{"id":16618,"date":"2024-11-08T11:38:38","date_gmt":"2024-11-08T11:38:38","guid":{"rendered":"https:\/\/danisense.com\/strommessungen-bei-elektrolyseanwendungen\/"},"modified":"2024-11-13T03:47:26","modified_gmt":"2024-11-13T03:47:26","slug":"strommessungen-bei-elektrolyseanwendungen","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/danisense.com\/de\/strommessungen-bei-elektrolyseanwendungen\/","title":{"rendered":"Strommessungen bei Elektrolyseanwendungen"},"content":{"rendered":"\t\t
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Artikel<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Strommessungen bei Elektrolyseanwendungen<\/h1>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\"Danisense\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Einf\u00fchrung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Die Wasserstofftechnologie gilt als ein Schl\u00fcsselelement f\u00fcr eine erfolgreiche Energiewende. Sie erm\u00f6glicht eine erhebliche Reduzierung der Kohlendioxidemissionen, insbesondere im Industrie- und Transportsektor. Wasserstoff kann als Energiequelle gespeichert und transportiert sowie zur Energieumwandlung genutzt werden. Dies wird durch den Prozess der Elektrolyse erm\u00f6glicht. Dabei werden Elektrolyseure eingesetzt, die mit Hilfe von Strom Wasser in seine Bestandteile Wasserstoff (H2) und Sauerstoff (O) spalten (“Power-to-Gas” oder “Power-to-X”). <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Elektrolyseure werden \u00fcberall dort eingesetzt, wo die Wasserstofferzeugung aus logistischer und energetischer Sicht sinnvoll ist – zum Beispiel bei gro\u00dfen Photovoltaikanlagen oder Windparks. Dort kann die erneuerbare Energie direkt vor Ort f\u00fcr die Wasserelektrolyse genutzt werden. Der Wasserstoff kann dann mit Hilfe von Brennstoffzellen wieder in Strom umgewandelt werden. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Der Einsatz von Elektrolyseuren eignet sich auch zur Erzeugung von Wasserstoff, der in das Erdgasnetz eingespeist wird. Bis zu 10% Wasserstoff k\u00f6nnen direkt in das Erdgasnetz eingespeist werden. Alternativ dazu kann er auch durch Methanisierung in Erdgas umgewandelt werden. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Dar\u00fcber hinaus kann Wasserstoff fossile Brennstoffe in einigen CO2-intensiven industriellen Prozessen, wie z.B. im Stahl- oder Chemiesektor, ersetzen und so dazu beitragen, die Treibhausgasemissionen zu reduzieren und die globale Wettbewerbsf\u00e4higkeit weiter zu st\u00e4rken.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Der Wirkungsgrad eines Elektrolyseurs kann anhand der elektrischen Energie definiert werden, die erforderlich ist, um einen Kubikmeter Wasserstoff unter Standardbedingungen zu erzeugen: Bei einem modernen Hochdruckelektrolyseur betr\u00e4gt dieser Bedarf weniger als 4,8 kWh pro m3 (Standardvolumen) bei einem Druck von 12 bar. Dies entspricht einem Wirkungsgrad von 62,5% (basierend auf dem unteren Heizwert von Wasserstoff). <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Effizienz der Elektrolyseanlagen ist der entscheidende technische und wirtschaftliche Faktor bei der elektrochemischen Herstellung von Wasserstoff aus erneuerbaren Energien.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die relativ hohen Stromkosten sind heute neben den Betriebsstunden und der Abschreibung der Anlage ein wichtiger Faktor bei den Kosten der Wasserstoffproduktion. Aus technischer Sicht k\u00f6nnen diese Kosten nur durch eine Steigerung der Gesamteffizienz des Systems gesenkt werden. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Effizienzmessungen und ihre besonderen Aspekte<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Insbesondere bei Wirkungsgradmessungen muss die Gesamtgenauigkeit der Messkette sehr pr\u00e4zise sein. Selbst kleine Verh\u00e4ltnisfehler k\u00f6nnen zu gro\u00dfen Abweichungen bei der Bestimmung von Wirkungsgraden und Verlusten f\u00fchren. Das liegt daran, dass Verluste nicht direkt gemessen werden k\u00f6nnen, sondern nur als Differenz zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung berechnet werden k\u00f6nnen. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Mit den in der obigen Abbildung verwendeten Leistungswerten kann nun eine Beispielrechnung f\u00fcr Stromwandler mit der Verh\u00e4ltnisgenauigkeit von 0,1% durchgef\u00fchrt werden. Im ung\u00fcnstigsten Fall wird der Messwert der Eingangsleistung um 0,1% erh\u00f6ht und gleichzeitig der Messwert der Ausgangsleistung um 0,1% verringert. Dies f\u00fchrt zu dem gr\u00f6\u00dftm\u00f6glichen Fehler bei der Berechnung der Verlustleistung. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn Stromwandler mit einer Genauigkeit von 0,1% zur Messung der Eingangs- und Ausgangsleistung verwendet werden, kann die berechnete Verlustleistung des Testger\u00e4ts, z.B. eines Frequenzumrichters, im schlimmsten Fall um 3,9% vom wahren Wert abweichen. Bei allen anderen notwendigen Komponenten wie Spannungsteilern und dem Leistungsanalysator selbst wird davon ausgegangen, dass sie ideal und fehlerfrei sind. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die folgende Abbildung 2 zeigt die Auswirkungen der verschiedenen Verh\u00e4ltnisfehler bei der aktuellen Messung auf die prozentualen Abweichungen bei der Verlustberechnung.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Messfehler des Leistungsanalysators oder der Spannungssensoren m\u00fcssen in der Praxis ebenfalls ber\u00fccksichtigt werden. Der berechnete Wert von 3,9% ist auf der gr\u00fcnen Linie f\u00fcr die Genauigkeit von 0,1% markiert. Der prozentuale Fehler bei der Verlustberechnung steigt mit zunehmender Effizienz des getesteten Ger\u00e4ts. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Um den Fehler so gering wie m\u00f6glich zu halten, selbst bei Gleichrichtern mit hohem Wirkungsgrad, werden Stromwandler mit einem Amplitudenfehler im ppm-Bereich ben\u00f6tigt.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Effizienzmessungen bei der Wasserstofferzeugung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Bei der Wasserstoffproduktion k\u00f6nnen verschiedene Effizienzanalysen durchgef\u00fchrt werden. Um die elektrischen Komponenten zu bewerten, werden in der Regel die folgenden Effizienzmessungen durchgef\u00fchrt. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die DC-Str\u00f6me liegen oft im zweistelligen kA-Bereich. Danisense bietet in seinem Standardportfolio Stromsensoren an, die kontinuierlich bis zu 10 kA DC messen k\u00f6nnen. Wenn die Werte dar\u00fcber liegen, entscheiden sich viele Kunden daf\u00fcr, Stromwandler in die jeweiligen Stromeingangskan\u00e4le des Netzanalysators einzuschalten. Die folgende Abbildung zeigt eine schematische Darstellung des Messaufbaus im Gleichstromkreis. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Diese Methode verdoppelt nicht nur den Messbereich. Auch die Toleranz der Strommessung wird verdoppelt. Aufgrund der unschlagbaren Genauigkeit der Fluxgate-Stromwandler liegt die Gesamttoleranz jedoch immer deutlich unter der Kundenspezifikation. Das folgende Diagramm zeigt die Genauigkeit des h\u00e4ufig verwendeten DR5000IM. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Wenn das Messger\u00e4t den DC-Offset des Stromwandlers kompensieren kann* (z.B. Nullabgleichfunktion bei der ZES ZIMMER LMG600 Serie), k\u00f6nnen auch bei kleinen Prim\u00e4rstr\u00f6men sehr hohe Genauigkeiten erreicht werden.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Referenzen und Schlussfolgerung<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Danisense Stromwandler wurden in vielen Projekten in Kombination mit ZES ZIMMER Leistungsanalysatoren der LMG600 Serie eingesetzt und empfohlen. Der Kunde kann also bew\u00e4hrte Technologie in einem neuen und anspruchsvollen technischen Bereich einsetzen. Das LMG600 von ZES ZIMMER misst nicht nur hochpr\u00e4zise die TRMS-Werte des Messsignals, sondern zeigt auch die AC- und DC-Komponenten einzeln an. Dank der sehr hohen Aufl\u00f6sung von 18 Bit ist es m\u00f6glich, sehr kleine AC-Komponenten (z.B. durch den Gleichrichter verursachte Ripple-Komponenten) auf dem DC-Signal zu identifizieren und zu analysieren. In Kombination mit den Pr\u00e4zisionsstromwandlern von Danisense, die eine hervorragende DC- und AC-Genauigkeit bieten, steht Ihnen ein perfektes Analysesystem zur Verf\u00fcgung.
Die folgende Abbildung zeigt ein k\u00fcrzlich durchgef\u00fchrtes europ\u00e4isches Projekt zur Messung der Effizienz von Windkraftanlagen. Der Abschlussbericht ist \u00fcber den angegebenen Link frei zug\u00e4nglich. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Die Autoren:<\/span><\/strong><\/p>\n

Roland Buerger – Danisense A\/S
Timothy Hertstein – ZES ZIMMER<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t<\/section>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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