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바이드뮬러 수소 전지 모니터링 시스템 개발

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양극플레이트(양극판)는 수소생산에 사용되는 전해조(전기분해장치)와 연료셀의 핵심이다. 제조과정에 따라서, 플레이트는 수백 개의 양극판으로 구성되는데 한 개의 불량판이 전체 스팩의 성능에 악영향을 미칠 수 있다. 따라서 각 플레이트의 전압을 별도로 모니터링하는 것이 좋다.

 

바이드뮬러는 모니터링을 위한 솔루션을 개발했다. 바이드뮬러 솔루션을 사용하면 폭발 가능성이 있는 영역에서도 안정적으로, 안전하게, 경제적으로 측정된 값을 기록하고 처리할 수 있다.

 

개발 배경

 

그린 수소는 에너지의 원천이자 희망의 원천이다. 이것은 태양광 발전과 풍력 에너지와 같은 더 휘발성이 강한 동력원에 대한 이상적인 보충제가 되게 한다. 또한 일부 전기 분해 공정에서는 폐열을 사용할 수도 있다. 따라서 이 솔루션은 배치될 수 있는 광범위한 가능한 현장이 존재한다. 여기에는 시멘트 공장, 해상 풍력 터빈 시스템 또는 산업용 트럭(예: 지게차)을 작동하기 위해 수소가 발생할 수 있는 회사의 시설이 포함될 수 있다. 원칙적으로 모든 전해질에는 막으로 분리된 두 개의 전극이 필요하다. 수소 분자를 H2와 O2로 분리하기 위한 셀 전압은 약 2.5V이다. 100개의 양극 플레이트 스택의 경우 250V가 된다.

 

그러나 스택 크기와 상호 연결에 따라 수백 볼트에서 1000볼트를 훨씬 초과할 수도 있다. 플레이트의 작동은 최대 20년의 사용 수명이 예상되지만 에이징 과정을 거쳐야 한다. 최악의 셀은 항상 스택의 전체 성능의 좋지 않은 영향을 준다. 이 경우 스택 매개 변수를 조정하면 효율성을 높게 유지하고 셀 성능 저하를 감지할 수 있다. 이를 위해, 플레이트는 상태 모니터링(single cell monitoring), 이른바 단일 셀 모니터링(single cell monitoring)을 통해 지속적이고 개별적으로 모니터링 되어야 한다.

 

바이드뮬러는 전해액 제조업체와의 긴밀한 협력을 통해 기술적이고 실용적인 관점에서 이러한 모니터링을 구현하기 위한 구체적인 솔루션을 개발했다.

 

스택의 안전한 측정 지점

 

스택은 Zone 1 또는 2 폭발 위험 구역에 위치한 수백 개의 셀을 포함할 수 있다. 따라서 폭발 구역에 대한 높은 요구사항을 준수하는 것이 필수적이다. 양극 플레이트에 연결하는 케이블은 안전하게 연결되어야 하며 가능한 한 최단 경로를 통해 폭발 구역 밖으로 연결되어야 한다. 바이드뮬러는 이에 필요한 전체 제품 포트폴리오를 제공한다. 플레이트 연결커텍터에서부터, 데이터 전처리, 데이터 통신 및 데이터 분석을 포함한 버스 연결에 이른다.

 

가장 일반적인 공정(PEM 및 알칼리성 전기 분해) 중 스택의 온도는 60–100°C이다. 이 경우, 커텍터는 일반적으로 사용되는 블레이드 소켓과 최대 125°C의 저항 등급을 가진 실리콘 라인을 사용하여 설계할 수 있다.

 

단일 연결 외에도, PCB 기판에 커넥터를 연결해 사용하여 다중 폴 연결이 가능하다. 여러 개의 보드를 하나의 플러그인 프로세스만으로 연결할 수 있다. 그리고 스택의 온도 연관 확장을 고려해야 한다. 이는 PEM 전기 분해에 사용되는 일반적인 스택에 상당한 시간 절약을 제공한다.

 

바이드뮬러는 자체 전자부품 생산을 하며, 고객 맞춤형 스택 솔루션을 제공할 수 있다. 전압 탭 및 분석 장치로의 전위 전송에 사용할 수 있는 다양한 바이드뮬러의 제품(예: 플러그인 커넥터 및 신호 분기박스)이 있다. 이를 통해 고객별 맞춤형 스택 솔루션을 사용할 수 있다.

 

 

고객 요구 사항을 충족하는 인터페이스 솔루션

 

전기 분해 시스템에는 커버가 있는 창고에 설치하거나 모듈식 컨테이너 솔루션으로 설치하는 등 다양한 유형이 있다. 후자는 크게 독립적이고 분산된 방식으로 운영될 수 있다. 이러한 변환된 선적 컨테이너는 이미 해상 풍력 터빈 시스템과 함께 설치하는 것이 고려되고 있다. 유형에 관계없이 신호는 안정적으로 수집되고 라우팅되어야 한다. 포괄적인 시스템 모니터링에는 셀 전압뿐만 아니라 전력 소비, 온도, 시스템 압력, 유량 등의 다른 매개 변수도 포함된다.

 

바이드뮬러는 센서를 연결하기 위해 M12 포트가 있는 패시브 방폭 신호 분배 박스를 이미 개발했다. 시장에 나와 있는 대부분의 다른 제품과 달리 이러한 제품은 Zone 1에서도 사용할 수 있다. Y라인을 통해 최대 16개의 센서 또는 밸브를 제어할 수 있으며 유지보수가 필요한 경우 구성 요소를 쉽게 교체할 수 있다.

 

또 다른 하이라이트는 플러그형 어댑터 보닛으로, 중앙 제어 장치 없이 연결된 센서 또는 액추에이터를 테스트하는 데 사용할 수 있다. 이 솔루션은 센서와 액추에이터의 신호가 분산 수집되어 캡슐화된 컨트롤러로 라우팅되는 컨테이너의 모듈식 시스템 구조에 이상적이다.

 

그러나 바이드뮬러는 배선뿐만 아니라 데이터 처리 솔루션도 제공한다. 이는 Zone 2의 폭발 가능성이 있는 조건(Ex certificated)에 사용이 승인된 u-remote에 의해 가능하다. 처리된 데이터는 게이트웨이 또는 라우터로 전송된다. 바이드뮬러는 PROFINET, Modbus TCP 및 이더넷과 같은 모든 일반적인 필드버스 프로토콜에 대한 솔루션을 제공한다. LAN 연결 외에도 IoT 박스를 통해 고객 또는 바이드뮬러의 자체 클라우드에 연결할 수 있다. 즉, 원거리 배치된 시스템도 외부에서 모니터링할 수 있다. 이를 통해 사용자뿐만 아니라 시스템 제조업체도 진단, 서비스 또는 지원을 위해 시스템에 액세스할 수 있다.

 

또한 바이드뮬러는 폭발 지역에서 사용하도록 승인된 특수 하우징을 제공하며 그 내부에 일반적 산업 부품이 설치될 수 있다. Barrier를 Galvanic Isolation에 사용하여 Zone 0까지 안전하게 연결할 수 있다. 이를 통해 사용자는 신호를 Zone 0에서 컨트롤러까지 쉽고, 안전하고, 효율적으로 라우팅할 수 있다.

 

위에서 언급한 바와 같이, 원활한 CMS(Condition monitoring system)는 광범위한 모니터링 작업을 포함한다. 여기에는 정류기 전력 소비의 업스트림 기록이 포함된다. 정확한 측정 데이터를 통해 작업자는 서비스가 필요한 시점을 스스로 결정할 수 있다. 마찬가지로 스택은 해당 상황에 따라 다른 매개 변수를 변경하여 최적의 작동 지점을 유지할 수 있다. 이것은 확실히 원격 시스템에 대한 경제적인 접근 방식이다.










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