Gasbeschaffenheitsverfolgung

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 üblicherweise auf Basis eines mittleren Brennwertes für das jeweilige Versorgungsgebiet. Dieses im DVGW-Arbeitsblatt G685 (Gasabrechnung) festgelegte Mittelwertverfahren kann aber nur angewendet werden, wenn sich die Brennwerte der eingespeisten Gase um nicht mehr als 2 % vom Mittelwert (Abrechnungsbrennwert) unterscheiden. 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 zu konditionieren; 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. Weitere Hilfsgrößen, wie z. B. die gemessenen Drücke an den Einspeisestellen, fließen ebenfalls in die Berechnung ein.

Auf Basis dieser Eingangsdaten, die in der Regel als Stundenwerte vorliegen, wird eine Netzsimulation durchgeführt und damit der Strömungszustand (u. a. die Strömungsgeschwindigkeit) im gesamten Netz ermittelt. Mit einem speziellen Algorithmus werden dann Gaspakete von den Einspeisestellen bis hin zu den Ausspeisestellen verfolgt. So lässt sich an jeder Ausspeisestelle die Gaszusammensetzung und somit der Brennwert präzise bestimmen. In der Praxis wird die Gasbeschaffenheitsverfolgung in einem monatlichen 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 Leitfaden „GUM“ 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 für jede Ausspeisestelle. Zusätzlich erfolgt in der Regel eine messtechnische Überprüfung des Systems. Dies kann auch mit Hilfe eines mobilen Prozessgaschromatografen (PGC) oder eines mobilen Gasprobensammlers erfolgen.

Anwendbar für Transport- und Verteilnetze

Die Gasbeschaffenheitsverfolgung mit SmartSim lässt sich dank des effizienten Rechenmodells sowohl für Hochdrucknetze als auch für Verteilnetze problemlos anwenden. Das hochgenaue Rechenmodell für die Strömungssimulation 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 erneuerbaren Gasen

Durch den Einsatz einer Gasbeschaffenheitsverfolgung mit SmartSim sind Netzbetreiber in der Lage ihr Netz bei Einspeisung unterschiedlicher Gasqualitäten flexibel zu betreiben. Im Falle von Biogas braucht der Brennwert 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.

Ein großes Potential liegt in der Power-to-Gas-Technologie. Der hierbei regenerativ erzeugte Wasserstoff kann ebenfalls mittels SmartSim im Netz verfolgt und so alle Kunden regelkonform abgerechnet werden.