Projektskizzen 2023 Gaswirtschaftlicher Beirat - DBI Gruppe

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Projektskizzen 2023
Gaswirtschaftlicher Beirat

                             © freepik - photoangel

Inhalt

  1.1    Einsatz von LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) bei Ortsnetzanlagen der
         Gasversorgung                                                                             7
  1.2    Auswertung des Potenzials der Umrüstung von alten Erdöl- und Erdgasbohrungen für tiefe
         Geothermie                                                                                8

  2.1    Einflüsse der LNG-Einspeisung und daraus resultierender Änderungen der Gasbeschaffenheit
         auf industrielle und häusliche Erdgasverbraucher                                         9
  2.2    Optionen zur kleinskaligen (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff – Bewertung
         verschiedener Technologien für gewerbliche und häusliche Anwendungen                     10
  2.3    Entwicklung eines Strategietools zur Vorplanung von Versorgungsinfrastrukturen für den
         Einsatz von klimafreundlichem Wasserstoff im Schwerlastverkehr                           11
  2.4    Methanemissionsmessungen – Validierung von Messverfahren und Prüfung gewünschter
         Nachweisgrenzen                                                                          12

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GWB - Projektskizzen 2023

       Themenbereich Gasnetze und -speicher

1.1 Einsatz von LoRaWAN (Long Range Wide Area Network) bei
    Ortsnetzanlagen der Gasversorgung

Motivation und Inhalt
Ortsnetzanlagen müssen durch den Betreiber überwacht werden. Bei kleineren Anlagen ohne
Stromanschluss, wird ein Datenlogger verwendet, der zyklisch besucht und ausgelesen wird. Größere Anlagen
(mit Stromanschluss) nutzen Telekommunikationskanäle (Festnetz, Mobilfunknetze) um relevante
Informationen (Zählerstände, Ereignisse) zu übertragen.
Long Range Wide Area Network (LoRaWAN) ist ein Low-Power-Wireless-Netzprotokoll. Es ist geeignet, um
über Funk Reichweiten von 2 km in Stadtgebieten und bis zu 40 km in ländlichen Gebieten zu überbrücken.
Hierbei sammelt ein LoRaWAN-Endgerät Daten aus dem Prozess (hier Ortsnetzanlage) und überträgt diese
zu einem Gateway, von dem aus diese zum Nutzer übertragen werden (Internet). Der Strombedarf der
sendenden Endgeräte beträgt rund 10 mA im Betriebs- und 100 nA im Ruhemodus. Das ermöglicht bei
Vernachlässigung der Selbstentladung eine Batterielebensdauer von 2 bis 15 Jahren. Die Kommunikation
zwischen Endgerät und Gateway erfolgt auf verschiedenen öffentlichen Frequenzkanälen mit Datenraten von
0,3 bis 50 kbit/s. Um die öffentlichen Frequenzen nicht zu überlasten, gibt es eine Begrenzung auf eine
Nachricht pro ca. 5 min. Damit ist der Einsatz für Echtzeitanwendungen limitiert.
Für Ortsnetzanlagen, die Statusmeldungen und ggf. Zählerstände übertragen ist LoRaWAN eine Option zur
Überwachung des Betriebszustandes. Informationen und Ereignisse werden übertragen und aufbereitet, so
dass sie grafisch in der Leitwarte des Netzbetreibers dargestellt werden können.

Schwerpunkte / Arbeitsschritte
-      Recherche zur LoRaWAN-Technologie (Netze, Hersteller, Einsatz, Feldtest)
-      Beschreibung von typischen Hardwarekonfigurationen für Ortsnetzanlagen
-      (Gateway, Geräte, Antennen)
-      Technische und betriebswirtschaftliche Bewertung, in Erweiterung auch im Vergleich Ortsnetzanlagen
       mit und ohne Stromanschluss
-      Aufbau eines Funktionsmodells (Option)
-      Bewertung des Nutzens für die Gaswirtschaft

Ziel
Ziel der Untersuchungen ist die Gewinnung von Erkenntnissen zum Einsatz der LoRaWAN-Technologie bei
der Überwachung von kleinen Ortsnetzanlagen.

Bearbeitungsdauer                Kosten
7 Monate                         20.000 EUR

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GWB - Projektskizzen 2023

1.2 Auswertung des Potenzials der Umrüstung von alten Erdöl- und
    Erdgasbohrungen für tiefe Geothermie

Motivation und Inhalt
Im Zuge des Ausbaus der erneuerbaren Energien kommt der tiefen Geothermie als grundlast-fähiger EE eine
besondere Bedeutung für die regionale Wärmeversorgung zu. Es existieren in Deutschland über 10.000
Altbohrungen, die ursprünglich zur Förderung von Erdöl und Erdgas niedergebracht wurden. In diesem Projekt
soll geprüft werden, welchen Beitrag diese Altbohrungen zum Gelingen der Energiewende beitragen können
und wie sich die Wirtschaftlichkeit im Vergleich zu Neubohrungen darstellt.
Anhand 2 exemplarischer Öl- und Gasbohrungen mit typischen Verrohrungen / Bohrungskomplettierung sollen
die Kosten für die Umrüstung für eine geothermische Nachnutzung aufgestellt werden. Dabei wird jeweils die
Nutzung als tiefe Erdwärmesonde und als hydrothermale Dublette berücksichtigt. Die Kosten für die
Umrüstung werden mit den Errichtungskosten für Neubohrungen verglichen.
Neben den Kosten für die Umrüstung ist auch der erwartete Wärmeaustrag von entscheiden-der Bedeutung
für die Sinnhaftigkeit der Umrüstung von bestehenden Altbohrungen: die das existierende Verrohrungsschema
könnten die Wasserzirkulationsraten begrenzt sein und nicht unbedingt das Niveau einer Neubohrung
erreichen. Die möglichen Wasserzirkulationsraten und der damit verbundene Wärmeaustrag mit und ohne
Einsatz einer Wärmepumpe wird mit den entsprechenden Werten von vergleichbaren designierten
Geothermiebohrungen verglichen und im Ergebnis Auswahlkriterien für geeignete umrüstbare Altbohrungen
definiert, die es in der Folge den an der Geothermie beteiligten Entscheidungsträgern und Akteuren
ermöglichen sollen, schneller geeignete Lokationen zu identifizieren.

Schwerpunkte / Arbeitsschritte
-      Erarbeitung zweier exemplarischer Öl- und Gasbohrungskompletteirungen basierend auf dem
       tatsächlichen Bestand an Tiefbohrungen in Deutschland, s. auch GeolDG und eigene Expertise der DBI-
       Gruppe.
-      Kostenaufstellung für Umrüstung der Altbohrungen auf Geothermie und im Vergleich dazu einer
       Neubohrung
-      Analyse des möglichen Wärmeaustrags aus den umgerüsteten Altbohrungen und Vergleich zu neuen
       Geothermiebohrungen
-      Zusammenfassung Ergebnisse als Auswahlkriterienkatalog (Bericht)

Ziel
Ziel der Untersuchungen ist die Gewinnung von Erkenntnissen über die Möglichkeiten zur Nachnutzung von
existierenden Altbohrungen für die tiefe Geothermie. Dabei sollen Aussagen zu den erwarteten Kosten, dem
Wärmeaustrag und weiteren relevanten Auswahlkriterien (wie z.B. Abstand zu Abnehmern) gewonnen
werden.

Bearbeitungsdauer                Kosten
7 Monate                         20.000 EUR

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GWB - Projektskizzen 2023

       Themenbereich Gasverwendung

2.1 Einflüsse der LNG-Einspeisung und daraus resultierender Änderungen
    der Gasbeschaffenheit auf industrielle und häusliche Erdgasverbraucher

Motivation und Inhalt
Auf Grund sich verändernden Lieferstrukturen sind in den nächsten Jahren große Mengen Flüssigerdgas
(liquefied natural gas – LNG) aus verschiedensten Quellen im deutschen und europäischen Erdgasnetz zu
erwarten. Dieses stammt voraussichtlich aus unterschiedlichen Quellen, wodurch ein deutlicher Einfluss auf
die Gasbeschaffenheit im deutschen Erdgasnetz zu erwarten ist.
Insbesondere industrielle Verbraucher sind auf eine konstante Gasbeschaffenheit angewiesen, um
Produktqualitäten und Prozessparameter einhalten zu können. Teilweise verfügen industrielle
Erdgasverbraucher nicht über eine entsprechende Regelung, um auf Änderungen der Gasbeschaffenheit
reagieren zu können, sondern sind auf feste Gaskennwerte eingestellt. Auch bei häuslichen Verbrauchern
können größere Änderungen der Beschaffenheit dazu führen, dass Änderungen am Emissionsverhalten und
dem Geräuschaufkommen zu bemerken sind. Zudem kann bei der Installation oder Umstellung von
Erdgasverbrauchsgeräten eine deutliche Abweichung zwischen dem bei der Werkseinstellung
angenommenen und dem tatsächlichen Wobbe-Index zu einer unsauberen Verbrennung und langfristig zu
Schäden am Gasverbrauchsgerät führen.
Um mögliche Auswirkungen der LNG-Einspeisung besser beurteilen zu können, wird auf Basis der bis Ende
2021 vorliegenden Versorgungsstruktur beurteilt, wo ggf. größere Änderungen in der Gasbeschaffenheit
auftreten können, wie groß diese Änderungen sein werden und welche Einflüsse dies auf Verbraucher hat.
Auf dieser Basis wird regional spezifisch beurteilt, ob und wo ggf. Maßnahmen beim Endverbraucher
notwendig sind, und wie diese aussehen könnten.

Schwerpunkte / Arbeitsschritte
-      Zusammenstellung der zu erwartenden LNG-Quellen und ihrer Stoffwerte
-      Zusammenstellung der zu erwartenden Änderungen der Gasbeschaffenheit in Abhängigkeit der lokalen
       Gasbeschaffenheiten vor 2022
-      Identifikation der maximalen erwartbaren Schwankungen und Regionen mit den höchsten zu
       erwartenden Schwankungen
-      Ausarbeitung der maximalen zulässigen Schwankungen der Gasbeschaffenheit für häusliche Heizgeräte
       und typische industrielle Verbraucher
-      Identifikation zukünftig möglicherweise anfälliger Regionen
-      Definition von Möglichkeiten zur Kompensation der Beschaffenheitsschwankungen

Ziel
Ziel ist die Einschätzung, ob und wo kritische Zustände an Erdgasverbrauchern auftreten können, welche
durch die veränderten Gasbeschaffenheiten der LNG-Einspeisung verursacht werden. Neben einer
Einschätzung, welche Verbraucher betroffen sein könnten, wird auch eine Empfehlung gegeben, wie hier
seitens Verbraucher und Versorger reagiert werden kann.

Bearbeitungsdauer               Kosten
7 Monate                        20.000 EUR

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GWB - Projektskizzen 2023

2.2 Optionen zur kleinskaligen (Zwischen-)Speicherung von Wasserstoff –
    Bewertung verschiedener Technologien für gewerbliche und häusliche
    Anwendungen

Motivation und Inhalt
Im Rahmen der Energiewende erlangt Wasserstoff zunehmend Bedeutung in verschiedenen
Anwendungsbereichen, sei es in der stofflichen Nutzung, der Mobilität oder der Energiewirtschaft. Angesichts
der Bestrebungen erneuerbare Energien auch für gewerbliche und häusliche Anwendungen verstärkt in den
Markt zu bringen, steigen vor dem Hintergrund der schwankenden Verfügbarkeit die Anforderungen bezüglich
entsprechender Speicherung. Batterieelektrische Systeme können in gewissem Umfang tageszeitliche
Schwankungen ausgleichen, weisen aber zur Pufferung saisonaler Schwankungen Nachteile auf, was Kosten,
Verfügbarkeit sowie entsprechend Rohstoffbedarf betrifft. Alternativ bietet sich zur saisonalen Speicherung
Elektrolysewasserstoff an, der, insbesondere so lange noch kein flächendeckendes Wasserstoffnetz mit
entsprechenden großskaligen Speicherkapazitäten umgesetzt ist, dezentral gespeichert wird. An die
entsprechenden Speichersysteme bestehen, abhängig vom Anwendungszweck, unterschiedliche
Anforderungen, z.B. bzgl. Kapazität und Flexibilität/Dynamik. Für eine effiziente Nutzung sind geeignete
Lösungen erforderlich. Für deren technische Umsetzung bestehen diverse technische Lösungsansätze, die
teils dem Stand der Technik entsprechen, teils aber auch noch im F&E-Stadium sind. Diese Lösungsansätze
werden im Rahmen der Studie analysiert, um für beispielhafte Anwendungsfälle eine Bewertung der Eignung
zu ermöglichen.

Schwerpunkte / Arbeitsschritte
-    Recherche und Analyse von Optionen zur H₂-Speicherung unter Berücksichtigung von Verfahren nach
     Stand der Technik und Ansätzen aus F&E
-    Erstellung von Technologieübersichten mit wesentlichen Parametern, beispielsweise zu
     Funktionsprinzip, typischen Kapazitäten, Dynamik, Energiebedarf, Speicherdichte, Wasserstoffqualität
     und TRL
-    Erstellung von beispielhaften Anwendungsfällen als Basis für die Bewertung der Speichertechnologien
-    Bewertung der Eignung von Speichertechnologien vor dem Hintergrund technischer Parameter und
     anwendungsbezogener Anforderungen
-   Ableitung von Empfehlungen bzgl. der Speichertechnologien nach Anwendung (Bedarf, Kapazität)

Ziel
Ziel der Studie ist es, Technologien zur Wasserstoffspeicherung zu eruieren und hinsichtlich Ihrer Eignung für
verschiedene Anwendungsbereiche zu bewerten, um schließlich eine Technologieempfehlung abzuleiten.
Damit entsteht für Umsetzungsprojekte eine Entscheidungshilfe bzgl. Wasserstoffspeicherung.

Bearbeitungsdauer               Kosten
7 Monate                        20.000 EUR

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GWB - Projektskizzen 2023

2.3 Entwicklung     eines     Strategietools zur  Vorplanung      von
    Versorgungsinfrastrukturen für den Einsatz von klimafreundlichem
    Wasserstoff im Schwerlastverkehr

Motivation und Inhalt
Die Novellierung des Bundes-Klimaschutzgesetzes im Jahr 2021 formuliert ambitionierte Ziele zur
Treibhausgasminderung im Verkehrssektor. Bereits bis 2030 müssen die Emissionen auf ein Niveau von 85 Mt
CO₂-Äquiv. abgesenkt werden (-43 % im Vgl. zu 2021). Parallel zum Personenverkehr stellen die schweren
Nutzfahrzeuge mit einem Anteil von über 25 % an den Verkehrsemissionen einen entscheidenden Hebel für
die Zielerreichung dar. Vor dem Hintergrund einer zügigen und signifikanten Verbesserung der
Emissionsbilanz rücken insbesondere H₂-betriebene schwere Brennstoffzellen-Lkw vermehrt in den Fokus.
Diese zeigen im Vergleich zu rein batterieelektrischen Lkw prinzipielle Vorteile bei der Reichweite, der
transportierbaren Nutzlast und der Tankdauer.
Eine erfolgreiche Etablierung dieser Fahrzeuge ist eng mit der ausreichenden Verfügbarkeit von (grünem)
Wasserstoff und der geeigneten Betankungsinfrastruktur verknüpft. Für die Belieferung der Tankstellen
erscheint eine leitungsgebundene Versorgung zweckmäßig. Gleichzeitig befinden sich die
H₂-Gasnetzinfrastrukturen noch im Aufbau. Die vorgelagerte Netzplanung benötigt stichhaltige Informationen
zu geplanten Einspeisern (z.B. Elektrolyseure), den Ausspeisern (z.B. H2-Tankstellen) und korrelierenden
Reinheitsanforderungen. Mittels Geoinformationssystemen (GIS) können im ersten Schritt anhand von
Standort- bzw. Flächendaten zu Wind/PV und weiterführenden Kennwerten (Wirkungsgrade) regionale EE-
Potenziale und EE-Strommengen sowie erzeugbare H₂-Mengen bestimmt werden. Im zweiten Schritt erfolgt
die standortscharfe Berechnung von lukrativen Tankstellenstandorten.

Schwerpunkte / Arbeitsschritte
-   Ermittlung regio. EE-Potenziale (Wind/PV z.B. je Landkreis), Ableitung EE-Strommengen
-   Abschätzung der regionalen Erzeugungsmengen für grünen H₂ aus der Elektrolyse
-   Literaturrecherche zu den erwarteten zukünftigen H₂-Bedarfen im Straßen(güter)verkehr
-   Regionalisierung (Landkreise) der H₂-Bedarfe anhand Kfz-Beständen, Fahrleistungen etc.
-   GIS-gestützte Identifizierung von H₂-Tankstellenstandorten für Nutzfahrzeuge
-   Erstellung aussagekräftigen Kartenmaterials zu H₂-Angebot und H₂-Nachfrage
-   Ableitung von Handlungsempfehlungen (z.B. Gebiete mit Fokus auf H₂-Infrastrukturaufbau)

Ziel
Ziel der Studie ist es, Vorzugsstandorte für die Errichtung von H₂-Tankstellen für Nutzfahrzeuge zu
identifizieren und mit den potenziellen örtlichen Elektrolysekapazitäten abzugleichen. Dieses Strategietool
dient der nachgelagerten Vorplanung von regionalen H₂-Infrastrukturmaßnahmen.

Bearbeitungsdauer               Kosten
7 Monate                        20.000 EUR

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GWB - Projektskizzen 2023

2.4 Methanemissionsmessungen – Validierung von Messverfahren und
    Prüfung gewünschter Nachweisgrenzen

Motivation und Inhalt
Aus der EU MethanVO wird für Wirtschaftsteilnehmer die Aufgabe resultieren, Messungen auf Anlagenebene
durchzuführen und direkte Methanemissionen zu melden. Dies betrifft Anlagen (z.B. GDRMA, Verdichter etc.)
und Emissionen aus Leckstellen an erdverlegten Leitungen. In den vergangenen beiden Jahren wurden
Erfahrungen über den DVGW und durch Messungen an Anlagen und Leitungen gesammelt, die
       • einerseits die technische Machbarkeit demonstrierten und
       • die geringe Emissionsrate gegenüber bisherigen Angaben insbesondere an Anlagen zeigte.

Es wurde aber auch Unsicherheiten und Probleme identifiziert, die die Art der Messungen, die Rückführbarkeit
und die Nachweisgrenze betreffen. Dem Nachweis der Richtigkeit von Messungen soll dieses Projekt dienen.
Direkte Messungen, z.B. mit der Absaugmethode, konkurrieren mit optischen Messverfahren. Bei optischen
Messungen ist die genaue Quantifizierung eines Messergebnisses in Diskussion. Es zeigte sich in den
Diskussionen der letzte Monate auch, dass die Nachweisgrenze abgesenkt werden muss in eine
Größenordnung von 1 – 5 ppm, problematisch für einige Messverfahren.
Es sollen Untersuchungen am Boden und an ein bis zwei typischen GDRMA durchgeführt werden. Gezielte
Freisetzung von Methan erfolgt, die Wiederfindungsrate wird in Abhängigkeit vom Punkt der Freisetzung
mittels Absaugmethode geprüft (= Validierung des Messverfahrens). Diese Ergebnisse werden auch mit
Messungen eines normalen Gasspürgerätes verglichen.

Schwerpunkte / Arbeitsschritte
-      Aktualisierung des Vergleichs der Messverfahren und Stand Validierung
-      Gezielte Freisetzung von Methan im Boden, Nutzung der Baggerschadensdemonstrationsanlage des
       DBI (BSDA)
-      Auswahl GDRMA, gezielte Methanfreisetzung im Inneren und Messung, dabei Veränderung der
       Strömungsverhältnisse
-      Die Ergebnisse sollen in aktuell in Entstehung befindliche G 425 – Standardisierung von Messverfahren
       von Methanemissionen einfließen. Das DBI wird in dieser Arbeitsgruppe mitarbeiten.

Ziel
Ziel ist es, technische Empfehlungen zur Durchführung von Methanemissionen im Boden (Leckagen an
erdverlegten Leitungen) und an technischen Anlagen unter Berücksichtigung der Erkenntnisse der letzten
beiden Jahre zu erarbeiten.

Bearbeitungsdauer                 Kosten
7 Monate                          20.000 EUR

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