I korte trekk
- Fornybar energi på fremmarsj: Vind-, vann- og solenergi står i sentrum for energiomstillingen. Det reduserer avhengigheten av fossile brensler og fremmer utfasingen av fossilt brensel, noe som gjør det til hjørnesteinen i et bærekraftig energisystem som kan dekke den økende etterspørselen, samtidig som det beskytter klimaet.
- Gass som en overgangsform: Til tross for den raske utbredelsen av fornybar energi vil naturgass fortsatt spille en avgjørende rolle for å sikre pålitelig og rimelig energi i årene som kommer. Den fungerer som en overgangsteknologi som sikrer stabilitet mens renere alternativer skaleres opp og blir mer allment tilgjengelige.
- Hydrogen og lagring: Det trengs det nye løsninger for å utjevne fornybar energis avhengighet av værforholdene og sesongmessige svingninger i forbruket. Hydrogen fremstår som en allsidig energikilde, mens avanserte lagringsteknologier er avgjørende for å lagre overskuddsenergi og sikre stabilitet – noe som gjør at målet om en CO2-nøytral forsyning, kommer nærmere.
Hydrogen i gassnettet
Produksjon av hydrogen fra fornybare energikilder og tilførsel av hydrogen til eksisterende gassnett spiller en viktig rolle på veien mot en CO2-nøytral energiforsyning. Hydrogen kan produseres på steder der det er god tilgang på fornybar energi. Videre kan det lagres og transporteres til forbrukeren som en ekstra energibærer via de eksisterende gassnettverkene. Hydrogen kan lagres og transporteres i konsentrasjoner på opptil 30 volumprosent i det eksisterende distribusjonsnettet for naturgass.
Nettverkene for rent hydrogen vil i første omgang utvides regionalt. Disse vil deretter gradvis vokse sammen og til slutt danne større nettverk. Ifølge anslag for et europeisk hydrogen-transportnettverk kan det bygges opptil 40 000 km med nettverk innen 2040.
Konsekvenser for måling av gassmengde
I disse dager blir det viktigere og viktigere å kunne måle mengden naturgass blandet med hydrogen på en pålitelig og stabil måte. Endringen i gassammensetningen medfører nye utfordringer for de ulike måleteknologiene. Dette skyldes at det tilsatte hydrogenet påvirker naturgassens egenskaper: gassens tetthet, viskositet, eksplosivitet, strømningshastighet og lydhastighet endres. Dette medfører helt nye utfordringer for rørledninger, kompressorer, tetninger, ventiler, måleteknologi osv., for eksempel når det gjelder risikoen for lekkasjer og eksplosjoner eller fastsettelse av brennverdi. Gassnettoperatører og gassleverandører lurer derfor på hvordan dette vil påvirke ytelsen til gassmengdemålerne.
Ultralydmengdemåling har de siste to tiårene satt en ny standard for pålitelighet, holdbarhet og målenøyaktighet både i naturgass- og prosessgassindustrien.
Selv en liten andel hydrogen i naturgass øker lydhastigheten (SOS) i gassblandingen betydelig. Med en volumandel på 100 % hydrogen er den omtrent tre ganger så stor som for naturgass. Diagrammene i figur 1 viser SOS-verdiene for naturgass, en hydrogenblanding på 30 volumprosent og rent hydrogen.
Figur 1: Lydhastigheten for en typisk naturgass (metaninnhold på 90
volumprosent) med hydrogeninnblanding på opptil 100 %
Dette stiller flere krav til USM-konstruksjonen. Både måleområdet for naturgassekvivalenter og den nødvendige måleusikkerheten må opprettholdes. Dette innebærer å redusere spredningen i måleverdiene, redusere kryssfølsomheten overfor svingninger i trykk, temperatur og medium, samt redusere fluidmekaniske effekter.
For naturgass med hydrogenblandinger på opptil 30 volumprosent er det fortsatt mulig å kompensere for denne effekten.
Figur 2: Eksempel på bruk av en FLOWSIC-enhet
Ultralydmengdemåling: Også klar for fremtidige krav
Det kan forventes at de samme spesifikasjonene og kravene – særlig når det gjelder målenøyaktighet – vil gjelde for fremtidige målinger i forbindelse med fiskal måling av hydrogenblandinger og rent hydrogen, som for målinger i naturgass. Ultralydmengdemålerne (USM) for gass må tilpasses den nye måleoppgaven på riktig måte.
Rørledninger tiltenkt transport av hydrogen vil imidlertid ikke skille seg nevneverdig fra rørledninger for naturgass. Kravene ligner på de som gjelder dagens naturgassmålere. For å oppnå samme transportkapasitet kreves det enten større nominelle diametre eller høyere gjennomstrømningshastigheter i transportsystemene. USM-er som er spesialutviklet for hydrogen, må derfor være dimensjonert for høyere maksimale gasshastigheter.
Siden USM-er oppfyller alle kravene på en svært god måte, kan de fungere svært godt til mengdemåling i forbindelse med fiskal måling i fremtidige transport- og distribusjonsnettverk, enten det gjelder hydrogenblandinger eller rent hydrogen.
Fordelene ved strømningsmåling ved hjelp av USM er:
- stort utvalg av nominelle diametere (DN50 til DN1400)
- stort måleområde på ≥ 1:100
- Ikke-blokkerende, uten trykktap
- ingen mekanisk bevegelige deler
- høyere strømningshastigheter med hydrogen
- overførbarhet av kalibreringen til andre medier
I tillegg til klassifisering etter hydrogeninnhold kan USM-er også skilles ut fra bruksområdet i prosessgassanlegg, i transportnett og i distribusjonsnett:
Gas Quality Indicator (GQI): Bestemmelse av hydrogeninnholdet
I tillegg til primære måleverdier og en nødvendig høy nøyaktighet, byr ultralydmengdemålere (USM) på ytterligere fordeler: Takket være integreringen av en «gasskvalitetsindikator» (GQI) i USM-enheten, kan denne enheten registrere endringer i gassammensetningen ved hjelp av lydhastighet (SOS). Selv små endringer i hydrogeninnholdet kan måles svært nøyaktig på grunn av hydrogenets svært høye SOS. Hvis referansegassens sammensetning eller dens SOS (uten hydrogen) er kjent, er det også mulig å bestemme hydrogeninnholdet med svært stor nøyaktighet. Enheten sammenligner den målte SOS-verdien med referanseverdien for SOS. Forutsatt at eventuelle avvik utelukkende skyldes hydrogenblandingen, kan hydrogeninnholdet bestemmes direkte. Tilnærmingen gjøres ved hjelp av en empirisk formel som er implementert i USM-fastvare.
Klar for fiskal gassmåling med 100 % hydrogen
Toppmoderne hydrogentransdusere utviklet for høy lydhastighet, helt ny elektronikk som opererer ved en frekvens på 1000 kHz, samt nyskapende produksjonskontroll- og testprosesser: Basert på mange års erfaring innen forbrukmåling presenterer Endress+Hauser FLOWSIC610 en toppmoderne ultralydmengdemåler som er godkjent i henhold til MID for måling av hydrogen til fiskal måling, tilgjengelig i alle størrelser fra DN50 til DN400 med nøyaktighetsklasse 1.
I tillegg til de standardiserte grensesnittene for datakommunikasjon er FLOWSIC610 utstyrt med et eget grensesnitt for igangkjøring og service: Takket være den Bluetooth®-kompatible adapteren er det mulig å opprette trådløse forbindelser på opptil 30 meter med Bluetooth®-kompatible enheter. Det er ikke behov for ytterligere enhetsspesifikke adaptere. Alternativt er det også mulig å kjøpe en kablet adapter med USB-C-grensesnitt.
Sammendrag
Ultralydbaserte gassmengdemålere har blitt brukt med godt resultat i over 20 år til å måle gassmengden for en lang rekke bruksområder. Dette omfatter anvendelser for gasser med ulikt hydrogeninnhold. Enhetene som brukes i disse anvendelsene, samt andre enheter fra FLOWSIC-produktfamilien, er allerede tilpasset og godkjent for fiskal måling av naturgass med et hydrogeninnhold på opptil 30 volumprosent. Operatører av gassnett kan følge trenden med å mate fornybart produsert hydrogen inn i eksisterende gassnett, samt transportere og lagre hydrogenet – uten ekstra investeringer i nye gassmengdemålere.
De diagnostiske funksjonene til USM muliggjør ikke bare en kvantitativ måling, men også en kvalitativ bestemmelse av gassen. Enheten tilbyr dermed en ekstra analysemetode for hydrogen. Dette kan i enkelte tilfeller erstatte kostbare analysemetoder for bestemmelse av hydrogen, for eksempel ekstraktiv gasskromatografi.
For allerede installerte enheter er det anbefalt å utføre en tilstandskontroll for å vurdere effekten av å tilsette opptil 30 % hydrogen. Effekten av aldring, installasjonsforhold eller trykkregulatoren bør også kontrolleres. Serviceavdelingen hos Endress+Hauser kan hjelpe deg med denne vurderingen.
