die anderen elektrischen Verbraucher müssen hierbei in ihrem elektrischen Verbrauch gegenüber dem Elektrolyseur 60 zurücktreten.