Plattform für Wasser, Gas und Wärme
Methan gehört zu den klimaschädlichsten Treibhausgasen. In Gasversorgungsnetzen können Leitungsschäden, Ventilfehler oder Dichtungsprobleme zu Methanemissionen führen. Während frühere Inspektionsmethoden vorwiegend qualitativ orientiert waren, verlangen aktuelle Rahmenwerke wie OGMP (Oil and Gas Methane Partnership) 2.0 und die EU-Methan-Verordnung (EUMVO) eine detaillierte Ermittlung von Emissionsmengen zur Plausibilisierung von Emissionsberichten. So sind bei der EUMVO zwischen Typ 1-Inspektionen (qualitative Suche) und Typ 2-Inspektionen (quantitative Bewertung) zu unterscheiden.
Das Ziel dieses Fachberichts ist es, Verfahren und Technologien vorzustellen, die sowohl Lecksuche als auch Quantifizierung von Methanemissionen ermöglichen und gleichzeitig regulatorische Anforderungen unterstützen.
Das OGMP 2.0 fordert eine steigende Detailltiefe bei der Dokumentation und Validierung von Methanemissionen. Zu den wesentlichen Elementen gehören folgende Punkte:
Die EUMVO legt Folgendes fest:
Â
Insbesondere unterscheidet die EUMVO zwischen Typ 1- und Typ 2-Inspektionen. Typ 1 lokalisiert potenzielle Leckagen, während Typ 2 die Leckrate für die Emissionsberichterstattung quantifiziert.
Die luftgestützte optische Methanmessung (Fig. 1) nutzt hyperspektrale Kameras bzw. Schnüffelgeräte, die mittels Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy (TDLAS) funktionieren. Dabei werden Methan-Absorptionssignaturen über grossflächige Gebiete erfasst. Durch Überlagerung spektraler bzw. Konzentrationsdaten mit geografischen Informationen lassen sich Emissionsquellen über Verteil- und Transportnetze flächendeckend identifizieren.
Auch können dadurch Methankonzentrationen in der Atmosphäre quantifiziert werden, wodurch Leckraten mittels Dispersionsmodellen abgeschätzt werden.
Während einer Feldkampagne wurde eine Verdichterstation beflogen. Durch atmosphärische Korrektur der Methankonzentrationsdaten – insbesondere unter Einbeziehung von Windmessungen – konnten Emissions-Hotspots lokalisiert werden (Fig. 2). Dabei zeigte sich, dass selbst geringe Emissionsquellen erfasst wurden, die bei früheren konventionellen Inspektionen nicht identifiziert worden waren.
Tragbare, optisch basierte Sensoren ermöglichen dem Feldpersonal, Leckagen direkt vor Ort zu identifizieren (Fig. 3). Die Geräte arbeiten nach dem TDLAS-Prinzip und erfassen Methankonzentrationen in der Umgebungsluft.
Eine stationäre Sensorik ergänzt mobile und punktuelle Messverfahren durch kontinuierliche Datenerfassung an kritischen Punkten im Netz (Fig. 4). Durch integrierte Softwarelösungen ist Folgendes möglich:
Für eine genaue Quantifizierung der Leckrate ist das High Flow Sampling ein etabliertes Standardverfahren. Es kann flexibel sowohl bei kleineren Anlagen (Fig. 5) als auch bei grösseren Industrieanlagen wie Gasdruckregelanlagen (Fig. 6) eingesetzt werden. Dabei wird ein kontrollierter Luftstrom durch eine Leckquelle geführt, um die darin enthaltene Methanmasse mittels Gasanalysatoren zu vermessen.
In der Praxis erweisen sich die bei der Quantifizierung gemessenen Werte als repräsentativ, wenn vor der Messung ein stabiler Zustand abgewartet wird. Besonders zu berücksichtigen ist, dass sich Methan in Toträumen ansammelt und dadurch anfänglich deutlich erhöhte Konzentrationen verursacht werden können. Eine Quantifizierung sollte daher erst nach Erreichen eines stabilen Messwerts erfolgen (Fig. 7).
In einem Feldversuch wurde eine Leckstelle eines Kugelventils mit dem High Flow Sampler untersucht (Fig. 5). Durch kontinuierliche Messung über 30 Minuten ergab sich eine mittlere Leckrate von 1,8 kg/h. Diese quantitative Aussage ermöglichte die Einordnung der Leckage in die regulatorischen Meldekategorien und unterstützte das Management bei Entscheidungsprozessen zur Prioritätensetzung bei der Instandsetzung.
In einem kontrollierten Versuch wurde im Inneren des eingehausten GDRA-Gebäudes eine künstliche Methanemission mit einer Soll-Konzentration von 500 ppm erzeugt. Die Messung der Emissionen im Absaugluftstrom der Einhausung ergab Methankonzentrationen, die deutlich unterhalb der im Rauminneren vorliegenden Konzentration lagen. So zeigte das Referenzmessgerät in der Raummitte 500 ppm an, während zu Beginn der Messung im Absaugluftstrom lediglich 145,34 ppm erfasst wurden (Fig. 8).
Dieser Unterschied ist auf eine Vermischung der methanhaltigen Raumluft mit einströmender Umgebungsluft unterhalb der Einhausungsplane zurückzuführen. Infolgedessen wird die tatsächliche Methankonzentration im Anlagenraum durch die Absaugung nicht vollständig erfasst. Dennoch traten deutliche Abweichungen gegenüber der Referenzmessung auf: Die im Absaugluftstrom gemessenen Konzentrationen lagen zu Beginn etwa 71% und am Ende etwa 77% unterhalb der Referenzwerte im Rauminneren. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die im Absaugluftstrom erfassten Methankonzentrationen die tatsächliche Konzentration im Anlagenraum nur eingeschränkt repräsentieren. In der Praxis soll dieser «Verdünnungseffekt» kompensiert werden. Dies verdeutlicht, weshalb eine reale Quantifizierungsmessung essenziell ist und reine Konzentrationsmessungen allein nicht ausreichen.
Die Kombination verschiedener Messtechnologien – von luftgestützter Methankonzentrationserfassung über tragbare Sensorik bis hin zu stationärer Überwachung und High Flow Sampling – schafft ein robustes Rahmenwerk zur Erfassung und Quantifizierung von Methanemissionen. Besonders wichtig ist die Ergänzung qualitativer Lokalisierung durch quantitative Mengenermittlung, um den Anforderungen aktueller Regulierungsrahmen wie OGMP 2.0 und EUMVO gerecht zu werden. Regulatorische Vorgaben verlangen nicht nur die Erkennung von Emissionen, sondern valide, nachvollziehbare Zahlen zur Emissionsstärke. Die beschriebenen Verfahren liefern folgende Daten:
Â
Eine stationäre Sensorik ergänzt mobile und punktuelle Messverfahren durch kontinuierliche Datenerfassung an kritischen Punkten im Netz (Fig. 4). Durch integrierte Softwarelösungen ist Folgendes möglich:
Für eine genaue Quantifizierung der Leckrate ist das High Flow Sampling ein etabliertes Standardverfahren. Es kann flexibel sowohl bei kleineren Anlagen (Fig. 5) als auch bei grösseren Industrieanlagen wie Gasdruckregelanlagen (Fig. 6) eingesetzt werden. Dabei wird ein kontrollierter Luftstrom durch eine Leckquelle geführt, um die darin enthaltene Methanmasse mittels Gasanalysatoren zu vermessen.
In der Praxis erweisen sich die bei der Quantifizierung gemessenen Werte als repräsentativ, wenn vor der Messung ein stabiler Zustand abgewartet wird. Besonders zu berücksichtigen ist, dass sich Methan in Toträumen ansammelt und dadurch anfänglich deutlich erhöhte Konzentrationen verursacht werden können. Eine Quantifizierung sollte daher erst nach Erreichen eines stabilen Messwerts erfolgen (Fig. 7).
In einem Feldversuch wurde eine Leckstelle eines Kugelventils mit dem High Flow Sampler untersucht (Fig. 5). Durch kontinuierliche Messung über 30 Minuten ergab sich eine mittlere Leckrate von 1,8 kg/h. Diese quantitative Aussage ermöglichte die Einordnung der Leckage in die regulatorischen Meldekategorien und unterstützte das Management bei Entscheidungsprozessen zur Prioritätensetzung bei der Instandsetzung.
In einem kontrollierten Versuch wurde im Inneren des eingehausten GDRA-Gebäudes eine künstliche Methanemission mit einer Soll-Konzentration von 500 ppm erzeugt. Die Messung der Emissionen im Absaugluftstrom der Einhausung ergab Methankonzentrationen, die deutlich unterhalb der im Rauminneren vorliegenden Konzentration lagen. So zeigte das Referenzmessgerät in der Raummitte 500 ppm an, während zu Beginn der Messung im Absaugluftstrom lediglich 145,34 ppm erfasst wurden (Fig. 8).
Dieser Unterschied ist auf eine Vermischung der methanhaltigen Raumluft mit einströmender Umgebungsluft unterhalb der Einhausungsplane zurückzuführen. Infolgedessen wird die tatsächliche Methankonzentration im Anlagenraum durch die Absaugung nicht vollständig erfasst. Dennoch traten deutliche Abweichungen gegenüber der Referenzmessung auf: Die im Absaugluftstrom gemessenen Konzentrationen lagen zu Beginn etwa 71% und am Ende etwa 77% unterhalb der Referenzwerte im Rauminneren. Diese Ergebnisse verdeutlichen, dass die im Absaugluftstrom erfassten Methankonzentrationen die tatsächliche Konzentration im Anlagenraum nur eingeschränkt repräsentieren. In der Praxis soll dieser «Verdünnungseffekt» kompensiert werden. Dies verdeutlicht, weshalb eine reale Quantifizierungsmessung essenziell ist und reine Konzentrationsmessungen allein nicht ausreichen.
Die Kombination verschiedener Messtechnologien – von luftgestützter Methankonzentrationserfassung über tragbare Sensorik bis hin zu stationärer Überwachung und High Flow Sampling – schafft ein robustes Rahmenwerk zur Erfassung und Quantifizierung von Methanemissionen. Besonders wichtig ist die Ergänzung qualitativer Lokalisierung durch quantitative Mengenermittlung, um den Anforderungen aktueller Regulierungsrahmen wie OGMP 2.0 und EUMVO gerecht zu werden. Regulatorische Vorgaben verlangen nicht nur die Erkennung von Emissionen, sondern valide, nachvollziehbare Zahlen zur Emissionsstärke. Die beschriebenen Verfahren liefern folgende Daten:
TDLAS – Tunable Diode Laser Absorption Spectroscopy
OGMP – Oil and Gas Methane Partnership
EUMVO – EU-Methan-Verordnung 2024/1787
ppm – parts per million
GDRA – Gasdruckregelanlage
|
Roboterhund im Einsatz |
Roboterhunde sind im Trend. Sie ermöglichen eine kontinuierliche und präzise Überwachung von Anlagen, ohne dass Menschen vor Ort aufwendig und riskant eingreifen müssen. Dadurch sinken Kosten für Personal und Wartung, während gleichzeitig die Effizienz steigt, da Lecks schneller erkannt und behoben werden können. |
«AQUA & GAS» gibt es auch als E-Paper. Abonnenten, SVGW- und/oder VSA-Mitglieder haben Zugang zu allen Ausgaben von A&G.
Den «Wasserspiegel» gibt es auch als E-Paper. Im SVGW-Shop sind sämtliche bisher erschienenen Ausgaben frei zugänglich.
Kommentare (0)