Pe scurt
- Sursele regenerabile sunt în ascensiune: Energia eoliană, hidroelectrică şi solară sunt în centrul tranziţiei energetice. Acestea reduc dependenţa de combustibilii fosili şi stimulează decarbonizarea, ceea ce le transformă în piatra de temelie a unui sistem energetic durabil care poate satisface cererea tot mai mare, protejând în acelaşi timp clima.
- Gazul ca şi punte: În ciuda expansiunii rapide a surselor regenerabile de energie, gazele naturale vor continua să joace un rol crucial în asigurarea unei surse de energie fiabile şi accesibile în următorii ani. Serveşte drept tehnologie de punte, asigurând stabilitatea, în timp ce alternativele mai curate se extind şi devin mai disponibile pe scară largă.
- Hidrogenul şi stocarea: Pentru a echilibra natura dependentă de starea vremii a surselor regenerabile şi schimbările sezoniere ale consumului, sunt necesare noi soluţii. Hidrogenul se impune ca o sursă de energie versatilă, în timp ce tehnologiile avansate de stocare sunt esenţiale pentru a stoca surplusul de energie şi a asigura stabilitate — aducând mai aproape obiectivul unei alimentări cu energie neutre din punct de vedere al emisiilor de CO2.
Hidrogen în reţeaua de gaze
Producţia de hidrogen din energii regenerabile şi alimentarea cu hidrogen a reţelelor de gaze existente joacă un rol important pentru drumul către alimentarea cu energie neutră din punct de vedere al emisiilor de CO2. Hidrogenul poate fi produs în locaţii unde există un nivel ridicat de disponibilitate al surselor regenerabile de energie. În plus, poate fi stocat şi transportat către consumator ca purtător suplimentar de energie prin intermediul reţelelor de gaze existente. Hidrogenul poate fi stocat şi transportat în concentraţii de până la 30% din volum în reţeaua existentă de distribuţie a gazelor naturale.
Iniţial, reţelele pentru hidrogen pur vor fi extinse la nivel regional. Acestea se vor dezvolta treptat împreună pentru a forma în cele din urmă reţele mai mari. Estimările pentru o reţea de transport al hidrogenului la nivel european prevăd că până în 2040 se pot crea până la 40.000 km de reţea.
Efectele asupra măsurării debitului de gaz
Prin urmare, capacitatea de a măsura în mod fiabil şi stabil debitul de gaze naturale îmbogăţite cu hidrogen devine din ce în ce mai importantă în prezent. Modificarea compoziţiei gazelor prezintă noi provocări în ceea ce priveşte măsurarea, pentru diversele tehnologii de măsurare. Acest lucru se datorează faptului că hidrogenul adăugat afectează proprietăţile gazului natural: densitatea, vâscozitatea, explozivitatea, debitul şi vitezele sunetului gazului se modifică. Astfel apar provocări complet noi în ceea ce priveşte conductele, compresoarele, etanşarea, supapele, tehnologia de măsurare etc., de exemplu, riscul de producere a scurgerilor şi exploziilor sau determinarea puterii calorice. Prin urmare, operatorii reţelelor de gaze şi furnizorii de gaze se întreabă cum va afecta acest lucru performanţa debitmetrelor lor de gaz.
În ultimele două decenii, măsurarea debitului cu ultrasunete a stabilit un nou standard pentru fiabilitate, durabilitate şi precizia măsurării atât în industria gazelor naturale, cât şi în cea a gazelor de proces.
Adăugarea unui procent redus de hidrogen în gazul natural creşte deja semnificativ viteza sunetului (SOS) amestecului de gaze. La 100% hidrogen din volum, este de aproximativ trei ori mai mare decât cea a gazului natural. Diagramele din Figura 1 prezintă SOS pentru gaz natural, un amestec de hidrogen de 30% în volum şi hidrogen pur.
Figura 1: viteza sunetului pentru un gaz natural tipic (conţinut de metan de 90
% din volum) şi pentru amestecuri cu hidrogen de până la 100
Acest lucru impune mai multe cerinţe de proiectare pentru USM. Trebuie asigurate atât intervalul de măsurare echivalent pentru gaz natural, cât şi incertitudinea de măsurare necesară. Aceasta include reducerea dispersiei valorilor măsurate, reducerea sensibilităţilor transversale la presiune, temperatură şi fluctuaţiile fluidelor şi reducerea efectelor fluido-mecanice.
Pentru gazele naturale cu amestecuri de hidrogen de până la 30% din volum, compensarea acestui efect este încă posibilă.
Figura 2: exemplu de utilizare a dispozitivului FLOWSIC
Măsurarea cu ultrasunete a debitului: Pregătit şi pentru cerinţele viitoare
Aceleaşi specificaţii şi cerinţe - în special în ceea ce priveşte precizia măsurării - pot fi aşteptate atât pentru măsurarea viitoare a debitului amestecurilor de gaze cu hidrogen şi a hidrogenului pur pentru transferul de custodie, cât şi pentru măsurarea gazelor naturale. Debitmetrele cu ultrasunete pentru gaz (USM) trebuie adaptate corespunzător noii sarcini de măsurare.
În orice caz, conductele dedicate transportului de hidrogen nu vor diferi semnificativ faţă de conductele pentru gaze naturale. Cerinţele sunt similare cu cele pentru contoarele de gaz natural din prezent. Pentru o capacitate de transport echivalentă energetic, în sistemele de transport sunt necesare diametre nominale mai mari sau debite mai mari. Prin urmare, USM-urile special concepute pentru hidrogen trebuie să permită viteze maxime ale gazului mai mari.
Întrucât USM-urile pot satisface foarte bine toate cerinţele, acestea sunt ideale pentru măsurarea debitului pentru transferul de custodie în viitoarele reţele de transport şi distribuţie, fie pentru amestecuri de hidrogen, fie pentru hidrogen pur.
Avantajele măsurării debitului folosind un USM sunt următoarele:
- Gamă largă de diametre nominale (de la DN50 până la DN1400)
- Interval de măsurare mare ≥ 1:100
- Fără blocaje, fără pierderi de presiune
- Fără piese mecanice mobile, fără pulsaţie
- Debite mai mari cu hidrogen
- Transferabilitatea calibrării către alte fluide
Pe lângă clasificarea în funcţie de conţinutul de hidrogen, USM-urile pot fi diferenţiate şi în funcţie de utilizarea lor în aplicaţiile cu gaze de proces, în reţelele de transport şi în reţelele de distribuţie:
Indicator de calitate a gazului (GQI): Determinarea conţinutului de hidrogen
Pe lângă valorile primare măsurate şi precizia ridicată necesară, debitmetrele de gaz cu ultrasunete (USM) oferă avantaje suplimentare: Datorită integrării unui „indicator al calităţii gazului” (GQI) în USM, acest dispozitiv are capacitatea de a detecta modificările compoziţiei gazului prin intermediul valorii vitezei sunetului (SOS). Chiar şi modificările minore ale conţinutului de hidrogen pot fi detectate foarte precis datorită SOS extrem de ridicate a hidrogenului. Dacă se cunoaşte compoziţia gazului de referinţă sau SOS a acestuia (fără hidrogen), este posibilă şi determinarea foarte precisă a conţinutului de hidrogen. Dispozitivul compară valoarea SOS măsurată cu valoarea SOS de referinţă. Presupunând că orice diferenţă este atribuibilă exclusiv amestecului cu hidrogen, conţinutul de hidrogen poate fi determinat direct. Aproximarea se face printr-o formulă empirică implementată în firmware-ul USM-ului.
Pregătit pentru măsurarea gazului cu hidrogen 100% la transferul de custodie
Traductoare de hidrogen de ultimă generaţie dezvoltate pentru viteze mari ale sunetului, componente electronice complet noi care funcţionează la o frecvenţă de 1000 kHz şi procese de control al producţiei şi testare reinventate: Bazându-se pe anii de experienţă în măsurarea la transferul de custodie, Endress+Hauser prezintă odată cu FLOWSIC610 un debitmetru cu ultrasunete modern, omologat de MID pentru măsurarea hidrogenului gazos la transferul de custodie, pentru toate dimensiunile, de la DN50 până la DN400, cu clasa de precizie fiscală 1.
Pe lângă interfeţele standardizate pentru comunicaţia de date, FLOWSIC610 este dotat cu o interfaţă dedicată de punere în funcţiune şi service: Fiind dotat cu un adaptor compatibil Bluetooth®, sunt posibile conexiuni wireless de până la 30 m cu dispozitive de capăt echipate cu Bluetooth®. Nu sunt necesare adaptoare suplimentare specifice dispozitivului. Alternativ, este disponibil şi un adaptor cu cablu cu interfaţă USB-C.
Rezumat
Debitmetrele de gaz cu ultrasunete sunt utilizate cu succes de peste 20 de ani pentru măsurarea cantităţii de gaz într-o gamă largă de aplicaţii. Aceasta include aplicaţii pentru gaze cu conţinuturi diferite de hidrogen. Dispozitivele utilizate în aceste aplicaţii, precum şi altele din familia de produse FLOWSIC, au fost deja adaptate şi aprobate pentru contorizarea fiscală a gazelor naturale cu un conţinut de hidrogen de până la 30% din volum. Operatorii reţelelor de gaze pot urma tendinţa de a introduce hidrogen produs din surse regenerabile în reţelele de gaze existente şi de a transporta şi stoca hidrogenul - fără investiţii suplimentare în noi debitmetre de gaz.
Opţiunile de diagnosticare ale USM permit nu doar o măsurare cantitativă, ci şi o determinare calitativă a gazului. Prin urmare, dispozitivul pune la dispoziţie o metodă suplimentară de analiză pentru hidrogen. Acesta poate înlocui tehnicile analitice costisitoare pentru determinarea hidrogenului, cum ar fi cromatografia pentru gaz extractiv, în anumite aplicaţii.
Pentru dispozitivele deja instalate, se recomandă o inspecţie a stării dispozitivului pentru a evalua impactul alimentării cu până la 30% hidrogen. De asemenea, trebuie verificat efectul îmbătrânirii, condiţiile de instalare sau regulatorul de presiune. Departamentul de service al Endress+Hauser vă poate ajuta cu această evaluare.
