PC-basierte Steuerungstechnik von Beckhoff treibt das modulare Wasserstoff-Energiesystem von H2 Powercell an

H2 Powercell und Beckhoff arbeiten bei der Umsetzung des H2PowerCube zusammen, einem containerbasierten System, das Elektrolyseure, Brennstoffzellen und Batteriespeicher für eine dezentrale Energieversorgung kombiniert. Diese technische Lösung unterstützt die Betriebsstabilität von Stromnetzen in Anwendungen wie Wasserstofftankstellen, industriellen Microgrids und komplexen Sektorenkopplungsprojekten.




Operative Herausforderungen und Rollen der Partner
Die Integration schwankender erneuerbarer Energiequellen erfordert leistungsfähige Speichersysteme. H2 Powercell entwickelt modulare verfahrenstechnische Anlagen als Alternative zu starren, monolithischen Wasserstoffanlagen. Diese strukturelle Modularität erfordert eine Automatisierungsarchitektur, die große Datenmengen in harter Echtzeit verarbeitet und gleichzeitig komplexe thermodynamische Prozesse synchronisiert. Beckhoff liefert hierfür die erforderliche Automatisierungstechnik und stellt als Anbieter des Steuerungssystems sicher, dass die Systemdynamik innerhalb der physikalischen Grenzen eines einzelnen Containers beherrscht wird.




Systemarchitektur und technische Integration
Der H2PowerCube kann bis zu 24 Elektrolyseurmodule kaskadieren und erreicht damit eine Leistung von 1,2 Megawatt. Das zentrale Element des Containersystems ist der ultrakompakte Industrie-PC C6015 von Beckhoff. Ausgestattet mit einem Quad-Core-Prozessor synchronisiert die Steuerung Elektrolyse- und Energieerzeugungsprozesse mit minimaler Latenz. Die Signalerfassung erfolgt dezentral über EtherCAT-Klemmen, welche alle erforderlichen Temperatur-, Druck- und Durchflusssensoren anbinden und so den Verkabelungsaufwand minimieren.

Die Softwarearchitektur basiert auf der Automatisierungsplattform TwinCAT und unterstützt objektorientierte Programmierung gemäß IEC 61131-3. Dadurch bleibt die Software modular, während die physische Hardware skaliert wird.




Präventive Sicherheit und Integrationsschnittstellen
Anstelle klassischer druckfester Gehäuse für explosionsgefährdete Bereiche setzt das System auf eine aktive Überwachung, die direkt in die Automatisierungsebene integriert ist. Ein redundantes Belüftungssystem sowie Gassensoren werden über sichere I/O-Klemmen und das Protokoll Safety over EtherCAT gesteuert, um die Bildung explosionsfähiger Atmosphären zu verhindern. Als autonome Einheit wird der Container über fünf Standardschnittstellen mit der bestehenden digitalen Infrastruktur und den physischen Versorgungssystemen verbunden: Wasserstoff, elektrische Energie, Fernwärme, Abwasser und Fernzugriff. Die Kommunikation mit Peripheriesystemen erfolgt über etablierte Industrieprotokolle wie OPC UA und Modbus TCP.




Prozesseffizienz und erwartete Auswirkungen
Das verfahrenstechnische Konzept basiert auf einem Einkreis-Thermodynamiksystem, bei dem das Prozesswasser der Elektrolyse gleichzeitig als Kühlwasser dient. Dadurch kann die entstehende Abwärme über einen Wärmeregelkreis abgeführt und weiter genutzt werden. Diese Kombination aus Hard- und Software ermöglicht ein präzises Energiemanagement, indem überschüssige elektrische Energie in Form von Wasserstoff gespeichert und bei Bedarf lokal wieder in Strom umgewandelt wird. Die installierte Steuerungsinfrastruktur schafft zudem die Grundlage für die zukünftige Integration von KI-gestützten Werkzeugen zur Echtzeit-Erkennung von Anomalien und zur Analyse des Lebenszyklus von Anlagen.

Bearbeitet von Natania Lyngdoh, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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