Für das Erdgasnetz zeichnet sich ein klimafreundlicher und vielversprechender Einsatz ab. Betreiber von Gasnetzen können den Trend mitgehen, regenerativ erzeugten Wasserstoff in bestehende Gasnetze einzuspeisen, zu transportieren und zu speichern ‒ ohne zusätzliche Investition in neue FLOWSIC Gasdurchflusszähler. Die Ultraschalltechnologie von SICK misst in der Gasinfrastruktur trotz veränderter Gaseigenschaften weiterhin stabil. Auch Power-to-Gas-Anlagen profitieren von der Messleistung.
Grüne Energie ins Gasnetz: FLOWSIC misst weiterhin stabil
20.07.2020
Der Bedarf an Energie ist ungebrochen hoch und wird weltweit in den nächsten Jahren sogar ansteigen. Damit die Energieversorgung weiterhin gesichert ist, muss ein kluger Energiemix die neuen Anforderungen abdecken. Der Anteil von Erdgas in diesem Mix wird geschätzt auf ein Drittel anwachsen. Heute liegt sein Anteil bei ungefähr 22 %. Erneuerbare Energien, die aus Wind, Wasser, Sonne und Biomasse gewonnen werden, sind in der aktuellen Klimadiskussion vorrangig zu fördern − trotz einiger Versorgungsprobleme. Denn die Stromerzeugung schwankt durch wechselnde Witterungsbedingungen, und die zu transportierende Menge ist nicht kalkulierbar. Außerdem sind zurzeit nicht genügend Speicher für überschüssigen Strom aus Solar- und Windanlagen vorhanden. Der Ausweg aus diesem Dilemma kann die Umwandlung von klimaneutralem Strom in CO2-frei erzeugtes Gas sein. Beim Verfahren Power-to-Gas wird Ökostrom über Elektrolyse in speicherbares Gas umgewandelt, z. B. in Wasserstoff. Speicherbare Gase sind aber auch Methan oder synthetisches Erdgas. Vom grünen Wasserstoff profitieren auch Hersteller von Brennstoffzellen, und Erdgasfahrzeuge bewegen sich klimafreundlich.
Energieversorgung mit Wasserstoff
Die Power-to-Gas-Technologie hat Potenzial für den Klimaschutz und gehört in die Energiewirtschaft genauso wie CO2-frei gewonnener Wasserstoff. Dieser Wasserstoff kann durchaus auch in vorhandene Erdgasnetze eingespeist und gespeichert werden. Die bestehenden Gasinfrastrukturen bieten sich hierfür an. Dem Erdgas beigemischt wird grüne Energie so wirtschaftlich effizient genutzt und ist jederzeit in ausreichender und netzauslastender Menge abrufbar. Wie sicher die Versorgung im existierenden Erdgasnetz grundsätzlich ist, ohne die Gasverbrauchsstellen zu belasten, untersuchen Forschungsteams in der Europäischen Union und Asien. Verfahrensschritte werden optimiert und weiterentwickelt. Zurzeit stuft man die Beimengung von 5 % bis max. 25 % Wasserstoff zum Erdgas als möglich ein. Untersucht wird auch die Sicherheit vor Leckage an existierenden Anlagen, die Materialverträglichkeit der Rohrleitungen und Armaturen, die Regelung für den Explosionsschutz und letztendlich die Frage, wie der Brennwert ermittelt und gesteuert werden kann.
Auf den Gasdurchflusszähler geschaut
Fest steht, dass sich die Eigenschaften von Erdgas signifikant ändern, wenn Wasserstoff beigemischt ist. So mancher Betreiber von Gasnetzwerken fragt sich, ob sich diese Veränderung negativ auf die Messleistung seiner Gasdurchflusszähler auswirkt. Gerade in Zeiten von Kosteneinsparungen sind zusätzliche Belastungen schon fast ein No-Go. „Natürlich sollten bei der Einspeisung von Wasserstoff auch die bereits im Gasnetzwerk installierten Messgeräte funktionieren“, bekräftigt Jörg Wenzel, Leiter Product Marketing Services bei SICK. „Deshalb haben wir uns die Auswirkungen der erhöhten Wasserstoffbeimischung auf die Ultraschalltechnologie genau angesehen und die FLOWSIC-Gasdurchflusszähler auf diese neue Anforderung hin getestet. Ich kann bestätigen, dass die Ultraschallgaszähler von SICK wasserstoffhaltiges Erdgas messen. Messunsicherheiten, die sich aus der Beimengung von Wasserstoff bis zu 10 % ergeben, kompensiert FLOWSIC bedenkenlos.“
FLOWSIC misst stabil, was heißt das genau?
Die Gasdurchflusszähler von SICK sind gegenüber wasserstoffhaltigem Erdgas beständig: Elektronikgehäuse, Elektronikadapter und die medienberührenden Teile wie Ultraschallsonden, O-Ringe, Strömungskonditionierer, Stopfen und Schutzrohre. Das geht aus der Untersuchung der Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) hervor. Die veränderte Dichte und Viskosität des Gasgemisches, die neue Strömungs- und Schallgeschwindigkeit beeinflussen die Zuverlässigkeit und Qualität der Messergebnisse von FLOWSIC-Gasdurchflusszählern nicht. Kommt es bei der Durchflussmessung zu einer geringeren Strömungsgeschwindigkeit, ist eine Messwertabweichung von bis zu einem Prozent bei einer Beimischung von 20 % Wasserstoff wahrscheinlich. Auch eine Nacheichung ist bei dem Einspeisen von bis zu 10 Vol.-% Wasserstoff nicht erforderlich. Ähnliche Daten wurden in einem Fachbericht im Magazin gwf Gas + Energie im Mai 2013 veröffentlicht. Bei einer 20 %igen Wasserstoffbeimischung erhöht sich die Schallgeschwindigkeit wahrscheinlich um 10 %. Damit ist die Menge der Wasserstoffbeimischung im Erdgas bekannt und der Anlagenbetreiber über die Verfügbarkeit der Anlage informiert.
Aus Explosionssicht
Wasserstoff hat eine andere spezifische Zündfähigkeit als Erdgas und gehört zur Explosionsgruppe IIC mit den höheren Anforderungen an die Betriebsmittel, als sie bei Erdgasmessungen gefordert sind. Bei der Messung von Erdgas reicht die Explosionsgruppe IIA. Wie sich die Beimengung von Wasserstoff in Erdgas auf das Explosionsverhalten und auf die Anforderungen an die Explosionsgruppe auswirkt, hat die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM) in ihrem Bericht „Sicherheitstechnische Eigenschaften von Erdgas-Wasserstoff-Gemischen“ im September 2016 veröffentlicht. Laut Aussage des DVGW (Deutscher Verein des Gas- und Wasserfaches) wird an der Weiterentwicklung der Regeln gearbeitet. Die Neuregelung soll die Beimischung von Wasserstoff in das Erdgasnetz auf 20 Vol.-% erweitern. Aus den aktuellen Veröffentlichungen lässt sich ableiten, dass die Elektronik und die Ultraschallsensoren der installierten Gasdurchflusszähler FLOWSIC600 und FLOWSIC600-XT von SICK bei einem Erdgasmix mit 10 Vol.-% Wasserstoffanteil dem Explosionsschutz genügen. Eine Korrektur ist nicht notwendig.
Viel Engagement mit Weitblick
In der Industrie werden derzeit ganz unterschiedliche Grenzwerte für die Wasserstoffbeimischung in das Erdgas genannt. Sie reichen bis zu 25 Vol.-%. Klar scheint zu sein, dass der Wasserstoffanteil in den kommenden Jahren zunimmt. Wie schnell, hängt sicherlich auch von der Investitionsgeschwindigkeit und dem Entwicklungsfortschritt der Power-to-Gas-Technologien ab. SICK untersucht weiterhin die Messfähigkeit seiner Ultraschallmessgeräte bei Wasserstoffanteilen über 25 Vol.-% hinaus und passt die Gasdurchflusszähler, wenn notwendig, an. Betreiber von Gasanlagen können sich also weiterhin auf die präzise eichfähige Gasvolumenstrommessung von SICK verlassen ‒ und Power-to-Gas-Anlagen auch.
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Jörg Wenzel
Head of Product Marketing Services Flow Measurement
Jörg Wenzel ist seit 2011 im Bereich Durchflussmessgeräte und Gaszähler für SICK tätig, unter anderem als Gruppenleiter Produktmanagement. Seit 2016 verantwortet er das Marketing für diesen Bereich. Mit seinem Team und dem Produktmanagement arbeitet er maßgeblich an der Marktpositionierung neuer Produkte und innovativer Lösungen.
