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HYPOS: H2-Netz
Erfahrungen mit Planung und Bau eines innovativen Wasserstoffverteilnetzes
Fachtagung „Energie Umwelt Zukunft“Congress Center Leipzig24.01.2019
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH Referent: M.Eng. Martin Glas
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3Projektziel und Forschungsschwerpunkte
6Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung undRealisierung
2Projektkenndaten
5Projektstand und Baufortschritt
1Motivation und Bedeutung
4Technische Konzeption
7Fazit und Ausblick
3
1Motivation und Bedeutung
4
1
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USA: 2.140 km
F/B/NL: 964 km
D: 240 km
D: 140 km
Überblick Wasserstoffpipelines
Motivation und Bedeutung
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
• Weltweit existieren nur wenige Wasserstoffpipelines, wovon alle ausschließlich aus Stahlwerkstoffen bestehen
• Bisher existieren kaum Erfahrungen bei der Verteilung von reinem Wasserstoff
• Neben der bestehenden Erdgasinfrastruktur werden auch zusätzliche Wasserstoff-Versorgungsinfrastrukturen zu errichten und zu betreiben sein
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Überblick Wasserstoffpipelines
Motivation und Bedeutung
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
Verwirklichung der gesetzten Ziele zur Energiewende
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Motivation und Bedeutung
• Das Ziel der Energiewende ist u.a. ein mindestens 80 % Anteil EE an der Stromversorgung bis 2050
• In diesem Kontext ist die Entwicklung neuer und die Weiterentwicklung bestehender Technologien für die Erzeugung, die Speicherung und den Transport von Energie erforderlich
• Insbesondere auf der Stromseite sind Ausbaumaßnahmen erforderlich, um die dezentral erzeugte Energie in die Bedarfsregionen zu transportieren
• Mittelfristig ist neben der Integration der EE insbesondere ihre Speicherung von hoher Bedeutung hierzu sind die heute abzusehenden Stromspeichertechnologien nicht ausreichend
• Die Umwandlung von Strom zu Wasserstoff oder Methan (Power-to-Gas) und deren Einspeisung sowie Speicherung in die Erdgasinfrastruktur ist national die zurzeit einzige Technologie, die diese Aufgabe übernehmen kann
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Quelle: HYPOS e. V. September 2018
HYPOS – Grüner Wasserstoff in Mitteldeutschland
Motivation und Bedeutung
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2Projektkenndaten
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Quelle: HYPOS e. V. September 2018
HYPOS – Projekte & Wertschöpfungskette
Projektkenndaten
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HYPOS: H2-Netz
Projektkenndaten
• Projekttitel: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Anbindung und Versorgung eines „Wasserstoffverbrauchers“ sowie für die Verteilnetzstruktur inkl. erforderlicher Sicherheitstechnik.
• Verbundpartner:
• Projektbudget: 3,8 Mio. EUR Gesamtbudget (alle Partner)
• Projektlaufzeit: 01.11.2016 – 31.12.2019 ** Laufzeitverlängerung des Projektes um 2 Jahre bis zum 31.12.2021 wird aktuell beantragt
• Standort: Chemiepark Bitterfeld-Wolfen (Sachsen-Anhalt)
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3Projektziel und Forschungsschwerpunkte
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Projektziel• Entwicklung, Strukturierung und Umsetzung einer technischen Wasserstoff-
Verteilnetzstruktur inkl. Hausanschlussleitungen im Rahmen der Pilotversorgung eines geplanten Standortes.
Forschungsschwerpunkte (Auswahl)Anlagen/ -komponenten, Sicherheitstechnik, Material
• Qualifizierung von hochdichten Kunststoffrohrleitungen für die Verteilnetzstruktur und Haus-Inneninstallation
• Ermittlung der Eignung für moderne Verlegeverfahren
• Definition und Qualifizierung erforderlicher Sicherheitstechnik im Kontext der Wasserstoffverteilung (Betrieb, Instandhaltung)
• Ökonomische und ökologischen Bewertung sowie Optimierung des Gesamtsystems inkl. des Sicherheits- als auch Kommunikationskonzeptes
• Aufbau eines Simulationsmodells zur technisch-wirtschaftlichen Bewertung von Infrastrukturen zur Verteilung von Wasserstoff
• Konzeptionierung einer Odorieranlage und Untersuchung von Wechselwirkungen mit schwefelfreien bzw. schwefelarmen Odoriermitteln.
• Wissenszuwachs im Bereich der Wasserstoffverträglichkeit / -funktionalität
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4Technische Konzeption
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Technische Konzeption (Stand: Juni 2018)
Tor
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5Projektstand und Baufortschritt
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ProjektstandProjektstart
01/2015 Vorstellung der Projektskizze vor HYPOS-Beirat
09/2015 Gesamt- und Teilvorhabenbeschreibung erstellt
10/2015 Förderantrag Projekträger Jülich (PTJ) eingereicht
10/2016-08/2017 Konzeptionierung der innovativen Wasserstoff-Versorgungsinfrastruktur
12/2016 Förderung (PTJ, innogy) bewilligt
04/2017 Grundstücknutzungsvertrag mit Chemiepark Bitterfeld-Wolfen GmbH
03/2017-10/2017 Überführung der innovativen Konzeption in eine genehmigungsfähige Form
11/2017-03/2019 Errichtung der Wasserstoff-Infrastruktur
04/2019-10/2019 Inbetriebnahme und Forschungsbetrieb der Infrastruktur
11/2019 Rückbau der Wasserstoff-Infrastruktur?
12/2019 Projektende?
Projektende
Projektverlängerungum zwei Jahre geplant
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Baufortschritt (Stand: Januar 2019)
• bis 04/2018 Grundstücksvorbereitunginkl. Errichtung Zaunanlage, Baugrunduntersuchung, Grünpflege, Fundament GDRMA
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• 02.05.2018 offizieller Baubeginninkl. Baustelleneinrichtung, Materiallogistik und Bauvorbereitung
• 02.05 - 24.05.2018 Verlegung erster Verteilnetzabschnittemittels Erdrakete auf ca. 140 m
• 24.05.2018 Baustopp aufgrund Altlasten/Kontaminationen im Erdreich
• 06/2018 - 08/2018 Abstimmungen zur weiteren Vorgehensweise zwischen MITNETZ GAS, Grundstückseigentümer, Behörden, Ämtern, Bauausführung
• 08/2018 Baufortführung
• 08/2018 - 12/2018 Aufstellung GDRMA; Verlegung restlicher Verteilnetzabschnitte in verschiedenen Verlegeverfahren und verschiedenen Materialen auf ca. 1 km;Errichtung Ein- und Ausgangsleitungen GDRMA; Druckprüfungen
• 01/2019 – 03/2019 Durchführung von Restleistungen (Zuwegungen; Funktionsprüfungen; …)
• 04/2019 Offizielle Inbetriebnahme Gesamtnetz
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Baufortschritt (Stand: Januar 2019)
Quelle: Christian Görzel, news.doc GmbH
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6Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung undRealisierung
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Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung und Realisierung
Bau- und Genehmigungsplanung
• Durchführung einer Genehmigungsplanung und Erstellung einer Bauakte analog „regulärer“ Erdgas-Projekte
Anzeige bei Landkreis Anhalt-Bitterfeld Vorhaben verfahrens- und baugenehmigungsfreiBauordnungsamt nach Bauordnung Land Sachsen-Anhalt
(§ 60 Abs.1 Nr. 1a)Baukörper < 10 m² Grundfläche
Anzeige bei Landesregulierungsbehörde keine weiteren Auflagen; des Landes Sachsen-Anhalt §5-Anzeige nach GasHDrLtgV erforderlich
Anzeige bei Landesamt für Geologie und §5-Anzeige nach GasHDrLtgV für Bergwesen Sachsen-Anhalt Rohrleitungen > 16 bar unter Einbeziehung
gutachtliche Äußerung;Nichtbeanstandungsbescheid zum Vorhaben erhalten
• Abfrage und Einbeziehung aller Träger öffentlicher Belange (TÖB) Beachtung der individuellen Auflagen
• Abfrage des Chemieparks Bitterfeld-Wolfen bezüglich Beachtung der Standortrichtlinie „Rohrbrücken“ Aufstellungsbedingungen (Mindestabstände)
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Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung und Realisierung
Konzeptionierung / Realisierung
• Sicherheitstechnische Anforderungen
Durchführung einer Gefährdungsbeurteilung und Erarbeitung eines Explosionsschutzdokumentes für die H2-Netzstruktur inkl. aller Komponenten und Einrichtungen im Kontext der Wasserstoffanwendung
Erstellung eines Sicherheitskonzeptes und Ableitung konkreter sicherheitsgerichteterMaßnahmen
Durchführung von regelmäßigen Abstimmungen im Zuge der Konzeptionierung und Realisierung unter Einbeziehung aller sicherheitstechnischer Aspekte in die prozessspezifischen Fragestellungen und unter ständiger Begleitung durch den TÜV SÜD
Beachtung aller sicherheitstechnischer Anforderungen und Umsetzung der sicherheitsgerichteten Maßnahmen als zentraler Bestandteil zur Erhöhung des Sicherheitsniveaus in der Wertschöpfungskette sowie zur Erlangung einer Akzeptanz im Marktumfeld für Wasserstoff
Quelle: TÜV SÜD
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Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung und Realisierung
Konzeptionierung / Realisierung
• Odorierung
Einsatz einer Odorieranlage zu Forschungszwecken (nicht als Sicherheitsmaßnahme)
Möglichkeit einer Hochdruck- als auch Mitteldruckodorierung
Erforschung der Wirksamkeit insbesondere einer schwefelfreien, aber auch einer schwefelhaltigen Odorierung
Einsatz bei geringsten Gasmengen im Bereich von 3 bis 12 m³/h
Standard-Odorieranlagen inkl. konventionelle Dosierpumpen im Netzgebiet MITNETZ GAS für diesen Anwendungsfall ungeeignet
Bau und Erprobung einer Micro-Odorieranlage mit spezieller Odoriermitteldosierung zur gleichmäßigen Injektion kleinster Dosiervolumenströme (< 3 μl/min)
• PE-Leitungen
Einsatz moderner, hochdichter Metall-Kunststoff-Verbundrohre (MKV, PE-Xa) sowie hochspannungsrissbeständiger PE-Rohre (PE 100-RC) anstelle herkömmlicher Stahlrohrleitungen
hauptsächlich Verlegung im Erdreich (Grabenverlegung und grabenlos) aber auch oberirdisch auf Rohrbrücke
Lagerung / Halterung der Rohrleitungen von entscheidender sicherheitstechnischer Bedeutung
Überprüfung und Nachweis der Eignung für Umgebungsbedingungen gemeinsam mit Projektpartnern(Temperaturschwankungen, Längenausdehnung, UV-Einstrahlung, …)
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
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Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung und Realisierung
Konzeptionierung / Realisierung
• Regeltechnik / Messtechnik
Betrieb mit gereinigten, nicht aggressiven technischen Gasen (Wasserstoff ≥ 99,96 Vol.%) muss gewährleistet werden
Einsatz von Regelgeräten in drei Druckstufen (DP25, DP16 und DP1)
Einsatz eines Gaszählers im DP1-Bereich
gutes Regelverhalten und hohe Messgenauigkeit für alle Druckstufen entsprechend der sehr geringen Gasmengen (< 12 m³/h) müssen vorhanden sein
Verwendung von Standardgeräten einschlägiger Hersteller
• Kontaminationen/Altlasten
Errichtung der Versuchsnetzes und Verlegung der Rohrleitung im Bereich eines historischen Chemiestandortes
Auffinden von Kontaminationen und Gefahrstoffen unterschiedlicher Konzentration im Erdreich
Prüfung der Materialbeständigkeiten und Untersuchung der Auswirkungen
Realisierung, Materialtests und Betriebsführung in einem „worst case-Umfeld“ wird als Chance für zukünftige Praxisanwendung gesehen
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
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7Fazit und Ausblick
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Fazit und Ausblick
Genehmigungsplanung:
derzeit keine gesonderten Anforderungen für die Umsetzung von Wasserstoff-Projekten im Vergleich zu Erdgas-Projekten
Bau- und Genehmigungsplanung unkritisch verlaufen
§5-Anzeige nach GasHDrLtgV mit positivem Ergebnis
kein Mehraufwand gegenüber Erdgas-Projekten (standardisierte Genehmigungsprozesse)
Konzeptionierung / Realisierung
Sicherheitstechnik als zentraler Bestandteil zur Erhöhung des Sicherheitsniveaus im Kontext Wasserstoff
überwiegend (exkl. Odorieranlage) Verwendung von Standardgeräten und Materialien einschlägiger Hersteller
positiv für zukünftige Praxisanwendung und potentielle Marktausrollung, da keine Sondergeräte notwendig sind
geschätztes Kostensenkungspotential für den Bau von Pipelines von ca. 30 % gegenüber einer üblichen Stahlrohr-Verlegung erwartet
Positive Ergebnisse für den „Betrieb“ der HYPOS-Vision werden erwartet, welche auf zukünftige Wasserstoffkeimprojekte in Deutschland/Europa übertragen werden können
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT
Kontakt: M.Eng. Martin Glas
Projektkoordinator HYPOS:H2-Netz
Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbHFried.-Ebert-Str. 26 ∙ 04416 Markkleeberg
Telefon: 0341 120 7238
E-Mail: [email protected]
Backup
H2-NETZ: Versuchscontainer
Aufbau einer Versuchsstrecke in einem 40‘-Container
Prüfung auf Wasserstoffeignung von handelsüblichen Gasströmungswächtern und Gaszählern
Angeschlossene Endverbraucher
28Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
H2-Home
Entwicklung, Realisierung & Optimierung eines Systems zur Objektversorgung
H2-BHKW
H2-Brennstoffzelle (5 kWel / 14 kWth)
H2-Wärmeerzeuger (40 kWth)
Parallel DC & AC Energienutzung
NT-Wärme- und Kältebereitstellung
Einhausung des BHKW in Showroom
Präsentation H2-Home + H2-Netz
Demonstrations-, Innovations- und Schulungszentrum
Angeschlossene Endverbraucher
29Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
MMH2P
Entwicklung eines mobilen, modularen, flexiblen H2-Speichers
Übernahme von Betriebs- und Lastmanagement
Komponenten
Speicher
TPED zugelassener CFK-Speicher (3x 2x 157 l, ca. 22,8 kg H2, bis 425 bar)
Basis: EC79 CFK-Druckbehälter des URSUS-Bus
Kompressor
Umbau eines Druckluftkompressors auf elektrischen Antrieb
Basis: Anleg Vorstudie zur Umrüstung
XDEMS (Software)
Angeschlossene Endverbraucher
30Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019
H2-NETZ: Fackel (Betriebsführungsinstrument)
Inbetriebnahme / Einfahren der Verteilnetzstrukturen inkl. der Regelungstechniken sowie Odorierungseinheit
Gewährleistung einer sicheren Betriebsführung: Vermeidung des H2-Ausströmens
Sichere Verbrennung von „Schwachgasen“ bzw. undefinierten Gaszusammensetzungen (Odormittel, Luft infolge gezielten Wartungsarbeiten)
Gewährleistung einer Grundlast unabhängig von den Endverbrauchern
Angeschlossene Endverbraucher
31Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019