Die grüne Wasserstoffherstellung für die Ammoniaksynthese ist eine effektive Lösung zur großflächigen Nutzung erneuerbarer Wind- und Solarenergie und zur Bewältigung des Mangels an grünen Kraftstoffen und Chemikalien. Es wurde ein integriertes Dualmodus-Betriebssystem eines protonenaustauschmembranbasierten Elektrolyseurs mit Wärmerückgewinnung aus der Ammoniaksynthese vorgeschlagen, das durch Wind- und Solarenergie angetrieben wird, um häufiges Starten und Stoppen des Elektrolyseurs zu vermeiden und die Wärmeverluste im Ammoniaksyntheseprozess vernünftig zu lösen. Die Ergebnisse zeigen: Das Dualmodus-System kann die Startzeit des Elektrolyseurs erheblich reduzieren, ein Kaltstart bei 25 °C eines 951 kW Elektrolyseurs dauert 512 s, während ein Warmstart aus dem Wärmereserve-Modus bei 47,5 °C nur 274 s benötigt; im Wärmereserve-Modus verbraucht das System nur Strom für die Wasserpumpe, die Leistungsaufnahme pro Wasserstoffproduktionseinheit beträgt 0,49 kW; das Zweitankspeichersystem mit 10,8 t Dowtherm-G Wärmeträgeröl nimmt im Wärmespeicherzustand überschüssige Wärme aus den Gasen der Ammoniaksynthese bei einem Durchfluss von 3 kg/s auf und füllt den Wärmetank in 1,00 h, im Wärmeabgabebetrieb wird mit einem Durchfluss von 0,64 kg/s das Elektrolyseureinlasswasser erwärmt, wodurch der Wärmereservezustand des Elektrolyseurs 4,68 h kontinuierlich betrieben werden kann. Darüber hinaus übersteigen die durch den Dualmodus Betrieb (Wasserstofferzeugung/Wärmereserve) generierten Einnahmen die Investitionen in das Wärmespeichersystem, was eine gute Wirtschaftlichkeit zeigt.

Ammoniaksynthese; grüner Ammoniak; PEM-Elektrolyseur; Wärmereserve; Wärmerückgewinnung; dynamische Leistung; Wirtschaftlichkeit