Углекислый газ в двух словах
- Возобновляемые источники энергии на подъёме: энергия ветра, воды и солнца находятся в центре энергетического перехода. Они снижают зависимость от ископаемого топлива и способствуют декарбонизации, становясь основой устойчивой энергетической системы, способной удовлетворять растущий спрос и одновременно защищать климат.
- Газ как переходная технология: несмотря на стремительное развитие возобновляемых источников энергии, природный газ в ближайшие годы продолжит играть ключевую роль в обеспечении надёжного и доступного энергоснабжения. Он служит переходной технологией, обеспечивающей стабильность энергосистемы в период, пока более экологичные альтернативы масштабируются и становятся более широко доступными.
- Водород и хранение: Для компенсации зависимости возобновляемых источников энергии от погодных условий и сезонных колебаний потребления необходимы новые решения. Водород становится универсальным энергоносителем, а передовые технологии хранения энергии играют ключевую роль в аккумулировании избыточной энергии и обеспечении стабильности, приближая достижение углеродно-нейтрального энергоснабжения.
Водород в газовой сети
Производство водорода из возобновляемых источников энергии и его подача в существующие газовые сети играют важную роль на пути к углеродно-нейтральному энергоснабжению. Водород может производиться в местах с высокой доступностью возобновляемой энергии. Кроме того, он может храниться и транспортироваться к потребителю как дополнительный энергоноситель через существующие газовые сети. Водород может храниться и транспортироваться в концентрации до 30 об. % в действующей системе распределения природного газа.
Сети для чистого водорода сначала будут развиваться на региональном уровне. Затем они постепенно будут объединяться, формируя в перспективе более крупные транспортные сети. По оценкам, для общеевропейской сети транспортировки водорода к 2040 году может быть создано до 40 000 км трубопроводной инфраструктуры.
Влияние на измерение расхода газа
Таким образом, способность надёжно и стабильно измерять расход природного газа с примесью водорода в настоящее время приобретает всё большее значение. Изменение состава газа ставит новые задачи в области измерений для различных технологий учёта. Это связано с тем, что добавление водорода влияет на свойства природного газа: изменяются плотность, вязкость, взрывоопасность, расход и скорость звука в газовой среде. При этом возникают совершенно новые проблемы, касающиеся трубопроводов, компрессоров, уплотнений, клапанов, измерительной техники и т. д., например в части риска утечек и взрывов или определения теплотворной способности. Поэтому операторы газовых сетей и поставщики газа задаются вопросом, как это скажется на характеристиках их расходомеров.
Ультразвуковое измерение расхода за последние два десятилетия установило новый стандарт надёжности, долговечности и точности измерений как природного газа, так и технологического газа.
Добавление даже небольшого количества водорода к природному газу уже значительно увеличивает скорость звука в газовой смеси. При объёмной доле водорода в 100 % она примерно в три раза выше, чем у природного газа. Диаграммы на рисунке 1 показывают скорость звука для природного газа, смеси с 30 % водорода по объёму и чистого водорода.
Рисунок 1: скорость звука для обычного природного газа (с содержанием метана 90
об. %) и смесей с содержанием водорда до 100 %
Это предъявляет ряд требований к конструкции ультразвукового расходомера. Необходимо обеспечить как диапазон измерения, эквивалентный измерению природного газа, так и требуемую неопределённость измерений. Это включает снижение разброса измеренных значений, уменьшение перекрёстной чувствительности к колебаниям давления, температуры и свойств среды, а также минимизацию гидродинамических эффектов.
Для природного газа с добавлением водорода до 30 об. % этот эффект ещё может быть компенсирован.
Рисунок 2: пример применения прибора FLOWSIC
Ультразвуковое измерение расхода: готовность в том числе и к будущим требованиям
Можно ожидать, что к будущим системам коммерческого учёта смесей с водородом и чистого водорода будут предъявляться те же технические требования и спецификации, особенно в части точности измерений, что и к системам измерения природного газа. Поэтому ультразвуковые расходомеры газа должны быть соответствующим образом адаптированы к новым задачам измерения.
При этом специализированные трубопроводы для транспортировки водорода не будут существенно отличаться от трубопроводов природного газа. Требования к ним во многом аналогичны требованиям, предъявляемым к современным расходомерам природного газа. Однако для обеспечения эквивалентной по энергии пропускной способности необходимы либо большие условные диаметры трубопроводов, либо более высокие скорости потока в транспортных системах. Поэтому ультразвуковые расходомеры, специально разработанные для водорода, должны обеспечивать работу при более высоких максимальных скоростях газа.
Поскольку ультразвуковые расходомеры способны в полной мере удовлетворять всем указанным требованиям, они являются оптимальным решением для коммерческого учёта расхода в будущих транспортных и распределительных сетях — как для смесей природного газа с водородом, так и для чистого водорода.
Преимущества измерения расхода с помощью ультразвукового расходомера включают в себя следующее:
- Широкий диапазон условных диаметров (DN50–DN1400)
- Широкий диапазон измерения ≥ 1:100
- Отсутствие препятствий для потока и отсутствие потерь давления
- Отсутствие подвижных механических деталей и пульсаций
- Возможность работы при более высоких скоростях потока водорода
- Возможность переноса калибровки на другие среды
Помимо классификации по содержанию водорода, ультразвуковые расходомеры также могут различаться по области применения — для технологических газов, транспортных сетей и распределительных сетей:
Показатель качества газа: определение содержания водорода
Помимо основных измеряемых параметров и высокой требуемой точности, ультразвуковые расходомеры газа обладают дополнительными преимуществами. Благодаря реализации функции «индикатора качества газа» (Gas Quality Indicator, GQI) прибор способен выявлять изменения состава газа по значению скорости звука. Даже незначительные изменения содержания водорода могут определяться с высокой точностью благодаря чрезвычайно высокой скорости звука в водороде. Если известен состав эталонного газа или скорость звука (без водорода), также возможно очень точно определять содержание водорода. Прибор сравнивает измеренное значение скорости звука с эталонным значением скорости звука. Предполагая, что разница обусловлена исключительно примесью водорода, содержание водорода можно определить напрямую. Аппроксимация выполняется с использованием эмпирической формулы, реализованной во встроенном программном обеспечении ультразвукового расходомера.
Готов для коммерческого учёта газа при содержании водорода 100 %
Современные датчики водорода, разработанные для работы при высокой скорости звука, полностью новая электроника с рабочей частотой 1000 кГц, а также переосмысленные процессы производственного контроля и испытаний: опираясь на многолетний опыт в области коммерческого учёта, компания Endress+Hauser представляет прибор FLOWSIC610 — ультрасовременный ультразвуковой расходомер, сертифицированный в соответствии с MID для коммерческого учёта водородного газа во всех типоразмерах от DN50 до DN400 с фискальным классом точности 1.
Помимо стандартных интерфейсов передачи данных расходомер FLOWSIC610 оснащён специализированным интерфейсом для пусконаладочных и сервисных работ. При оснащении адаптером, совместимым с Bluetooth®, возможно беспроводное подключение к конечным устройствам с поддержкой Bluetooth® на расстоянии до 30 м. Использование дополнительных специализированных адаптеров для конкретных приборов не требуется. В качестве альтернативы также доступен проводной адаптер с интерфейсом USB-C.
Краткая информация
Ультразвуковые расходомеры газа уже более 20 лет успешно используются для измерения количества газа в широком диапазоне областей применения. Это включает и применение для газов с различным содержанием водорода. Приборы, используемые в таких применениях, а также другие устройства семейства FLOWSIC, уже адаптированы и сертифицированы для коммерческого учёта природного газа с содержанием водорода до 30 % по объёму. Благодаря этому операторы газовых сетей могут придерживаться современной тенденции подавать водород, полученный из возобновляемых источников энергии, в существующие газовые сети, а также транспортировать и хранить его без дополнительных инвестиций в новые расходомеры газа.
Диагностические возможности ультразвуковых расходомеров позволяют выполнять не только количественное измерение, но и определять качественный состав газа. Таким образом, прибор обеспечивает дополнительный метод анализа содержания водорода. В ряде областей применения это может заменить дорогостоящие аналитические методы определения водорода, такие как экстрактивная газовая хроматография.
Для уже установленных приборов рекомендуется проведение инспекции технического состояния с целью оценки влияния подачи газа с содержанием водорода до 30 %. Также следует проверить влияние старения оборудования, условий монтажа и работы регулятора давления. Сервисная служба компании Endress+Hauser может помочь выполнить такую оценку.
