Lyhyesti
- Uusiutuvat energialähteet nousussa: Tuuli, vesi ja aurinkovoima ovat energiamuutoksen ytimessä. Ne vähentävät riippuvuutta fossiilisista polttoaineista ja edistävät hiilidioksidipäästöjen vähentämistä, mikä tekee niistä kestävän energiajärjestelmän kulmakiven, joka pystyy vastaamaan kasvavaan kysyntään ja samalla suojelemaan ilmastoa.
- Siltana toimiva kaasu: Huolimatta uusiutuvien energialähteiden nopeasta laajenemisesta maakaasulla on jatkossakin keskeinen rooli luotettavan ja edullisen energian turvaamisessa tulevina vuosina. Se toimii siltateknologiana, joka varmistaa vakauden samalla kun puhtaammat vaihtoehdot laajenevat ja tulevat laajemmin saataville.
- Vety ja varastointi Uusiutuvien energialähteiden sääriippuvaisuuden ja kulutuksen kausivaihteluiden tasapainottamiseksi tarvitaan uusia ratkaisuja. Vety on nousemassa monipuoliseksi energialähteeksi, kun taas kehittyneet varastointiteknologiat ovat välttämättömiä ylijäämäenergian varastoimiseksi ja vakauden takaamiseksi – mikä lähentää tavoitetta CO2-neutraalista toimituksesta.
Vety kaasuverkossa
Vedyn tuotannolla uusiutuvista energialähteistä ja vedyn syöttämisellä olemassa oleviin kaasuverkkoihin on tärkeä rooli matkalla kohti CO2-neutraalia energiahuoltoa. Vetyä voidaan tuottaa paikoissa, joissa uusiutuvan energian saatavuus on korkea. Lisäksi se voidaan varastoida ja kuljettaa kuluttajalle lisäenergian lähteenä olemassa olevien kaasuverkkojen kautta. Vetyä voidaan varastoida ja kuljettaa 30 tilavuusprosenttiin saakka olemassa olevassa maakaasun jakeluverkossa.
Puhtaan vedyn verkostoja laajennetaan aluksi alueellisesti. Nämä kasvavat sitten vähitellen yhdessä muodostaen lopulta suurempia verkostoja. Arviot Euroopan laajuisesta vedyn kuljetusverkosta ennustavat, että vuoteen 2040 mennessä voidaan luoda jopa 40 000 kilometriä verkkoa.
Vaikutukset kaasuvirtausmittaukseen
Kyky mitata luotettavasti ja stabiilisti maakaasun virtausta sekoitetulla vedyllä on sen vuoksin nykyisin yhä tärkeämpää. Kaasun koostumuksen muutos asettaa uusia mittaushaasteita eri mittausteknologioille. Tämä johtuu siitä, että lisätty vety vaikuttaa maakaasun ominaisuuksiin: kaasun tiheys, viskositeetti, räjähtävyys, virtausnopeus ja äänen nopeudet muuttuvat. Tämä asettaa täysin uusia haasteita putkistoihin, kompressoreihin, tiivisteisiin, venttiileihin, mittausteknologiaan jne. liittyen esimerkiksi vuotojen ja räjähdysten riskiin tai lämpöarvon määrittämiseen. Kaasuverkko-operaattorit ja kaasuntoimittajat ihmettelevät siksi, miten tämä vaikuttaa kaasun virtausmittauslaitteiden suorituskykyyn.
Ultraäänivirtausmittaus on asettanut uuden standardin luotettavuudelle, kestävyydelle ja mittaustarkkuudelle sekä maakaasu- että prosessikaasuteollisuudessa viimeisen kahden vuosikymmenen aikana.
Pienen osan vetyä lisääminen maakaasuun lisää jo merkittävästi kaasuseoksen äänennopeutta (SOS). Kun vedyn tilavuusprosentti on 100, se on noin kolme kertainen maakaasuun verrattuna. Kuvan 1 kaaviot esittävät maakaasun, 30 tilavuusprosentin vetyseoksen ja puhtaan vedyn äänennopeuden.
Kuva 1: äänen nopeus tyypilliselle maakaasulle (metaanipitoisuus 90 tilavuusprosenttia) ja vetysekoituksille 100 asti
Tämä asettaa useita vaatimuksia USM-suunnittelulle. Sekä maakaasua vastaava mittausalue että vaadittu mittausepävarmuus on varmistettava. Tämä sisältää mitattujen arvojen hajoamisen vähentämisen, paineen, lämpötilan ja väliaineen vaihteluiden ristikkäisherkkyyden vähentämisen sekä nestemekaanisten vaikutusten vähentämisen.
Maakaasulla, jossa on enintään 30 tilavuusprosenttia vetysekoituksia, tämä vaikutus on edelleen mahdollista kompensoida.
Kuva 2: sovellusesimerkki FLOWSIC-laitteesta
Ultraäänivirtausmittaus: Valmiina myös tulevaisuuden vaatimuksiin
Vetyseosten ja puhtaan vedyn tulevalta laskutusmittaukselta voidaan odottaa samoja eritelmiä ja vaatimuksia kuin maakaasun mittauksesta - erityisesti vetyseosten mittaustarkkuuden osalta. Ultraäänikaasuvirtausmittarit (USM) on mukautettava asianmukaisesti uuteen mittaustehtävään.
Erityiset vedyn siirtoputket eivät kuitenkaan eroa merkittävästi maakaasuputkista. Vaatimukset ovat samanlaiset kuin nykypäivän maakaasumittareille. Energiaa vastaavan kuljetuskapasiteetin saavuttamiseksi kuljetusjärjestelmissä edellytetään joko suurempia nimellishalkaisijoita tai suurempia virtausnopeuksia. Erityisesti vedylle suunniteltujen USM-laitteiden on siksi sallittava suuremmat kaasun maksiminopeudet.
Koska USM:t voivat täyttää kaikki vaatimukset erittäin hyvin, ne ovat ihanteellisia tulevaisuuden kuljetus- ja jakeluverkkojen laskutusmittausten mittaamiseen, olipa kyseessä sitten vetysekoitukset tai puhdas vety.
USM-mittauksen edut ovat:
- Suuri valikoima nimellishalkaisijoita (DN50 - DN1400)
- Suuri mittausalue ≥ 1:100
- Tukkeutumattomuus, ei painehäviötä
- Ei mekaanisia liikkuvia osia, ei pulsaatiota
- Virtausnopeudet suuremmat vedyllä
- Kalibroinnin siirrettävyys muihin väliaineisiin
Vetypitoisuuden mukaisen luokituksen lisäksi USM:t voidaan erottaa myös niiden käytön mukaan prosessikaasusovelluksissa, kuljetusverkoissa ja jakeluverkoissa:
Kaasulaadun indikaattori (GQI): Vetypitoisuuden määritys
Ensisijaisten mittausarvojen ja vaaditun korkean tarkkuuden lisäksi ultraäänikaasuvirtausmittarit (USM) tarjoavat lisäetuja: USM:ssä toteutetun "kaasun laatuindikaattorin" (GQI) ansiosta tämä laite tarjoaa mahdollisuuden havaita muutokset kaasun koostumuksessa äänen nopeuden (SOS) avulla. Pienetkin muutokset vetypitoisuudessa voidaan havaita erittäin tarkasti vedyn erittäin suuren äänennopeuden ansiosta. Jos vertailukaasun koostumus tai sen SOS (ilman vetyä) tiedetään, vetypitoisuus on myös mahdollista määrittää erittäin tarkasti. Laite vertaa mitattua SOS-arvoa SOS-viitearvoon. Olettaen, että mikä tahansa ero johtuu yksinomaan vetysekoituksesta, vetypitoisuus voidaan määrittää suoraan. Approksimaatio tehdään USM:n laiteohjelmistoon toteutetun empiirisen kaavan avulla.
Valmiina 100 % vedyn laskutusmittaukseen
Huippuluokan vetymuuntimet, jotka on kehitetty nopeaan äänentoistoon, täysin uusi elektroniikka, joka toimii 1000 kHz:n taajuudella, ja uudelleen muotoiltu tuotannon ohjaus ja testausprosessit: Endress+Hauser esittelee vuosien säilytysmittauskokemuksen pohjalta FLOWSIC610:n myötä uudenaikaisimman ultraäänivirtausmittarin, joka on MID:n hyväksymä vetykaasun laskutusmittaukseen kaikissa kokoluokissa DN50–DN400, verotuksen tarkkuusluokka 1.
Standardoitujen tiedonsiirtorajapintojen lisäksi FLOWSIC610 on varustettu erillisellä käyttöönotto- ja huoltoliitännällä: Bluetooth®-yhteensopivalla sovittimella varustettuna langattomat yhteydet ovat mahdollisia jopa 30 metrin päähän Bluetooth®-yhteensopivilla päätelaitteilla. Laitekohtaisia lisäsovittimia ei tarvita. Vaihtoehtoisesti saatavana on myös langallinen sovitin, jossa on USB-C-liitäntä.
Yhteenveto
Ultraäänikaasuvirtausmittareita on käytetty menestyksekkäästi yli 20 vuoden ajan kaasun määrän mittaamiseen monissa sovelluksissa. Näihin sisältyvät sovellukset eri vetypitoisuuksilla sisältäville kaasuille. Näissä sovelluksissa käytettävät laitteet ja muut FLOWSIC-tuoteperheen laitteet on jo sovitettu ja hyväksytty enintään 30 tilavuusprosenttia vetyä sisältävien maakaasujen verotukselliseen mittaamiseen. Kaasuverkkojen operaattorit voivat seurata trendiä syöttää regeneratiivisesti tuotettua vetyä olemassa oleviin kaasuverkkoihin sekä kuljettamalla ja varastoimalla vetyä - ilman lisäinvestointeja uusiin kaasuvirtausmittareihin.
USM:n diagnostiset vaihtoehdot mahdollistavat kvantitatiivisen mittauksen lisäksi myös kaasun kvalitatiivisen määrityksen. Laite tarjoaa tästä syystä täydentävän analyysimenetelmän vedylle. Tämä voi joissakin sovelluksissa korvata kalliita analyyttisiä vedyn määrityksen tekniikoita, kuten uuttokaasukromatografiaa.
Jo asennettujen laitteiden osalta suositellaan laitteen kunnon tarkastusta, jotta voidaan arvioida enintään 30 prosentin vetyä sisältävän syötön vaikutuksia. Myös ikääntymisen vaikutus, asennusolosuhteet tai paineensäädin tulee tarkistaa. Endress+Hauserin palveluosasto voi auttaa tässä arvioinnissa.
