Wasserstofftechnologie - Überblick Regulations, Codes & Standards
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gastransport@oge.net
Wasserstofftechnologie –
Überblick Regulations,
Codes & Standards
OGE Online-Seminar 05.03.2021
Rückblick 05.02.2021
Eine klare Positionierung im Schon heute können nachhaltige Wasserstoffabfrage des NEP ist Chance
Wasserstoffzeitalter ist die Grundlage Wasserstoffprojekte erfolgreich frühzeitig Planungssicherheit zu
für nachhaltigen Erfolg. umgesetzt werden. gewährleisten
https://oge.net/de/fuer-kunden/gastransport/aktuelles
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 2
Unsere Reise in das Wasserstoffzeitalter
15.01.21 05.03.21
Wasserstoffinfrastruktur – zentral Wasserstofftechnologie –
vs dezentral (Vorbereitung NEP) Überblick Regulations, Codes &
Standards
Warum brauchen wir eine Infrastruktur?
Auf welcher Basis werden Infrastrukturen Was bedeutet der Einsatz in technischen
geplant & realisiert? Prozessen?
Wie kann ich meine Bedarfe einbringen? Worauf ist technisch und operativ zu
achten?
Wie kann schon heute eine
Zukunftssicherheit gewährleistet werden?
„Wasserstoffabfrage Erzeugung und Bedarf (WEB)“
04.12.20 05.02.21
Wasserstoffwirtschaft – eine Wasserstoffgeschäftsmodelle –
Roadmap zu neuen Ökosystemen Chancen und Möglichkeiten
Was passiert (inter)national? Wie sieht die H2-Wertschöpfungskette aus?
Welche langfristigen Strategien gibt es? Welche Anknüpfungspunkte &
Wie können sich internationale Märkte durch Erfolgsgeschichten gibt es schon heute?
gute Infrastrukturen entwickeln? Was sind die Erfolgsfaktoren für eine gute
strategische Positionierung?
3
Agenda
1. Begrüßung & Einleitung 10:00-10:15
2. Expertenbeitrag OGE: Wasserstoff- 10:15-10:50
tauglichkeit der Assets
3. Zusammenfassung & Ausblick 10:50-11:00
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 4
https://www.heise.de/news/Wasserstoff-wird-Benzin-Siemens-braut-Treibstoff-aus-Wind-und-Wasser-5068867.html
Wasserstoff Newsflash
Siemens startet kommerzielle SynFuel-Produktion
https://www.energate-messenger.de/news/209624/-hydeal-wasserstoff-fuer-1-50-euro-pro-kilogramm-
Wasserstoff für 1,50 € pro kg
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021
5
Dabei nehmen Transport- und Verteilnetze tragende
Rollen ein
Transportnetzbetreiber Verteilnetzbetreiber
− Parallele Netzinfrastruktur für Erdgas und Wasserstoff − In Abhängigkeit von Verbrauchern auch höhere
Beimischung von Wasserstoff möglich (bis zu 20 %)
− Geringe Beimischung in Teilnetzen, ggf. regional höhere
H2-Beimischungen als heute (abhängig von Verbraucher- − Anschluss an dedizierte H2-Infrastruktur der TSOs
struktur) Import & Produktion − Reine Wasserstoffleitungen auf VNB-Ebene zusätzlich
CH4 H2
möglich FNB
Industrie CH4 H2
Elektrolyse Industrie
Mobilität
Dampfreformierung Elektrolyse
& Pyrolyse Mobilität
Fernwärme
Biomethan
Kraftwerke Fernwärme
Kraftwerke
Synfuels
Speicher
Biomethan Gebäude
VNB
Parallele Netze Beimischung
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 6
Auf der VNB-Ebene gibt der DVGW eine klare Prognose
zu vielfältigen Netzszenarien ab
Umstellung der Gasverteilnetze erfolgt
in 2 Stufen
1. Beimischung
1. 10 % nach heutigem Regelwerk möglich
2. 20 % nach Anpassung des Regelwerks
2. Umstellung
1. Leitungen überwiegend schon heute
H2-ready
2. Anpassung des Regelwerks erforderlich
Quelle: DVGW, H2vorOrt
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 7
Der Einsatz von Wasserstoff birgt eine Vielzahl von
Herausforderungen
Dehner
Filter
Strömungstechnik Stopfbuchsdichtungen
Einspeisung Daten Verfahrenstechnik Ausbläser
Nacherfassung
Gasaufbereitung
Bewertung
H2
Integrität
Odorierung
Vorwärmer Wassertöpfe
Recherche
Gaswarn- u. Meldeanlagen
Isolierstücke
HAZOP
Inhibitoren Bauteiltauglichkeit
Versprödung
Molchen
EBI Armaturen Sensorik
Eichung
Verdichter
Konzentrationen Maschinen
Gasqualität
Gasbegleitstoffe
Gasbeschaffenheitsmessung
Drucklastwechsel
Leitung
Reinheitsgrad
Anlage
TÜV
Energiegehalt
Versuche
Zertifizierung
Stähle
Gasdruckregelung
Sicherheit
Dichtungen
Schweißen
Kunststoffe
Endgeräte
TGA
Prüfung
TSOs Ex-Schutz
Regelwerk
Prozesse
Berechnungen
Normen DVGW
Materialtauglichkeit
Pfropfenbildung Betrieb Betriebsmittel Rohr Rissfortschritt
Ferndetektion Schweißnähte
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 8
Herausforderungen lassen sich sehr gut
strukturieren…
Zentrale Themen Betrieb Verdichterstation Technische Sicherheit
Techn. Maschinentechnik
Stahl Datenmanagement Gasferndetektion
Kommunikation (Neubau)
Dichtung und Pipeline & Maschinentechnik
Arbeitsmittel Ex-Schutz
Kunststoff Leitungstechnik (Bestand)
Betriebliche
Gasqualität Armaturen Verfahrenstechnik Integrität
Prozesse
Qualifizierung Molchen Schweißen GDRM Technik HAZOP
Gaswarn- u.
Regelwerk Korrosionsschutz Arbeitssicherheit Strömungstechnik
Meldeanlagen
Werknormen TGA
Untersuchung von technischen Komponenten Schaffung von technischen Grundlagen
Untersuchung von Methoden und Prozessen Schaffung der technischen Randbedingungen
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 9
…und in verschiedene Aktivitätsfelder unterteilen
Technische Komponenten
Tauglichkeitsbewertung nach
Material Funktion Zustand
Methoden und Prozesse
Ermittlung des Unterschieds zwischen Erdgas und Wasserstoff
Technische Grundlagen
Literaturrecherche; Versuche und Experimente; Rechnungen und Simulationen
Technische Randbedingungen
Regelwerksarbeit; Erfassung, Aufbereitung und Bereitstellung von Daten und Unterlagen
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 10Teilnehmerumfrage Teilnahme über Link oder siehe auch Chat: https://app.sli.do/event/modmqybf Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 11
Agenda
1. Begrüßung & Einleitung 10:00-10:15
2. Expertenbeitrag OGE: Wasserstoff- 10:15-10:50
tauglichkeit der Assets
3. Zusammenfassung & Ausblick 10:50-11:00
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 12Die Tauglichkeitsbewertung kann grundlegend in
drei Klassen unterteilt werden
10 Vol.%
Wasserstofftauglichkeit 100 Vol.%
Beimischung Umstellung / Neubau
Qualifizierung von Bauteilen
für die Nutzung mit Wasserstoff
Materialbewertung Funktionsbewertung Zustandsbewertung
Material tauglich? Funktion gegeben? Bauteil in gutem Zustand?
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 13Je nach Typ werden bei der Materialbewertung
verschiedene Klassen definiert – Beispiel Stähle
Kohlenstoffstähle bis zu einer min. Streckgrenze von 360 N/mm2 (L360)
gelten z.B. nach TRFL oder EIGA als H2 tauglich.
360 N/mm2
Mindeststreckgrenze
Bisheriger Kenntnisstand Warmfeste, austenitische Stähle gelten als tauglich.
Nach ASME B31.12 sind nach Materialprüfung auch Leitungsbaustähle
bis zu einer min. Streckgrenze von bis zu 550 N/mm2 (L555) H2 tauglich.
550 N/mm2
Mindeststreckgrenze Materialtests im DVGW Projekt SyWeSTH2, 2021
Nach Materialprüfung
Sonderfälle wie Guss- oder Federwerkstoffe müssen separat
betrachtet werden.
Sonderfälle Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 14Je nach Typ werden bei der Materialbewertung
verschiedene Klassen definiert – Beispiel Kunststoffe
H2
Alle Kunststoffmaterialien im OGE Asset sind beständig gegenüber H2.
Kohlenstoffdioxid/-monoxide, Schwefelwasserstoff und Halogene
müssen unbedingt vermieden werden.
Medienbeständigkeit
H2
Erhöhte Permeationsraten bei PTFE, PP und Silikonkautschuk.
Permeation
H2
Nur im Bereich der Molchschleuse: Rapid Decompression Effekte relevant
Löslichkeit Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 15KI kann bei der Digitalisierung und Prüfung analoger
Dokumentationen manuelle Aufwände minimieren
Künstliche Intelligenz
SQL
- Hersteller
- Typ, Bauart, Baujahr, DN, PN
- Materialien und Materialeigenschaften
- Materialdaten aus technischer Dokumentation
- Streckgrenzen
- Auswertung von 1,6 Mio DIN A4 Seiten
- Schmelzanalysen
Nutzen 1 Nutzen 2
Parameterprüfung Bauteilkatalog
Schaffung einer
Direkte Prüfung der bauteilbezogenen
Daten auf festgelegte Datenbank als
Parameter Zertifizierungsgrundlage
16Parameterprüfung
So können schnell große Datenmengen auf
definierte Parameter geprüft werden
Streckgrenzen aus 5000 Materialzeugnissen
OK OK nach nicht OK Materialtauglichkeit
Prüfung Einzelprüfung
250
L360 nach DIN EN ISO 3183
L555 nach DIN EN ISO 3183
675 N/mm2
510 N/mm2
200
Anzahl der Einträge
150
100
50
0
0 200 400 600 800 1000
17
Streckgrenze ReH in N/mm2Bauteilkatalog
Das geschaffene Werkzeug ermöglicht eine
effiziente Datenanalyse und -bewertung
Clusteranalyse der Datenbank
SQL
Welche Bauteile sind verbaut? Daten-Bearbeitung & -Visualisierung:
Sortierung nach Beispiel
- Materialverwendung
- Hersteller
- Baujahr
Beispielhafter Eintrag im Bauteilkatalog:
Cluster # 145 Hersteller Schuck DN > 100
Kategorie Kugelhahn Baujahr 2007-2021 PN > 16
Tauglichkeit (Vol.-%) 100 Bewertung abgeschlossen
Datenbank Verfügbare Daten Bescheinigung
Materialzeugnisse (Material- & Bauteiltests) der Hersteller
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 18Dabei wurden bereits einige wichtige Meilensteine
erreicht
4. Datenauswertung
Bauteilkatalog als wertvolle Datenbank
3. KI – Erfassung
Bauteildatenbank als Werkzeug
Anpassung der bestehenden Filter
2. Proof of Concept
Beweisführung an Beispieldaten
1. Konzeptionierung und Dokumentenvorbereitung Als Dienstleistung
OGE
Digitalisierung, Datenvorbereitung, Umfang verfügbar
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 19Bei der Funktionsbewertung von Komponenten
sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen
Ventil-Feder Kugelhahn Dehner Gasqualität
Bauteil
Funktions-
bewertung
− H2 Exposition − N2 Dichtheitsprüfung − H2O Dichtheitsprüfung Prüfen der Gasqualität
− Mechanische Zyklen − H2 Dichtheitsprüfung − N2 Dichtheitsprüfung in der Leitung über die
− Druckzyklen − H2 Dichtheitsprüfung Zeit; Injektion von
− H2 Dichtheitsprüfung − Wasser
− Ölen
− Glykol
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 20Bei der Funktionsbewertung von Komponenten
sind verschiedene Faktoren zu berücksichtigen
Systemtauglichkeit
Bauteiltauglichkeit
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 21Gemäß durchgeführter TNO-Studie sind erhöhte
Transportgeschwindigkeiten für H2 realisierbar
Brennwert Erdgas: Brennwert Wasserstoff:
11,4 kWh/m³ i.N. 3,5 kWh/m³ i.N.
100 Vol.%
— Um mit H2 die gleiche Energiemenge wie mit Erdgas in der gleichen Pipeline zu transportieren, wird
ein Fluss benötigt, der mit dem Faktor 3 bis 4.4 schneller fließt.
— Studie: Verursacht die höhere Transportgeschwindigkeit Vibrationen oder
Pulsationen?
Hier konnten fünf zentrale Mechanismen identifiziert werden
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 22Diese Mechanismen haben unterschiedliche
Risikoprofile
Sehr niedriges Stark erhöhtes
Mechanismus Niedriges Risiko Neutral Erhöhtes Risiko
Risiko Risiko
Flussinduzierte Turbulenzen
Flussinduzierte Pulsationen
Einbauten (die in den Fluss hineinragen)
Akustisch erzeugte Vibrationen
Schnellöffnende Ventile
— Flussinduzierte Turbulenzen: durch erhöhte Strömungsgeschwindigkeiten verursachte Flusszustände,
Zunahme turbulenter Strömungen bei höheren Flüssen im Vergleich zu laminaren Strömungen bei
niedrigeren Flüssen
— Flussinduzierte Pulsation: durch veränderte Flusszustände verursachte Resonanzen und Flöteneffekte
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 23Beispiel: Nach ASME PTC 19.2 TW berechnete
Spannungsamplitude aus Schwingung
Erdgas H bei P = 67.5 bar und T = 10 °C
Schutzrohr mit 230 mm Länge
150
MPa in MPa
calculated stress
applied stress limit
Strömungsrichtung
Resonanz quer
zur Strömung
Resonanz in
dynamic stress inStress
100
maximum dynamischer
50
Maximaler
0
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4
frequency ratio f
Frequenzverhältnis /f /f
s fs n,c n,c
— Die Eigenfrequenzen hängen nur sehr geringfügig von der Dichte des umgebenden Mediums ab.
— Die senkrechten Striche markieren den Bereich des „Lock-In“: Die Schwingung des Schutzrohres und
die Wirbelablösung beeinflussen sich gegenseitig, bis die Frequenz gleiche Werte annimmt. Es kommt
ggf. zur Resonanz bei einer Frequenz, die leicht von der Eigenfrequenz des Schutzrohres abweicht. 24
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021Beispiel: Nach ASME PTC 19.2 TW berechnete
Spannungsamplitude aus Schwingung
Kriterium 1: Spannungen am Fuß aus stationärer Anströmung
− Die errechneten Spannungen am Fuß des Schutzrohres sind bei gleicher Geschwindigkeit generell viel niedriger.
− Die zulässigen Anströmgeschwindigkeiten sind mindestens so hoch wie die bei Erdgas. Dies folgt aus den Frequenz- und Festigkeitskriterien.
Kriterium 2: Zulässigkeit der Anregung bei Resonanz in Strömungsrichtung und Zulässigkeit der Anregungsfrequenz
− Höhere Geschwindigkeiten, die mit dem Transport von Wasserstoff einher gehen, führen jedoch sehr wahrscheinlich zum Erreichen des Resonanzfalles
in Strömungsrichtung.
− Bei Wasserstoff ist der Resonanzfall in Strömungsrichtung i.d.R. zulässig. Damit verschiebt sich der zulässige Geschwindigkeitsbereich nach oben.
Die Betrachtung ist abhängig von der Eigenfrequenz des Bauteils
Kriterium 3: Amplitude der dynamischen Spannungen
- Geringere Spannungsamplituden bei Wasserstoff im Vergleich zu Erdgas bei gleicher Geschwindigkeit
- Resonanz quer zur Strömung begrenzt Anwendungsbereich je nach Geometrie und Werkstoff (Länge des Schutzrohrs, Dauerfestigkeit des Werkstoffs)
Kriterium 4: Druckbelastung
− Druckbelastung unterscheidet sich in der Erdgas und Wasserstoff-Anwendung nicht.
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 25H2-Qualität beim Pipelinetransport gewährleistet
H2-Reinheit H2-Reinheit
Eintritt Netz Austritt
Erzeugung Verwendung
Gasnetz Gasnetz
100 % 100 %
6.0 6.0
Prozesse
5.0 höchster 5.0
Elektrolyse Anforderung
Kraftstoffnorm DIN EN 17124 Brennstoffzelle
3.7: 99,97 % 3.7
(min)
Dampf-
reformierung
direkte diverse
x.x
Verwendung Prozesse
Pyrolyse
DVGW G 2601 Verbrennung
1.8: 98 % (min)
1.8
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 26
1) Im GelbdruckJe nach Komponente ergeben sich bei der
Zustandsbewertung unterschiedliche Kriterien
Beispiel: Armaturen
Zustandsbewertung wie im Erdgas
Komponente Kriterien Auswertung
G 441: Drehmoment,
Leitungen Dichtheit, Bleed, Punktesystem
Verschmutzungsgrad
Anpassungsbedarf auf
Kombination mit H2-Tauglichkeit ermitteln
Stationen Funktionsklasse Punktesystem und ggf. herstellen.
der Armatur
Störungsauswertung
Bewertungsfaktor
GDRM Instandhaltung
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 27Das zu Grunde liegende Prinzip lässt sich dabei
auch auf beliebige Anwendungen ausweiten
Raffinerien & Stahlindustrie &
Logistik & Tankstellen
chemische Industrie Metallverarbeitung
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 28Viele der angesprochenen Themen sind bereits oder
werden zeitnah in relevanten Regelwerken adressiert
H2 Innovationsprogram
G 441
Absperrventile
G 466-1
Wartung & Instandhaltung
G 496 G 463
Stationsverrohrung Errichtung
G 409
Projekt für Materialtests: SysWestH2
Umstellung Pipeline auf H2
G 491 & G 492 G 498 G 499 G 497
GDRM Druckbehälter Vorwärmung Verdichterstationen
G 292-2 G 265-3 G 495
H2 Einspeisung - Dispatching Wasserstoffeinspeiseanlagen Anlagen W&I
G 440
Ex-Schutz
G 260
Gasqualität
G 220 Leitfaden Wasserstoff
Power-to-Gas Anlagen
DVGW
Regelwerk
2019 heute 2023
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 29
Durchgeführt/ Gelbdruck in Arbeit PlanAgenda
1. Begrüßung & Einleitung 10:00-10:15
2. Expertenbeitrag OGE: Wasserstoff- 10:15-10:50
tauglichkeit der Assets
3. Zusammenfassung & Ausblick 10:50-11:00
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 30Zusammenfassung
Ein geordneter Angang erzeugt Verfügbares & digitales Wissen um die Die Funktionsbewertung verschiedener
Struktur in den vielseitigen technischen eigenen Assets schafft die Basis zur Komponenten erfolgt auf Basis
Wasserstofffragestellungen. Bewertung der Materialtauglichkeit. angepasster Versuche.
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 31Die Reise geht weiter…?
15.01.21 05.03.21
Wasserstoffinfrastruktur – zentral Wasserstofftechnologie –
vs dezentral (Vorbereitung NEP) Überblick Regulations, Codes &
Standards
Warum brauchen wir eine Infrastruktur?
Auf welcher Basis werden Infrastrukturen Was bedeutet der Einsatz in technischen
geplant & realisiert? Prozessen?
Wie kann ich meine Bedarfe einbringen? Worauf ist technisch und operativ zu
achten?
Wie kann schon heute eine
Zukunftssicherheit gewährleistet werden?
„Wasserstoffabfrage Erzeugung und Bedarf (WEB)“
04.12.20 05.02.21
Wasserstoffwirtschaft – eine Wasserstoffgeschäftsmodelle –
Roadmap zu neuen Ökosystemen Chancen und Möglichkeiten
Was passiert (inter)national? Wie sieht die H2-Wertschöpfungskette aus?
Welche langfristigen Strategien gibt es? Welche Anknüpfungspunkte &
Wie können sich internationale Märkte durch Erfolgsgeschichten gibt es schon heute?
gute Infrastrukturen entwickeln? Was sind die Erfolgsfaktoren für eine gute
strategische Positionierung?
32Feedback Teilnahme über Link oder siehe auch Chat: https://app.sli.do/event/modmqybf Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 33
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Teilnahme!
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Telefon: +49 201 3642-12222
E-Mail: gastransport@oge.net
Hier finden Sie alle Unterlagen (zeitnah auch einzelne Aufzeichnungen) zu den jeweiligen Modulen
sowie weitere Hinweise zur Wasserstoffabfrage Erzeugung und Bedarf (WEB):
https://oge.net/de/fuer-kunden/gastransport/aktuelles
Online-Seminar: Wasserstofftechnologie - Regulations, Codes & Standards | März 2021 34Sie können auch lesen
