In het kort
- De opkomst van hernieuwbare energiebronnen: wind, water en zonne-energie staan centraal in de energietransitie. Ze verminderen de afhankelijkheid van fossiele brandstoffen en bevorderen decarbonisatie, waardoor ze de hoeksteen van een duurzaam energiesysteem worden dat kan voldoen aan de stijgende vraag en tevens het klimaat beschermt.
- Gas als een overbrugging: ondanks de snelle uitbreiding van hernieuwbare energiebronnen blijft aardgas de komende jaren een cruciale rol spelen voor het waarborgen van betrouwbare en betaalbare energie. Het dient als een overbruggingstechnologie die stabiliteit waarborgt, terwijl schonere alternatieven worden opgeschaald en ruimer beschikbaar worden.
- Waterstof & opslag: om een balans te krijgen bij de weersafhankelijke aard van hernieuwbare energiebronnen en seizoensschommelingen in verbruik, zijn nieuwe oplossingen nodig. Waterstof is in opkomst als een veelzijdige energiebron, terwijl geavanceerde opslagtechnologieën essentieel zijn om het surplus aan energie op te slaan en voor stabiliteit te zorgen — waardoor het doel van een CO2-neutrale voorziening dichterbij komt.
Waterstof in het gasnetwerk
De productie van waterstof uit hernieuwbare energie en de toevoer van de waterstof in bestaande gasnetwerken speelt een belangrijke rol bij het bereiken van een CO2-neutrale energievoorziening. Waterstof kan worden geproduceerd op locaties waar een hoge beschikbaarheid van hernieuwbare energie bestaat. Bovendien kan waterstof worden opgeslagen en getransporteerd naar de consument als een extra energiedrager via de bestaande gasnetwerken. Waterstof kan worden opgeslagen en getransporteerd tot 30 vol.-% in het bestaande aardgas-distributienetwerk.
De netwerken voor pure waterstof zullen in eerste instantie regionaal worden uitgebreid. Deze groeien dan geleidelijk samen tot grotere netwerken. Schattingen voor een Europees waterstoftransportnetwerk voorspellen dat er in 2040 een netwerk met een lengte van wel 40.000 km kan zijn.
Effecten op de gasflowmeting
De mogelijkheid voor het betrouwbaar en stabiel meten van de flow van aardgas gemengd met waterstof wordt daarom nu steeds belangrijker. De verandering in de gassamenstelling zorgt voor nieuwe meetuitdagingen bij diverse meettechnologieën. Dat komt doordat de toegevoegde waterstof de eigenschappen van het aardgas beïnvloedt: de dichtheid, viscositeit, explosiviteit, flowsnelheid en geluidssnelheid van het gas veranderen. Dit zorgt voor volledig nieuwe uitdagingen voor pijpleidingen, compressoren, afdichtingen, kleppen, meettechnologie, etc., bijvoorbeeld met betrekking tot het risico van lekkages en explosies of het bepalen van de calorische waarde. Exploitanten van gasnetwerken en gasleveranciers vragen zich daarom af, welke invloed dit zal hebben op de prestaties van hun gasflowmeters.
Ultrasone flowmeting heeft in de afgelopen twintig jaar een nieuwe maatstaf gesteld wat betreft betrouwbaarheid, duurzaamheid en meetnauwkeurigheid in zowel de aardgasindustrie als de procesgasindustrie.
Door toevoeging van een klein percentage waterstof aan aardgas wordt de geluidssnelheid (SOS) van het gasmengsel al aanzienlijk verhoogd. Bij 100% waterstof in volume is de geluidssnelheid driemaal die van aardgas. De diagrammen van afbeelding 1 laten de SOS zien voor aardgas, een waterstofmengsel van 30 vol.-% en pure waterstof.
Afbeelding 1: geluidssnelheid voor typisch aardgas (methaangehalte 90
vol.-%) en waterstofmengsel tot 100
Hierdoor moet de USM-uitvoering wel aan bepaalde eisen voldoen. Zowel het meetbereik voor het aardgas-equivalent als de vereiste meetonzekerheid moeten gewaarborgd zijn. Dit omvat het reduceren van de spreiding van de meetwaarden, het verminderen van kruisgevoeligheden voor druk, temperatuur- en mediaschommelingen en het verminderen van vloeistof-mechanische effecten.
Voor aardgas met waterstof-toevoeging tot 30 vol.-% kan dit effect nog worden gecompenseerd.
Afbeelding 2: Toepassingsvoorbeeld van een FLOWSIC-instrument
Ultrasone flowmeting: ook gereed voor toekomstige eisen
Dezelfde specificaties en eisen - met name met betrekking tot meetnauwkeurigheid - kan worden verwacht voor de toekomstige custody transfer-meting van waterstof-mengsels en pure waterstof alsmede voor meting in aardgas. De ultrasone gasflowmeters (USM) moeten worden aangepast aan de nieuwe meettaak.
Speciale waterstoftransportpijpleidingen zullen echter niet veel afwijken van aardgaspijpleidingen. De eisen zijn vergelijkbaar dan die voor de huidige aardgasmeters. Voor een energie-equivalente transportcapaciteit zijn grotere nominale diameters of hogere flowsnelheden vereist in de transportsystemen. USM's bedoeld voor waterstof moeten daarom hogere maximale gassnelheden toestaan.
Omdat USM's goed aan de eisen kunnen voldoen, zijn ze ideaal voor custody transfer-flowmetingen in toekomstige transport- en distributienetwerken, zowel voor waterstof-mensels als voor pure waterstof.
De voordelen van flowmeting met een USM zijn:
- Uitgebreide reeks nominale diameters (DN50 tot DN1400)
- Groot meetbereik van ≥ 1:100
- Non-blocking, geen drukverlies
- Geen mechanische bewegende onderdelen, geen pulsaties
- Hogere flowsnelheden met waterstof
- Overdraagbaarheid van de kalibratie naar andere media
Als aanvulling op classificering wat betreft waterstofgehalte kan bij USM's worden onderscheiden op basis van hun gebruik in procesgastoepassingen, in transportnetwerken en in distributienetwerken:
Gaskwaliteitsindicator (GQI): bepaling van het waterstofgehalte
Als aanvulling op de primair gemeten waarden en de vereiste hoge nauwkeurigheid hebben ultrasone gasflowmeters (USM) nog andere voordelen: dankzij de implementatie van een “gaskwaliteitsindicator” (GQI) in de USM biedt dit instrument de mogelijkheid om veranderingen in de gassamenstelling te detecteren via de waarde van de geluidssnelheid (SOS). Zelfs kleine veranderingen in het waterstofgehalte kunnen zeer nauwkeurig worden gedetecteerd door de zeer hoge SOS in waterstof. Als de samenstelling van het referentiegas of de desbetreffende SOS (zonder waterstof) is bekend, kan ook het waterstofgehalte zeer nauwkeurig worden bepaald. Het instrument vergelijkt de gemeten SOS-waarde met de SOS-referentiewaarde. Ervan uitgaand dat elk verschil uitsluitend is toe te schrijven aan het waterstofmengsel kan het waterstofgehalte direct worden bepaald. De benadering wordt berekend via een empirische formule die is geïmplementeerd in de firmware van de USM.
Gereed voor 100% waterstof custody transfer-gasmeting
State-of-the-art waterstoftransducers ontwikkeld voor een hoge geluidssnelheid, volledig nieuwe elektronica die werkt met een frequentie van 1000 kHz en vernieuwde productieregeling en testprocessen: gebaseerd op jarenlange custody-meetervaring presenteert Endress+Hauser met de FLOWSIC610 een uiterst moderne ultrasone flowmeter die is goedgekeurd voor de MID voor meting van custody transfer-waterstofgas voor alle maten van DN50 tot DN400 met fiscale nauwkeurigheidsklasse 1.
Als aanvulling op de gestandaardiseerde interfaces voor datacommunication is de FLOWSIC610 uitgerust met een speciale inbedrijfstellings- en service-interface: voorzien van de bluetooth®-compatibele adapter zijn draadloze verbindingen tot 30 m mogelijk met bluetooth®-eindinstrumenten. Extra instrument-specifieke adapters zijn niet nodig. Als alternatief is ook een bedrade adapter met USB-C-interface leverbaar.
Samenvatting
Ultrasone gasflowmeters worden al meer dan 20 jaar succesvol gebruikt voor het meten van de hoeveelheid gas in een breed scala aan toepassingen. Dit zijn onder andere toepassingen voor gassen met verschillende waterstofgehaltes. De gebruikte instrumenten in deze toepassingen alsmede andere uit de FLOWSIC-productfamilie zijn al aangepast en goedgekeurd voor de fiscale meting van aardgas met een waterstofgehalte tot 30 vol.-%. Exploitanten van gasnetwerken kunnen de trend volgen om regeneratief geproduceerd waterstof aan bestaande gasnetwerken toe te voeren en de waterstof te transporteren en op te slaan - zonder extra investering in nieuwe gasflowmeters.
De diagnostische opties van de USM maken niet alleen een kwantitatieve meting maar ook een kwalitatieve beoordeling van het gas mogelijk. Het instrument levert daarom een aanvullende analysemethode voor waterstof. Deze kan kostbare analytische technieken voor de waterstofbeoordeling, zoals extractieve gaschromatografie, in een aantal toepassingen vervangen.
Voor reeds geïnstalleerde instrumenten wordt een inspectie van de instrumenttoestand aanbevolen, om de impact van de toevoer van maximaal 30% waterstof te beoordelen. Het effect van veroudering, installatietoestand of de drukregelaar moet ook worden gecontroleerd. De serviceafdeling van Endress+Hauser kan assisteren bij deze beoordeling.
