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Fachartikel
05. März 2021

Wasserstoff

H₂-Readiness der Gasverteilung

Keine Taten ohne Daten! Dies gilt vor allem und insbesondere für die Datenbank zur Wasserstoffkompatibilität von Produkten und Materialien im Gasverteilnetz. Gegen Angaben ihrer Daten steht den Gasversorgern, die sich am H₂-Projekt des SVGW beteiligen, der Zugang zur Datenbank und zum DBI-Kompendium frei zur Verfügung – Interessierte können sich anmelden. Nun folgen auf die Daten erste Taten: Online-Seminare, Überarbeitung resp. Erarbeitung des SVGW-Regelwerks sowie die H₂-Ist-Netz-Analyse, auf deren Basis zusammen mit Szenariorahmen und Transformationspfad eine Zielnetzplanung mit unterschiedlichen H₂-Gehalten realisiert werden kann.
Matthias Hafner, Bettina  Bordenet , 

Der SVGW stellt den Gasversorgungen, die sich am Projekt «H2-Toleranzanalyse des schweizerischen Gasverteilnetzes» beteiligen, eine Datenbank zur Wasserstoffkompatibilität von Produkten und Materialien im Verteilnetz zur Verfügung. Diese basiert auf Daten der SVGW-Zertifizierungsstelle, von Herstellern, Lieferanten, Netzbetreibern und aus dem Kompendium «Wasserstoff in Gasverteilnetzen» der DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH. Die Datenbank enthält aktuelle Informationen über Zertifizierungen, Labels, Bescheinigungen und Aussagen von Herstellern sowie andere Nachweise zur Wasserstoffkompatibilität.
Die Projektmitglieder können werksspezifische Listen zu allen Komponenten, die verbaut sind oder projektiert werden und in Kontakt mit Gas sind, erstellen. Dies unabhängig davon, ob die Komponenten SVGW-zertifiziert sind oder nicht. Die Daten werden stetig aktualisiert durch Angaben von Herstellern, Lieferanten und Netzbetreibern. Aktuell beteiligen sich über 30 Verteilnetzbetreiber am Projekt.

Werkspezifischer Überblick – stetig aktualisiert

Das Ziel der Datenbank ist es, möglichst effizient und kompetent einen werkspezifischen Überblick über die H2-Kompatibilität von Komponenten und Materialien zu erhalten. In Zusammenarbeit mit einzelnen Projektteilnehmern wurden und werden die Benutzbarkeit der Datenbank und die geforderten Datenkriterien stetig optimiert. Den Interessierten wird somit in einem sich rasch ändernden Umfeld werkspezifische und kompakte technische Informationen zur Wasserstoffkompatibilität bereitgestellt. Im Moment sind unterschiedliche Nachweise (Zertifikate, Labels, Gutachten, Herstellbescheinigungen usw.) im Umlauf. Da Referenzdokumente wie die NormSN EN 437 «Prüfgase – Prüfdrücke – Gerätekategorien» [1] für die spezifischen Gerätenormen noch keine konkreten Gasfamilien zu Gasgemischen von Erdgas mit bis zu 100% Wasserstoff definieren, sind von namhaften Prüfstellen Labels und Gutachten erhältlich (z. B. H2 Ready-Label des DBI), die darauf ausgerichtet sind, die H2-Tauglichkeit von Produkten zu bescheinigen [2]. Die entsprechenden europäischen Normierungsgremien sind an der Überarbeitung der erwähnten Referenznorm. Das Projekt Testing Hydrogen Admixture for Gas Applications (THyGA), ein pränormatives Forschungsprogramm, gefördert von der Europäischen Union, unterstützt die Arbeiten [3].
Das Projektkonsortium hat als Hauptziel, die breite Einführung von Wasserstoff-Erdgas-Mischungen zu ermöglichen und versucht Wissenslücken bezüglich der technischen Auswirkung auf Gasgeräte im privaten und gewerblichen Bereich zu schliessen. Es werden geeignete Codes und Standards identifiziert und eine Empfehlung zur Anpassung gegeben. Dies mit dem Ziel, den zukünftigen Anforderungen gerecht zu werden und eine Strategie zur Bewältigung der He­rausforderungen für neue und bestehende Geräte zu entwickeln. Erkenntnisse und Informationen aus diesem Konsortium und aus weiteren internationalen Projekten (Marcogaz usw.) fliessen in die Datenbank des SVGW zur Wasserstoffkompatibilität mit ein.
Somit erhält der Netzbetreiber mit seinen eigenen Angaben und dem SVGW-Verzeichnis über die Produkte und deren Wasserstoffkompatibilität stetig aktualisierte Informationen und Entwicklungen von Nachweisen. Zertifikate können rasch und effizient nachgeführt werden. Voraussetzung hierfür ist eine Aufnahme bzw. Dokumentation aller Assets, die in Kontakt mit Gas stehen.

H2-Ist-Netz-Analyse

Die so genannte H2-Ist-Netz-Analyse ist mit grossem Zeitaufwand für die Projektmitglieder verbunden. So sind sämtliche Dokumente bezüglich der geforderten relevanten Angaben durchzusehen, fehlende Informationen sind mittels Recherche zu ergänzen, selbst Probeentnahmen sind nicht ausgeschlossen. Die Analyse umfasst auch Betriebsermittlungen zum aktuellen Instandsetzungsbedarf, zu Anlagenauslastung, Leitungslängen, Altersstruktur, Störungs- und Schadensstatik, Netzvolumen sowie zum Wiederbeschaffungswert des Bestandnetzes. Sämtliche Ist-Informationen sind für eine zukünftige Nutzung der bestehenden Infrastruktur für erneuerbare Gase immens wichtig und können ihren Wert steigern. Auch hier kann der SVGW mit Datenbank und Angaben von anderen Netzbetreibern, Herstellern und Lieferanten Hilfe anbieten. Die vom Werk erstellten Komponenten- und die Materialliste lassen sich über die Datenbank des SVGW und weitere Angaben von Herstellern, Lieferanten und Netzwerkbetreibern stetig abgleichen.
Mit werkbezogenen Eingaben in die Datenbank des SVGW über seine verbauten Produkte im Verteilnetz erhält der Netzbetreiber innert Kürze eine erste scharfe Aussage zur derzeitigen Wasserstoffkompatibilität seiner in der Infrastruktur eingesetzten Produkte und kann kritische Elemente rasch ausweisen.
In einem weiteren werkspezifischen Abgleich mit dem Kompendium können Aussagen über Funktion und fehlende Normierungen, Standards und Regelwerke ersichtlich gemacht werden. Kurz gesagt: Die Geschäftsstelle des SVGW erstellt zusammen mit seinen Mitgliedern ein hilfreiches Tool für die nächsten Schritte der Transformation der schweizerischen Gasnetze in eine nachhaltige Zukunft. Die Verteilnetze sind aber nur ein Teil der gesamten Gasinfrastruktur (Produktion, Transport, Verteilung und Anwendung). Das Kompendium und die SVGW-Zertifizierung liefern weitere Daten auch zur Gasinstallation und zu Gasverbrauchs­apparaten. Für die anderen Teilbereiche der Gasinfrastruktur sind Abklärungen im Gange, inwieweit das Verzeichnis vergrössert werden kann.

Unterschiedliche Tiefen

Die konkrete H2-Ist-Netz-Analyse kann je nach Zielsetzung in unterschiedlichen Tiefen durchgeführt werden. Eine erste Aussage lässt sich sicherlich mit einer Durchsicht aller vorhandenen Dokumentationen und Unterlagen erreichen. Hier würde auch schon ersichtlich, bei welchen Komponenten eine vertiefte Recherche fällig wird, oder welche Produkte und Komponenten grundsätzlich ausgeschlossen werden können. Vertiefte Recherchen zu einzelnen Produkten können mit dem SVGW und entsprechenden Experten angegangen werden. Wenn lokal oder in Teilabschnitten des Verteilnetzes Projekte zur Einspeisung von H2 bestehen, kann eine genauere Analyse in Betracht gezogen werden. Denkbar ist auch, einen für das Verteilnetz repräsentativen Teilbereich zu definieren, um den zeitlichen Aufwand für eine gesamte Verteilnetzanalyse abschätzen zu können.

Szenarien und Regelwerk Gas

Das Projekt der H2-Ist-Netz-Analyse ist die Grundlage für die ersten Transformationsschritte hin zur neuen Zielnetzplanung für einzelne Teilbereiche oder des ganzen Verteilnetzes. Die Entscheidung, mit welcher Gasbeschaffenheit (10%, 20%, 100% H2 und methanreichen nachhaltigen Gasen) das analysierte Netz oder der Teilabschnitt betrieben wird, hängt von etlichen weiteren Aspekten ab, z. B.:
– Wo liegen Potenziale für lokale erneuerbare Gasproduktionen?
– Welche Gasanwendungen (alte und neue Märkte) sind vorhanden?
– Welche Synergie bestehen zu anderen Energieträgern?
– Was liefern die vorgelagerten Netze (s. European Backbone)?
– Wie kann eine kontinuierliche Beschaffenheit eingehalten und nachverfolgt werden?
– Wie kann ein solches Netz effizient betrieben werden?

Technische Hilfestellungen und Rahmenbedingungen werden hierzu die entsprechenden SVGW-Richtlinien G18 «Gasbeschaffenheit» und G23 «Metering Code Gas» liefern. Ein Leitfaden für wasserstoffhaltige Gase in bestehenden und neuen Netzen ist in Entstehung. Das Regelwerk wird in den nächsten Jahren kontinuierlich weiterentwickelt, um eine sichere technische Umsetzung dieser Transformation zu begleiten.

Weiterentwicklung von G18 und G23

Die Weiterentwicklung der beiden Richtlinien beeinflusst das gesamte nachgelagerte Regelwerk. In einer ersten Priorisierung wird angestrebt, in der Richtlinie G18 «Gasbeschaffenheit» den H2-Anteil von derzeit 2% auf 10% für die heutige geltende Gasbeschaffenheit zu erhöhen sowie weitere Gasfamilien einzuführen. Um 10% H2 als Blending im Gasnetz überhaupt flächendeckend einführen zu können, müssen die wichtigsten Infrastrukturregelwerke aus dem Fachbereich überprüft werden. Die im vergangenen Jahr gebildete Arbeitsgruppe «Regelwerk H2» ist bereits auf gutem Weg und klärt ab, welche Anpassungen in den Regelwerken G1 «Richtlinie für die Erdgasinstallation in Gebäuden» (Gasleitsätze), G2 «Rohrleitungen» und G7 «Gasdruckregelanlagen» nötig sind, um eine flächendecke Umsetzung zu realisieren. Manche «Showstopper» wie CNG-Tankstellen usw. sind bereits bekannt.

Szenariorahmen

Ein Blending der derzeitigen Gasbeschaffenheit mit 10% H2 würde in den nächsten Jahren bei einzelnen Netzbetreibern umsetzbar sein, sofern eine H2-Ist-Netz­analyse sowie eine Analyse der Anwendungen mit entsprechenden Nachweisen, Dokumentationen und Unterlagen vorliegen. Auf Grundlage der H2-Ist-Netz-Analyse und einer Analyse der Anwendungen kann weiterführende H2-Readiness (20%, 30% und 100%) angestrebt werden in Übereinstimmung mit zukünftigen Versorgungsaufgaben basierend auf entsprechenden Szenariorahmen. Dort werden Aspekte wie Produktionspotenziale, regulatorische Rahmenbedingungen, Kongruenz von erneuerbaren Energieträgern usw. eine wichtige Rolle spielen. Eine Umstellung bzw. Anpassung der Gasbeschaffenheit will somit wohlüberlegt sein, wird aber längerfristig für die meisten Verteilnetzbetreiber unumgänglich werden, um in Zukunft effizient nachhaltige Energie zur Verfügung zu stellen. Eine Methanisierung kann natürlich als Alternative zur Anpassung der Netzinfrastruktur berücksichtig werden, aber nachhaltige kostenoptimale CO2-Quellen vor Ort werden voraussichtlich 2050 schwer zu finden sein.

Transformation

Nun stellt sich die Frage, wie ein solcher Transformationspfad möglichst kostenoptimal unter Berücksichtigung der Klimaziele gestaltet werden kann. Deswegen gilt es, die Mehrkosten für eine Erneuerung gegenüber einer normalen Sanierung abzuschätzen. Grundsätzlich ist hierzu zu sagen: Je mehr der Erneuerungsbedarf steigt, desto höher fallen die Kosten aus.
Basierend auf der H2-Ist-Netz-Analyse (Verteilnetz und Anwendung), dem Szenariorahmen und einem Transformationspfad kann eine Zielnetzplanung konkretisiert werden mit unterschiedlichen nachhaltigen Gasbeschaffenheiten. Ein umsichtiger Gasnetzbetreiber sollte sich also bereits heute bei jeder Erneuerung und Sanierung der Infrastruktur mit künftigen Anforderungen (Gasbeschaffenheit, Material, Volumen, Druckstufen usw.) auseinandersetzen.

Online-Seminare

Seit September 2020 führt der SVGW im Rahmen seines Projektes «Analyse der H2-Toleranz des schweizerischen Gasverteilnetzes» regelmässig Online-Seminare durch. Einerseits werden die Seminare als Plattform zum Austausch unter den Beteiligten genutzt, andererseits werden Informationen sowie Tools zur Verfügung gestellt. So hat die DBI Gas und Umwelttechnik GmbH in den Seminaren präsentiert, welche nächsten Schritte angedacht werden können für eine erfolgreiche Anpassung an neue und bestehende Gasbeschaffenheiten.
Basierend auf dem Kompendium «Wasserstoff in Gasverteilnetzen» und den derzeitigen Tätigkeiten des SVGW (H2-Ist-Netz-Analyse, Szenariorahmen, Transformationspfad und Zielnetzplanung) werden in den Seminaren sämtliche wichtigen Punkte hervorgehoben, die früher oder später gemeinsam angegangen werden müssen.

Bibliographie

[1] Schweizerische Normenvereinigung: SN EN 437 Prüfgase – Prüfdrücke – Gerätekategorien. www.snv.ch (zuletzt geprüft: 06.02.2020)
[2] DBI Gas- und Umwelttechnik GmbH: H2Ready Label DBI. www.dbi-gruppe.de/h2ready.html
[3] THyGA Project (2020): Testing Hydrogen admixture for Gas Applications (2020). thyga-project.eu/ (zuletzt geprüft: 07.12.2020)
[4] Gas for Climate – a path to 2050 (2020): European Hydrogen Backbone. How a Dedicated Hydrogen Infrastructure can be Created. Unter Mitarbeit von Enagás, Energinet, Fluxys Belgium, Gasunie, GRTgaz, NET4GAS et al. Hg. v. Gas for Climate – a path to 2050. Guidehouse. Utrecht (1). gasforclimate2050.eu (zuletzt geprüft: 10.02.2021)

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