Fachbeitrag Messtechnik für Power-to-Gas

Derzeit gibt es etwas über ein Dutzend Power-to-Gas-­Anlagen in Deutschland. Eine davon betreibt der Energieversorger Enertrag in Prenzlau in Brandenburg: Das Hybridkraftwerk hat laut Betreiber die höchste Flexibilität in Bezug auf die Nutzung der erzeugten Energie. Das bedeutet auch ein hohes Potenzial für einen wirtschaftlichen Betrieb, weil sich für die erzeugte Energie unterschiedliche Absatzkanäle anbieten: als Strom oder Wärme für Haushalte und als Treibstoff für Fahrzeuge.

Neben den drei Windgeneratoren, dem Elektrolyseur, dem Wasserstoffspeicher und einer Biogasanlage besteht die Anlage aus zwei Blockheizkraftwerken, die Strom und Wärme erzeugen. Sind die Wasserstofftanks voll, nutzen sie den Wasserstoff zur Strom- und Wärmeerzeugung; steht nicht genug Wasserstoff zur Verfügung, nutzen sie das Biogas.

Für Phasen, in denen weniger Windstrom erzeugt wird, hält die Anlage stets einen Puffer vor, kommt dabei aber komplett ohne fossile Brennstoffe aus. Durch die Direkteinspeisung von Wärme und Strom ins öffentliche Netz können rund 80 Einfamilienhäuser beheizt und rund 600 Haushalte mit Strom versorgt werden. Parallel dazu kann der erzeugte Wasserstoff über eine Tankstelle zum Betrieb von Fahrzeugen genutzt werden. Alternativ bietet sich auch der Verkauf „in Reinform“ an industrielle Anwender an, die Wasserstoff in ihren Prozessen benötigen.

Messtechnische Anforderungen

Das Herzstück der Prenzlauer Anlage zur Umwandlung von Strom in Wasserstoff ist ein 500-kW-Druck-Elektrolyseur. Da der Aufbau einer solchen Großanlage komplex ist, wurde ein breites Spektrum an Messtechnik benötigt, das unterschiedlichste Messaufgaben unterstützt.

Der Messtechnikhersteller Labom unterstützte Enertrag bei der Realisierung der Messtechnik. Diese sollte die Größen Druck, Temperatur und Strömung erfassen, wobei für einige Anlagen ein Ex-Schutz und eine SIL2-Zulassung der Messgeräte erforderlich sind. Gerade die Druckmessung ist anspruchsvoll, weil Wasserstoff das flüchtigste und leichteste Element im Periodensystem der Elemente ist. Die Anforderung von Enertrag an die Druckmesslösung bestand also darin, einen sehr großen Messbereich von 20 mbar bis 200 bar bei gleichbleibend hoher Messgenauigkeit zu realisieren.

Ein weiteres wichtiges Kriterium bei der Auswahl der mess­technischen Komponenten war die Langzeitstabilität ohne Wartungsaufwand. Die Planer von Enertrag strebten zudem ein einheitliches elektrisches Anschlusskonzept für die gesamte Anlage an: Alle Komponenten der Anlage sollten über den standardisierten M12-Rundsteckverbinder einfach montiert werden können. Bei den Prozessanschlüssen ist hingegen eine Vielfalt unterschiedlicher Lösungen erforderlich.

Aufbereitung

Bevor der reine Wasserstoff gespeichert werden kann, muss das Wasser durch diverse Verfahren aufbereitet werden. Dort arbeiten Messumformer der Baureihe Compact Eco CA1100 sowie der Strömungssensor SV9020. Bei der Wasserstoffherstellung und Speicherung kommen die Druckmess­umformer Pascal CV und Compact CC6011 in Ex-Ausführung zum Einsatz. Für eine Druckkammerüberwachung ist der Druckschalter Pascal CS mit zwei Grenzwerten im Einsatz. In Bereichen mit niedrigerem Druck findet auch der Druckmess­umformer Pascal Ci4100 Verwendung. Zur Temperaturmessung nutzt Enertrag das Widerstandsthermometer MiniTherm GA2700 und aufgrund der zum Teil kleinen Rohrleitungen den besonders kompakten GA2620.

Aufgrund früherer Projekte im Raffineriebereich verfügt Labom über viel Erfahrung mit Wasserstoff-Prozessen und konnte so auch auf die anderen Vorgaben von Enertrag ein­gehen. Für den Energieerzeuger ist dies von Vorteil, weil er somit die gesamte Messtechnik aus einer Hand beziehen kann. Um der wachsenden Nachfrage nach Messlösungen für Wasserstoffprozesse gerecht zu werden, hat Labom den Druckmess­umformer Compact weiterentwickelt: Das Modell Hydrogen ist durch einen speziellen trockenen Sensor auf Basis eines Dehnungsmessstreifens insbesondere auf das Messen des Drucks von Wasserstoff zugeschnitten.