ÖVGW – Effizienzsteigerung der österreichischen Gasverteilung

Im österreichischen Gasnetz gibt es vereinzelt in Betrieb befindliche Maßnahmen, z.B. betreffend Gasvorwärmung, die den laufenden Gasnetzbetrieb effizienter gestalten. Um diese Informationen zusammenzufassen und allen Netzbetreibern zur Verfügung zu stellen, wird in dieser Studie ein Überblick über mögliche Maßnahmen gegeben; anschließend werden sie nach ihren Effizienzauswirkungen bewertet. Neben den Optimierungsmaßnahmen des aktuellen Gasnetzbetriebes wird ein wesentliches Augenmerk auf die zukünftige Entwicklung des Gasnetzes gelegt. Das angestrebte Ziel der Gaswirtschaft ist, 2040 ausschließlich erneuerbare Gase über die Infrastruktur zu transportieren. Für diesen Fall wird es relevant, eine Vielzahl an Biogasanlagen an das Gasnetz anzuschließen, um aus biogenen Reststoffen produziertes Grünes Gas einzuspeisen. Der zweite Teil dieser Studie beschäftigt sich daher mit der Optimierung der Verschaltung von Biogasanlagen sowie deren Anschluss an das Gasnetz.

Diagramm des Gasbedarf in Österreich, wöchentliche Auflösung

Energieeinsparung durch Minimieren der Vorwärmleistung

Bei der Expansion auf einen niedrigeren Netzdruck kühlt das Gas aufgrund des Joule-Thomson-Effektes ab. Um Kondensation an den Rohrleitungen zu vermeiden, muss die Gastemperatur nach der Expansion oberhalb des Taupunktes liegen. Dies wird durch eine Vorwärmung des Gases vor der Entspannung sichergestellt. Unter Berücksichtigung der Umgebungstemperatur und der Luftfeuchtigkeit ist der Taupunkt auf Basis eines Testreferenzjahres berechnet worden. Die Abkühlung durch die Expansion ist u.a. von der Gaszusammensetzung abhängig. Reiner Wasserstoff hat unter den hier vorhandenen Bedingungen einen umgekehrten Joule-Thomson Effekt. Dies bedeutet, dass sich Wasserstoff bei Entspannung erwärmt. Es zeigt sich, dass eine Erhöhung der H2-Konzentration im Gasgemisch zu einer Reduktion der benötigten Vorwärmeenergie führt. Aus dieser Perspektive kann eine Erhöhung der H2-Konzentration neben einer Dekarbonisierung der Gasversorgung auch zu einer Reduzierung des Energieeinsatzes für Gastransport und -verteilung führen.

Diagramm der Energie für die Gasvorwärmung in Abhängigkeit der H2-Konzentrationen über ein Jahr

Optimierung der Biogaseinspeisung

Wo genau bestehende oder zukünftige Biogasanlagen an das Verteil- bzw. Übertragungsnetz angeschlossen werden sollen, ist ein komplexes Optimierungsproblem. Im Rahmen dieses Projektes ist bereits ein Framework zur Optimierung in MATLAB mit YALMIP und Gurobi erstellt worden. In erster Linie gilt es, die Wegstrecke zwischen Biogasanlage und Einspeisepunkt zu minimieren. Bei Vorlage weiterer Daten wird das bestehende Modell mit relevanten Nebenbedingungen versehen. So können z.B. spezifische Leitungskosten, Druckstufen und Verdichterkosten berücksichtigt werden. In der nachfolgenden Abbildung sind die Ergebnisse eines Tests mit fiktiven Daten dargestellt. In diesem Modell wurde, ohne weitere Nebenbedingungen, die kürzeste Verbindung zwischen Biogasanlage (x) und Einspeisepunkt (o) gefunden. Bei Vorliegen der Daten zu potenziellen Einspeisepunkten und deren Einspeisekapazität kann das bereits entwickelte Framework aussagekräftige Ergebnisse liefern.

Österreichkarte der Minimierung der Leitungslängen zwischen Biogasanlagen (o) und Einspeisepunkte (x).