I korte træk
- Fremgang for vedvarende energi: Vind-, vand- og solenergi udgør kernen i energiomstillingen. De mindsker afhængigheden af fossile brændstoffer og fremmer dekarboniseringen, hvilket gør dem til hjørnestenen i et bæredygtigt energisystem, der kan imødekomme den stigende efterspørgsel og samtidig beskytte klimaet.
- Gas som overgangsløsning: Trods den hurtige udbredelse af vedvarende energi vil naturgas fortsat spille en afgørende rolle for at sikre pålidelig og prisoverkommelig energi i de kommende år. Den fungerer som en overgangsteknologi, der sikrer stabilitet, mens renere alternativer udbredes og bliver mere tilgængelige.
- Brint og lagring: For at udligne de vedvarende energikilders vejrafhængighed og de sæsonmæssige udsving i forbruget er der behov for nye løsninger. Brint er ved at blive en alsidig energikilde, og avancerede lagringsteknologier er afgørende for at kunne lagre overskydende energi og sikre stabilitet — hvilket bringer os tættere på målet om en CO2-neutral forsyning.
Brint i gasnettet
Produktion af brint fra vedvarende energikilder og tilførsel af brint til eksisterende gasnet spiller en vigtig rolle på vejen mod en CO2-neutral energiforsyning. Brint kan produceres på steder, hvor der er rigelig adgang til vedvarende energi. Desuden kan den lagres og transporteres ud til forbrugerne som en supplerende energibærer via de eksisterende gasnet. Brint kan lagres og transporteres i koncentrationer på op til 30 vol.-% i det eksisterende naturgasdistributionsnet.
Forsyningsnettet til ren brint vil i første omgang blive udbygget regionalt. Disse vil derefter gradvist vokse sammen og til sidst danne større forsyningsnet. Ifølge skøn for et europæisk brinttransportnet forventes det, at der kan etableres op til 40.000 km forsyningsnet inden 2040.
Betydningen for gasflowmåling
Evnen til pålideligt og stabilt at måle flowet af naturgas blandet med brint bliver derfor stadig vigtigere i disse tider. Ændringen i gassammensætningen medfører nye udfordringer for de forskellige måleteknologier. Det skyldes, at den tilsatte brint påvirker naturgassens egenskaber: gassens massefylde, viskositet, eksplosivitet, flowhastighed og lydhastigheder ændrer sig. Dette stiller helt nye krav til rørledninger, kompressorer, tætninger, ventiler, måleteknologi etc., f.eks. med hensyn til risikoen for lækager og eksplosioner eller bestemmelsen af brændværdien. Gasnetoperatører og gasleverandører spekulerer derfor på, hvordan dette vil påvirke deres gasflowmåleres ydeevne.
Ultralydsflowmåling har i løbet af de seneste to årtier sat nye standarder for pålidelighed, holdbarhed og målenøjagtighed inden for både naturgas- og procesgasindustrien.
Allerede ved at tilsætte en lille procentdel brint til naturgas øges lydhastigheden (SOS) i gasblandingen betydeligt. Med en brintkoncentration på 100 % er den cirka tre gange så høj som for naturgas. Diagrammerne i figur 1 viser SOS-værdien for naturgas, en brintblanding på 30 vol.-% og ren brint.
Figur 1: Lydhastighed for en typisk naturgas (metanindhold på 90
vol.-%) og brintblandinger op til 100
Dette stiller en række krav til USM-konstruktionen. Der skal tages hensyn til både måleområdet for naturgasækvivalenter og den krævede måleusikkerhed. Dette omfatter en reduktion af spredningen i måleværdierne, en reduktion af krydsfølsomheden over for svingninger i tryk, temperatur og medie samt en reduktion af fluidmekaniske effekter.
For naturgas med en brintblanding på op til 30 vol.-% er det stadig muligt at kompensere for denne effekt.
Figur 2: Eksempel på anvendelse af en FLOWSIC-enhed
Ultralydsflowmåling: Klar til fremtidens krav
Der kan forventes de samme specifikationer og krav – især hvad angår målenøjagtighed – til den fremtidige custody transfer-måling af brintblandinger og ren brint som til måling i naturgas. Ultralydsgasfowmålerne (USM) skal tilpasses korrekt til den nye måleopgave.
Dedikerede rørledninger til transport af brint vil dog ikke adskille sig væsentligt fra naturgasrørledninger. Kravene svarer til dem, der gælder for nutidens naturgasmålere. For at opnå en transportkapacitet med samme energiforbrug kræves der enten større nominelle diametre eller højere flowhastigheder i transportsystemerne. USM'er, der er udviklet specifikt til brint, skal derfor kunne klare højere maksimale gashastigheder.
Da USM-målere opfylder alle kravene til fulde, er de ideelle til måling af custody transfer-flow i fremtidige transport- og distributionsnet, uanset om der er tale om brintblandinger eller ren brint.
Fordelene ved flowmåling ved hjælp af en USM er:
- Stort udvalg af nominelle diametre (DN50 til DN1400)
- Stort måleområde på ≥ 1:100
- Blokerer ikke, intet tryktab
- Ingen mekaniske bevægelige dele, ingen pulsering
- Højere flowhastigheder med brint
- Mulighed for at overføre kalibreringen til andre medier
Ud over klassificeringen efter brintindhold kan USM'er også inddeles efter deres anvendelse i procesgasapplikationer, i transportnet og i distributionsnet:
Gaskvalitetsindikator (GQI): Bestemmelse af brintindholdet
Ud over de primære måleværdier og den krævede høje nøjagtighed byder ultralydsgasflowmålere (USM) på yderligere fordele: Takket være integreringen af en "gaskvalitetsindikator" (GQI) i USM-enheden er det muligt at registrere ændringer i gassammensætningen via lydhastighedsværdien (SOS). Selv små ændringer i brintindholdet kan måles meget præcist på grund af brintens ekstremt høje SOS-værdi. Hvis referencegassammensætningen eller dens SOS (uden brint) er kendt, er det også muligt at bestemme brintindholdet med stor nøjagtighed. Enheden sammenligner den målte SOS-værdi med reference-SOS-værdien. Hvis man antager, at eventuelle forskelle udelukkende skyldes tilsætningen af brint, kan brintindholdet bestemmes direkte. Bestemmelsen foretages ved hjælp af en empirisk formel, der er implementeret i USM'ens firmware.
Klar 100 % custody transfer-måling af brintgas
Avancerede brinttransducere udviklet til høj lydhastighed, helt ny elektronik, der fungerer ved en frekvens på 1000 kHz, samt nyskabende produktionsstyrings- og testprocesser: Baseret på mange års erfaring med custody transfer-måling lancerer Endress+Hauser med FLOWSIC610 en topmoderne ultralydsflowmåler, der er godkendt i henhold til MID til custody transfer-måling af brintgas i alle størrelser fra DN50 til DN400 med nøjagtighedsklasse 1.
Ud over de standardiserede grænseflader til datakommunikation er FLOWSIC610 udstyret med en særlig grænseflade til idriftsættelse og service: Med den Bluetooth®-kompatible adapter er det muligt at oprette trådløse forbindelser på op til 30 m til Bluetooth®-aktiverede enheder. Der kræves ikke yderligere enhedsspecifikke adaptere. Der findes også en kablet adapter med USB-C-stik.
Sammenfatning
Ultralydsbaserede gasflowmålere har i mere end 20 år været anvendt med stor succes til at måle gasmængden inden for en lang række anvendelsesområder. Dette omfatter anvendelser til gasser med forskelligt brintindhold. De enheder, der anvendes inden for disse anvendelsesområder, samt andre enheder fra FLOWSIC-produktfamilien, er allerede blevet tilpasset og godkendt til forbrugsmåling af naturgas med et brintindhold på op til 30 vol.-%. Gasnetoperatører kan følge tendensen med at indføre vedvarende produceret brint i eksisterende gasnet samt transportere og lagre brinten – uden at skulle foretage yderligere investeringer i nye gasflowmålere.
USM's diagnostiske muligheder giver ikke blot mulighed for en kvantitativ måling, men også for en kvalitativ bestemmelse af gassen. Enheden udgør derfor en supplerende analysemetode til måling af brint. Dette kan i visse tilfælde erstatte dyre analysemetoder til bestemmelse af brintindhold såsom ekstraktiv gaskromatografi.
For allerede installerede anlæg anbefales det at foretage en tilstandskontrol for at vurdere virkningen af at tilsætte op til 30 % brint. Man bør også kontrollere påvirkningen som følge af ældning, installationsforholdene eller trykregulatoren. Serviceafdelingen hos Endress+Hauser kan hjælpe med denne evaluering.
