Optimale Messtechnik für hohe Wasserstoff anforderungen
Der Wasserstoff wird in Öhringen mit einem Alkali-Elektrolyseur erzeugt. (Quelle: Vega)
Daniela Wieland, Ingenieurin bei Netze BW, erklärt die Funktionsweise der Mischanlage, in der Wasserstoff dem Erdgas beigemischt wird. (Quelle: Vega)
Die Druckmessung spielt in der Mischanlage eine zentrale Rolle – sowohl in den Zuleitungen für Wasserstoff (rot) als auch der für Erdgas (gelb) werden Drücke mit dem Vegabar 82 gemessen. Zudem wird der Druck des Mischgases (grün) kontrolliert. (Quelle: Vega)
Die Druckwerte werden vor Ort angezeigt, aber auch an das übergeordnete Leitsystem übertragen. (Quelle: Vega)
Vega bietet eine Reihe innovativer Lösungen für die spezifischen Herausforderungen in Wasserstoffanwendungen. Zum Einsatz kommen beispielsweise widerstandsfähige Materialien wie spezielle Edelstahllegierungen, darunter 316L. Auch beschichtete Werkstoffe, die weniger anfällig für Wasserstoffversprödung sind, werden verwendet, unter anderem im Vegabar 83. Zudem bieten Gold- und Gold-Rhodium-Beschichtungen an der Messmembran Schutz gegen Diffusion.
Dort, wo es auf Beständigkeit und besondere Druckfestigkeit ankommt, zum Beispiel in Erdgasanwendungen, sind keramische Messzellen die erste Wahl. Der Vegabar 82 mit seiner ölfreien keramischen Messzelle ist mit seiner hohen Überlastfähigkeit in vielen Prozessen der geeignete Sensor – so auch zur Drucküberwachung in Wasserstoffleitungen. Aufgrund ihrer hohen chemischen Beständigkeit kommen die Sensoren zudem bei aggressiven Medien wie der in Elektrolyseuren verwendeten Kalilauge zum Einsatz.
Präzise Druckmessungen beim Mischen von Erdgas und Wasserstoff
Auch für die erfolgreiche Umsetzung der Wasserstoff-Insel spielt die Messtechnik von Vega eine zentrale Rolle. Die Geräte tragen entscheidend dazu bei, den Betrieb der Mischanlage sicher und effizient zu gestalten. Die in Öhringen eingesetzten Sensoren und Messsysteme überwachen verschiedene kritische Parameter und ermöglichen eine präzise Steuerung des Wasserstoff-Erdgas-Gemischs. Die Mischanlage besteht aus mehreren Komponenten, die für eine präzise und sichere Mischung der beiden Gase sorgen.
Erdgas und Wasserstoff werden separat in die Mischanlage eingespeist. Während der Wasserstoff aus der Elektrolyse mit Drücken zwischen 3 bar und 10 bar in die Anlage eintritt, kommt das Erdgas mit einem Druck bis 13 bar an. Zur präzisen Steuerung ist es notwendig, die Normvolumenströme von Wasserstoff und Erdgas zu bestimmen. Dazu wird auf die gemessenen Betriebsvolumenströme sowie auf Sensoren, die Druck und Temperatur messen, zurückgegriffen. Die Führungsgröße des Regelsystems ist der Wasserstoffanteil im Mischgas. Dieser wird primär über eine Verhältnisrechnung der Normdurchflüsse an den Gasmengenzählern ermittelt. Relevante Abweichungen zum eingestellten Wasserstoffanteil werden mit dem ebenfalls verbauten Mischgaszähler überwacht (Normdurchfluss Wassersoff + Erdgas = Mischgas). Läuft diese Mengenformel auseinander, wird die Mischgasschiene abgeschaltet. Der Wasserstoffanteil wird mit einer Gasqualitätsmessung der Firma Mems kontinuierlich überwacht. Auf diese Weise lässt sich der Wasserstoff präzise dosieren und in die Mischstrecke leiten, wo er mit dem Erdgas homogen vermischt wird. Verschiedene Sicherheitsmechanismen in der Anlagensteuerung sowie Sicherheitsabsperrventile sorgen dafür, dass der Betrieb der Anlage jederzeit sicher und effizient funktioniert.
Auch nach der Vermischung wird über Betriebsvolumenstrom, Druck und Temperatur der Normvolumenstrom berechnet und anschließend über einen Pufferspeicher in das Niederdrucknetz (70 mbar) und das Mitteldrucknetz (700 mbar) eingespeist. Auch hier werden die Drücke überwacht. Die in Öhringen eingesetzten Vega-Drucksensoren, wie der Vegabar 82, zeichnen sich durch ihre hohe Präzision und Langzeitstabilität aus. Mit ihrer keramischen Messzelle bieten sie eine hohe Beständigkeit. Zudem ermöglichen die Sensoren eine robuste Drucküberwachung, auch bei wechselnden Betriebsbedingungen, was für den sicheren und stabilen Betrieb der Mischanlage unerlässlich ist.
In Zukunft sogar 100 % Wasserstoff
„Das Projekt Wasserstoff-Insel Öhringen hat bereits wichtige Erkenntnisse geliefert“, resümiert D. Wieland: „Die Beimischung von Wasserstoff bis zu einem Anteil von 30 Vol.-% erwies sich als technisch machbar; an der Infrastruktur selbst waren keine Anpassungen notwendig. Nur wenige Heizgeräte bei den Kunden mussten getauscht werden.“ Die Messtechnik von Vega spielte eine zentrale Rolle bei der Überwachung und Optimierung der Anlage, wodurch der Betrieb sicher und effizient durchgeführt werden konnte.
Die Messergebnisse zeigten, dass sowohl das Gasnetz als auch die Haushaltsgeräte zuverlässig arbeiteten, auch bei höheren Wasserstoffanteilen von bis zu 30 Vol.-% im Gasgemisch. Besonders positiv haben sich die hohe Genauigkeit und Zuverlässigkeit der Vega-Messgeräte erwiesen. Dadurch ist es möglich, die Anlage auch bei dynamischen Betriebsbedingungen optimal zu steuern.
Und so liefert das Projekt "NETZlabor Wasserstoff-Insel Öhringen" wertvolle Erkenntnisse für die Weiterentwicklung der Wasserstoffwirtschaft. „Es hat gezeigt, dass bestehende Gasinfrastrukturen mit geringem Aufwand für den Betrieb mit Wasserstoff angepasst werden können“, fasst D. Wieland zusammen. Langfristig soll das Projekt dazu beitragen, neue Geschäftsmodelle für die Wasserstoffwirtschaft zu entwickeln und die Integration erneuerbarer Energien in die Wärmeversorgung voranzutreiben. In einem Folgeprojekt will Netze BW die eigenen Betriebsgebäude in Öhringen sogar ausschließlich mit reinem Wasserstoff aus der Elektrolyse beheizen. Dazu werden aktuell die Heizsysteme umgerüstet. Und auch hier wird die Messtechnik von Vega weiterhin eine entscheidende Rolle spielen, um die Sicherheit und Effizienz der Anlagen zu gewährleisten – und so nicht nur in Öhringen die Energiewende weiter voranzubringen.