„EffGas“ - Primärenergetische Optimierung bestehender Gas-Druckregelanlagen und Maßnahmenentwicklung für den deutschen Anlagenbestand

Abstract

Im Rahmen des Verbundprojekts EffGas wurde eine umfassende Analyse des energetischen Ist-Zustands bestehender Gasdruck-Regel- und Messanlagen (GDRMA) in Deutschland durchgeführt. Darauf aufbauend wurden Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz und zur Einbindung erneuerbarer Energien untersucht und demonstriert. Dazu wurden zunächst Messdaten von nahezu 70 GDRMA des Gasnetzbetreibers und Projektpartners EAM Netz analysiert. Die elf GDRMA mit dem größten Gasverbrauch für die Gasvorwärmung wurden im Detail untersucht. An mehreren Stellen des weitgehend stan-dardisierten Aufbaus der GDRMA konnten Energieeffizienz- und Dekarbonisierungspotenziale identifiziert werden. Der Jahresnutzungsgrad einer Gasvorwärmanlage, der die Verluste in der Wärmeversorgungskette quantifiziert, hat sich als guter Indikator für die Bewertung der energetischen Performance einer GDRMA dargestellt. Darüber hinaus ist eine Verbesserung der Regelgüte der Gasaustrittstemperatur (GAT) anzustreben, um den physikalischen Wärmebedarf zu reduzieren. Basierend auf die Bestandsanalyse wurden spezifische Maßnahmen zur Energieeinsparung und Effizienzsteigerung ausführlich erläutert und priorisiert. Dazu gehören unter anderem Maßnahmen zur Absenkung der Gasaustrittstemperatur, Optimierungen der Betriebsweise und Gestaltung der Gasvorwärmanlage sowie die Integration von Solarthermie, Wärmepumpen und BHKW. Um das Potenzial für Energieeffizienz und den Einsatz erneuerbarer Wärmeerzeugungstechnologien zu bewerten, wurde ein integrales Planungstool entwickelt. Dieses Tool nutzt ein angepasstes Verfahren zur Generierung synthetischer Gasdurchsatzprofile, welches genaue Ergebnisse liefert als bestehende Methoden, insbesondere für GDRMA mit einem hohen Anteil an nachgelagerten industriellen Verbrauchern. Eine online frei verfügbare Version des Tools wurde ebenfalls entwickelt (gdrma-vorplanung.umwelt-uni-kassel.de). Die Anwendung des Tools auf GDRMA typischer Größe zeigt, dass, im Vergleich zu einer Referenz-GDRMA mit einer konstanten GAT von 10 °C, allein durch die Implementierung einer Taupunktregelung der GAT Primärenergieeinsparungen für die Gasvorwärmung von bis zu 28 % erzielt werden können. Für kleinere GDRMA, die z. B. einzelne Dörfer versorgen, können sogar Einsparungen von 63 % erreicht werden. Mit dem zusätzlichen Einsatz unterschiedlicher erneuerbarer und energieeffizienter Wärmeerzeugungstechnologien können Gesamtprimärenergieeinsparungen für die Gasvorwärmung zwischen 36 % und 69 % im Vergleich zur Referenz-GDRMA erreicht werden. Das Projekt umfasste auch technologische Weiterentwicklungen wie eine neue Verbindungstechnik für modulare Wärmespeicher und die Verwendung von Vakuumisolierungen zur Reduzierung der Wärmeverluste. Diese wurden im Labor getestet und in einer Demonstrationsanlage erfolgreich umgesetzt. Verschiedene Energieeffizienzmaßnahmen wurden in einem Reallabor und in drei Demonstrationsanlagen umgesetzt. Im Reallabor wurden unter anderem Regelungskonzepte zur Implementierung einer Taupunktregelung der GAT und einer Absenkung des Temperaturniveaus im Heizkreis der Gasvorwärmanlage der GDRMA entwickelt und umgesetzt. Die zugrundeliegenden Methoden und Hardware sind weitgehend verfügbar, sodass eine Reproduzierbarkeit grundsätzlich gewährleistet ist. Die Integration von solarthermischen Anlagen und ein BHKW wurde bei den Leuchtturmanlagen demonstriert. Die Datenüberwachung wies auf einige Herausforderungen hin, wie die Einbindung in die bestehenden Heizkreise der GDRMA mit hohen Durchflüssen, sowie das Zusammenspiel der unterschiedlichen Wärmeerzeugungstechnologien. Insgesamt wird empfohlen, die Systeme mithilfe einfacher Indikatoren kontinuierlich zu überwachen, um langfristig einen reibungslosen und effizienten Betrieb zu gewährleisten.