Smarte Infrarot-Sensoren zur Verfolgung der Gasqualität in regionalen Verteilnetzen - SmIRs

Abstract

Im vorliegenden Vorhaben wurde ein sensorbasierter Ansatz zur Verfolgung der Gasqualität in einem realen Gasverteilnetz messtechnisch untersucht, mit einem modellgestützten Verfahren zur Bestimmung von Laufzeiten und Anteilen kombiniert sowie anhand von Referenzmessungen validiert. Ziel war es, die Eignung kostengünstiger Infrarot(IR)-Sensorik unter realen Betriebsbedingungen zu bewerten und deren Beitrag zur experimentellen Überprüfung der Gasbeschaffenheitsverfolgung einzuordnen. Hierzu wurde eine vollständige Mess- und Auswerteinfrastruktur aufgebaut und über einen Zeitraum von 16 Monaten betrieben. Die Sensorik erfasste die Komponenten CH4, C2+ und CO2 an ausgewählten Ein- und Ausspeisestellen, ergänzt durch Referenzmessungen mittels Prozessgaschromatographen (PGCs). Parallel dazu wurden Laufzeiten und Anteile mithilfe einer thermodynamischen Netzsimulation bestimmt. Die Ergebnisse zeigen, dass die eingesetzte IR-Sensorik Änderungen der Gasbeschaffenheit grundsätzlich abbilden kann. Insbesondere für CO2 sowie in vielen Fällen auch für C2+ ergibt sich eine gute Übereinstimmung mit den Referenzmessungen. Gleichzeitig wurde eine deutliche Abhängigkeit der Messgüte von den betrachteten Komponenten, den Messstandorten und den jeweiligen Randbedingungen festgestellt; insbesondere der CH4-Kanal zeigte wiederholt systematische Abweichungen. Eine direkte und belastbare Bestimmung von Laufzeiten und Anteilen allein auf Grundlage der Sensorsignale ist unter den gegebenen Feldbedingungen nicht möglich. Die Validierung der modellbasierten Ergebnisse erfolgt daher durch die Kombination aus Simulation und Messung. Dabei zeigt sich, dass die aus der Gasbeschaffenheitsverfolgung abgeleiteten Laufzeiten und Anteile insbesondere für CO2 und C2+ konsistent bestätigt werden können. Insgesamt zeigt sich, dass die IR-Sensorik unter realen Betriebsbedingungen nicht als eigenständiges Verfahren zur quantitativen Gasverfolgung geeignet ist. Ihr wesentlicher Beitrag liegt vielmehr in der Funktion als unabhängige Messgröße zur Validierung und Plausibilisierung modellbasierter Ansätze. In dieser Kombination stellt sie einen praxisrelevanten Baustein für die Analyse und Bewertung von Gasverteilnetzen mit variabler Gasbeschaffenheit dar.