Gasbeschaffenheits- verfolgung

Gasbeschaffenheitsverfolgung Interface

Erdgase unterschiedlicher Herkunft können sich in ihrer Zusammensetzung und somit auch in Bezug auf ihren Brennwert erheblich unterscheiden. Der Brennwert von Biogas, das zunehmend zu Erdgasqualität aufbereitet und in die Gasnetze eingespeist wird liegt üblicherweise 5-10 % niedriger als der des im Versorgungsgebiet vorherrschenden Erdgases. Der Brennwert von Wasserstoff ist sogar etwa um den Faktor 3 niedriger (pro Kubikmeter). Beim Endkunden wird in der Regel nur das Gasvolumen gemessen. Wie kann also die tatsächlich verbrauchte Energie korrekt bestimmt werden?

Die Abrechnung der gelieferten Energie erfolgt nach einem festgelegten technischen Regelwerk. In Deutschland ist es das DVGW-Arbeitsblatt G685, welches z. B. festlegt, dass sich bei der Einspeisung mehrerer Gase in ein Netz die Brennwerte um nicht mehr als 2 % unterscheiden dürfen. Kann diese Grenze nicht eingehalten werden, so blieb dem Netzbetreiber bisher nichts anders übrig, als den Brennwert an jeder Ausspeisestelle zu messen oder den Brennwert der eingespeisten Gase anzupassen; im Falle von Biogas erfolgt dies üblicherweise durch Zumischung von Flüssiggas (Propan). Beide Alternativen sind mit erheblichen Kosten für den Netzbetreiber verbunden.

Mit SmartSim ist eine einfache und effiziente Lösung verfügbar, mit der die Abrechnungsbrennwerte an den Ausspeisestellen auf Basis einer Gasbeschaffenheitsverfolgung bestimmt werden können.

Wie funktioniert eine Gasbeschaffenheitsverfolgung?

Die Anwendung von SmartSim setzt eine Reihe von Eingangsgrößen voraus. Neben Informationen über die Netztopologie werden Messwerte für den Brennwert an den Einspeisestellen sowie für die Volumina an den Ein- und Ausspeisestellen benötigt. Für Verteilnetze, bei denen an den Ausspeisestellen häufig keine Volumenzähler vorhanden sind, kann die Abnahmemenge mittels Standardlastprofilen bestimmt werden.

Auf Basis dieser Eingangsdaten, die in der Regel als Stundenwerte vorliegen, wird eine Netzsimulation durchgeführt und damit der Strömungszustand im gesamten Netz ermittelt. Mit einem speziellen Algorithmus werden Gaspakete von der jeweiligen Ausspeisestelle bis hin zu den Einspeisestellen zeitlich rückwärts durch das Netz verfolgt. Mit diesem sogenannten „back-propagation-Algorithmus“ ist man in der Lage, an jeder Ausspeisestelle die Anteile der eingespeisten Gase zusammen mit der Laufzeit auszuweisen. Dies hat u. a. den Vorteil, dass auf Basis von nur einem Simulationslauf alle relevanten Gaskennwerte (u. a. Brennwert, Normdichte, Gasbestandteile, Wobbe-Index, CO2-Emissionfaktor) für jede Ausspeisestelle bestimmt werden können

 

In der Praxis wird die Gasbeschaffenheits- bzw. Brennwertverfolgung in einem monatlichem Zyklus durchgeführt, wobei der Abrechnungsbrennwert als volumengewichteter Monatsmittelwert für jede Ausspeisestelle ausgewiesen wird.

Die Validierung von SmartSim erfolgt nach einem statistischen Verfahren – der sogenannten Monte-Carlo Simulation. Dieses nach dem ISO „GUM-Leitfaden“ beschriebene Verfahren ist eine metrologisch anerkannte Methode zur Bestimmung der Messunsicherheit komplexer Systeme. Dabei werden die Eingangsgrößen zufällig entsprechend Ihrer Messunsicherheit variiert und die Auswirkung auf die Ausgangsgröße – z. B. den Brennwert – berechnet. Bei einer großen Anzahl von Simulationsläufen ergibt sich so die resultierende Messunsicherheit. Zusätzlich erfolgt in der Regel eine messtechnische Überprüfung des Systems mit Hilfe eines mobilen Prozessgaschromatographen (PGC). Eine Genehmigung des Verfahrens durch die zuständige Eichbehörde für den Einsatz zur Abrechnung konnte bereits bei einer Vielzahl von Netzbetreibern in Deutschland bewirkt werden. 

Anwendbar für Transport- und Verteilnetze

Dank eines hochgenauen und effizienten Rechenmodells lässt sich SmartSim sowohl für Hochdrucknetze als auch für Verteilnetze problemlos anwenden. Das Rechenmodell wurde in einem eigenständigen Modul – dem SmartSim Kernel – programmiert, der sich von einer grafischen Benutzeroberfläche ansteuern lässt. Dank der geringen Rechenzeiten lassen sich selbst sehr komplexe Netze in einem akzeptablen Zeitrahmen berechnen.

Eine Schnittstelle für den Daten Im- und Export lässt sich für unterschiedliche Daten- und Dateiformate flexibel konfigurieren. Dadurch wird die Anbindung an vor- oder nachgelagerte IT-Systeme stark vereinfacht. Die Benutzeroberfläche ist intuitiv bedienbar.

Netzbetreiber sparen Kosten bei der Einspeisung von Biogas

Durch den Einsatz einer Brennwertverfolgung wie SmartSim sind Netzbetreiber in der Lage ihr Netz bei Einspeisung unterschiedlicher Gasqualitäten flexibel zu betreiben. Im Falle von Biogas braucht der Brennwert des eingespeisten Biogases nicht mehr durch Zumischung von Propan auf den Brennwert des Erdgases angepasst zu werden. Hierdurch lassen sich erhebliche Kosten einsparen. Außerdem werden zusätzliche CO2-Emissionen vermieden, denn Propan wirkt sich bekanntermaßen negativ auf die CO2-Bilanz aus; gerade diese soll ja durch den Einsatz von Biogas verbessert werden.

 

Gasbeschaffenheitsverfolgung Flowchart
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