Ve zkratce
- Obnovitelné zdroje na vzestupu: Větrná, vodní a solární energie jsou jádrem energetické transformace. Snižují závislost na fosilních palivech a podporují dekarbonizaci, čímž se stávají základním kamenem udržitelného energetického systému, který dokáže uspokojit rostoucí poptávku a zároveň chránit klima.
- Plyn jako pojítko: Navzdory rychlému rozvoji obnovitelných zdrojů energie bude zemní plyn i v nadcházejících letech hrát klíčovou roli v zajišťování spolehlivé a cenově dostupné energie. Slouží jako technologie, která zajišťuje stabilitu, zatímco se čistší alternativy rozšiřují a stávají se dostupnějšími.
- Vodík a jeho skladování: Pro vyvážení závislosti obnovitelných zdrojů energie na počasí a sezónních změn ve spotřebě jsou zapotřebí nová řešení. Vodík se stává všestranným zdrojem energie, zatímco pokročilé technologie skladování jsou nezbytné pro ukládání přebytečné energie a zajištění stability – což přibližuje cíl uhlíkově neutrálního zásobování.
Vodík v plynárenské síti
Výroba vodíku z obnovitelných zdrojů energie a jeho dodávka do stávajících plynárenských sítí hraje důležitou roli na cestě k CO2 neutrálnímu zásobování energií. Vodík lze vyrábět v místech s vysokou dostupností obnovitelných zdrojů energie. Kromě toho může být skladován a přepravován ke spotřebiteli jako další nosič energie prostřednictvím stávajících plynárenských sítí. Vodík lze skladovat a přepravovat až do 30 obj. % ve stávající distribuční síti zemního plynu.
Sítě pro čistý vodík budou zpočátku rozšiřovány regionálně. Ty se pak postupně spojí a nakonec vytvoří větší sítě. Odhady celoevropské sítě pro vodíkovou přepravu předpovídají, že do roku 2040 by mohlo být vytvořeno až 40 000 km sítě.
Vlivy na měření průtoku plynu
Schopnost spolehlivě a stabilně měřit průtok zemního plynu s příměsí vodíku se proto v dnešní době stává stále důležitější. Změna složení plynu představuje nové výzvy v oblasti měření pro různé měřicí technologie. Je to proto, že přidaný vodík ovlivňuje vlastnosti zemního plynu: mění se hustota, viskozita, výbušnost, průtok a rychlost zvuku plynu. To představuje zcela nové výzvy pro potrubí, kompresory, těsnění, ventily, měřicí techniku atd., například s ohledem na riziko úniků a výbuchů nebo stanovení výhřevnosti. Provozovatelé plynárenských sítí a dodavatelé plynu si proto kladou otázku, jak to ovlivní výkon jejich průtokoměrů plynu.
Ultrazvukové měření průtoku v posledních dvou desetiletích stanovilo nový standard spolehlivosti, trvanlivosti a přesnosti měření v průmyslu zemního plynu i procesních plynů.
Přidání malého procenta vodíku do zemního plynu již výrazně zvyšuje rychlost zvuku (SOS) směsi plynů. Při 100% objemovém obsahu vodíku je to asi třikrát více než zemní plyn. Diagramy na obrázku 1 znázorňují SOS pro zemní plyn, směs vodíku o koncentraci 30 obj. % a čistý vodík.
Obrázek 1: rychlost zvuku pro typický zemní plyn (obsah metanu 90 obj. %) a příměsi vodíku do 100
To klade několik požadavků na konstrukci USM. Musí být zajištěn jak měřicí rozsah ekvivalentu zemního plynu, tak i požadovaná nepřesnost měření. To zahrnuje snížení rozptylu naměřených hodnot, snížení křížové citlivosti na kolísání tlaku, teploty a média a snížení vlivu tekutin a mechanických vlivů.
U zemního plynu s příměsí vodíku až do 30 obj. % je stále možné tento efekt kompenzovat.
Obrázek 2: Příklad použití přístroje FLOWSIC
Ultrazvukové měření průtoku: Připraveno i na budoucí požadavky
Pro budoucí měření vodíkových příměsí a čistého vodíku v obchodním měření lze očekávat stejné specifikace a požadavky – zejména s ohledem na přesnost měření – jako pro měření v zemním plynu. Ultrazvukové průtokoměry plynu (USM) musí být vhodně přizpůsobeny novému měřicímu úkolu.
Vyhrazené plynovody pro přepravu vodíku se však nebudou významně lišit od plynovodů pro zemní plyn. Požadavky jsou podobné jako u dnešních měřičů zemního plynu. Pro energeticky ekvivalentní přepravní kapacitu jsou v přepravních systémech zapotřebí buď větší jmenovité průměry, nebo vyšší průtoky. USM speciálně navržené pro vodík proto musí umožňovat vyšší maximální rychlosti plynu.
Protože USM dokáží velmi dobře splnit všechny požadavky, jsou ideální pro měření průtoku v obchodním styku v budoucích přepravních a distribučních sítích, ať už se jedná o vodíkové příměsi nebo čistý vodík.
Výhody měření průtoku pomocí ultrafiltru (USM) jsou:
- Široký rozsah jmenovitých světlostí (DN50 až DN1400)
- Vysoký měřicí rozsah ≥ 1:100
- Neucpává se, žádná tlaková ztráta
- Žádné mechanické pohyblivé části, žádná pulzace
- Vysoké rychlosti proudění s vodíkem
- Přenositelnost kalibrace na jiná média
Kromě klasifikace podle obsahu vodíku lze USM rozlišovat také podle jejich použití v aplikacích s procesními plyny, v přepravních sítích a v distribučních sítích:
Ukazatel kvality plynu (GQI): Stanovení obsahu vodíku
Kromě primárně měřených hodnot a požadované vysoké přesnosti nabízejí ultrazvukové průtokoměry plynu (USM) další výhody: Díky implementaci „indikátoru kvality plynu“ (GQI) v USM nabízí tento přístroj schopnost detekovat změny ve složení plynu prostřednictvím hodnoty rychlosti zvuku (SOS). I malé změny v obsahu vodíku lze velmi přesně detekovat díky extrémně vysokému obsahu vodíku v kapalině (SOS). Pokud je známo složení referenčního plynu nebo jeho SOS (bez vodíku), je možné velmi přesně stanovit i obsah vodíku. Přístroj porovnává naměřenou hodnotu SOS s referenční hodnotou SOS. Za předpokladu, že jakýkoli rozdíl lze připsat výhradně příměsi vodíku, lze obsah vodíku stanovit přímo. Aproximace se provádí pomocí empirického vzorce implementovaného ve firmwaru USM.
Připraveno pro měření 100% vodíku v obchodním styku
Nejmodernější vodíkové převodníky vyvinuté pro vysokou rychlost zvuku, zcela nová elektronika pracující na frekvenci 1000 kHz a nově koncipované procesy řízení výroby a testování: Společnost Endress+Hauser, která staví na dlouholetých zkušenostech s měřením v obchodním styku, představuje s modelem FLOWSIC610 nejmodernější ultrazvukový průtokoměr schválený dle MID pro měření plynného vodíku v obchodním styku pro všechny velikosti od DN50 do DN400 s fiskální třídou přesnosti 1.
Kromě standardizovaných rozhraní pro datovou komunikaci je FLOWSIC610 vybaven specializovaným rozhraním pro uvedení do provozu a servis: Díky adaptéru kompatibilnímu s Bluetooth® je možné bezdrátové připojení až do vzdálenosti 30 m s koncovými přístroji s podporou Bluetooth®. Další adaptéry specifické pro daný přístroj nejsou vyžadovány. Alternativně je k dispozici také kabelový adaptér s rozhraním USB-C.
Shrnutí
Ultrazvukové průtokoměry plynu se úspěšně používají již více než 20 let k měření množství plynu v široké škále aplikací. To zahrnuje aplikace pro plyny s různým obsahem vodíku. Přístroje používané v těchto aplikacích, stejně jako další z produktové řady FLOWSIC, již byla upravena a schválena pro fiskální měření zemních plynů s obsahem vodíku až 30 % objemových. Provozovatelé plynárenských sítí mohou sledovat trend dodávání regenerativně vyrobeného vodíku do stávajících plynárenských sítí a přepravovat a skladovat tento vodík – bez dodatečných investic do nových průtokoměrů plynu.
Diagnostické možnosti USM umožňují nejen kvantitativní měření, ale i kvalitativní stanovení plynu. Přístroj proto poskytuje doplňkovou metodu analýzy vodíku. To může v některých aplikacích nahradit nákladné analytické techniky pro stanovení vodíku, jako je extrakční plynová chromatografie.
U již instalovaných přístrojů se doporučuje kontrola jejich stavu, aby se vyhodnotil dopad dodávání vodíku až do 30 %. Měl by se také zkontrolovat vliv stárnutí, instalačních podmínek nebo regulátoru tlaku. S tímto vyhodnocením vám může pomoci servisní oddělení společnosti Endress+Hauser.
