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Ein Beitrag von Adacor

Erdgasinfrastruktur – Endkunden-Abrechnung heute und morgen

SmartSim – Brennwertverfolgung in Verteilnetzen. Unser Kunde E.ON hat das neue Verfahren SmartSim entwickelt.

BrennwertverfolgungSmartSim unterstützt die verlässliche und genaue Brennwertverfolgung in Verteilnetzen und legt somit eine solide Basis für die korrekte Abrechnung von Endkunden.

Gehostet werden die Daten und Applikationen auf einem per Dongle geschützten Server bei der ADACOR Hosting GmbH. So sind die Datensicherheit und die Verfügbarkeit der Anwendungen zu jedem Zeitpunkt gegeben. Zu den Anforderungen des Projektes lesen in unserem Interview mit Dr. Peter Schley.

Die aktuellen Entwicklungen, wie das Zusammenwachsen des europäischen Gasmarktes und das vermehrte Einspeisen von Biogas und Wasserstoff in das Erdgasnetz, führen zu Schwankungen in der Gasqualität, welche die Energieversorger vor neue Herausforderungen in Bezug auf die Abrechnung ihrer Energiemengen stellt. Denn zur genauen Abrechnung wird neben der verbrauchten Menge der Brennwert des Gases zu Grunde gelegt.

Wie aber lässt sich dieser angesichts der Einspeisung von unterschiedlichen Gasqualitäten in das Versorgernetz ermitteln?

Durch das Zusammenwachsen der nationalen Märkte zu einem europäischen Gasmarkt in Verbindung mit einem steigenden Import von verflüssigtem Erdgas (LNG), das per Schiff nach Europa transportiert wird, werden bereits seit einigen Jahren zunehmende Schwankungen der Gasbeschaffenheit und somit auch des Brennwertes der transportierten Erdgase beobachtet.

Brennwertverfolgung Infografik regionales Verteilnetz

Infografik regionales Verteilnetz

Die Energiewende tut ihr Übriges hinzu. Aktuell gibt es in Deutschland ca. 7.500 Biogas-anlagen, von denen etwa 100 jährlich ca. 600 Millionen Kubikmeter zu Erdgasqualität aufbereitetes Bioerdgas in das Gasnetz einspeisen. Dieser Wert soll sich – wenn es nach der Bundesregierung geht – in den kommenden Jahren noch verzehnfachen. Bis 2020 sollen jährlich etwa 6 Milliarden Kubikmeter Bioerdgas in das Erdgasnetz eingespeist werden. Derzeit wird das eingespeiste Biogas auf den im Netz vorherrschenden Brennwert durch Zumischung von Propan angepasst. Ein aufwendiges und vor allem kostspieliges Verfahren. Zumal durch die Zumischung von Propan zusätzliche CO2-Emissionen verursacht werden – deutschlandweit derzeit ca. 30.000 t pro Jahr.

Ein weiterer Ansatz, der vor dem Hintergrund der Energiewende verfolgt wird, ist das sogenannte Power-to-Gas-Verfahren. Hier geht es darum, eine Speichermöglichkeit für überschüssigen Strom zu finden, der aus regenerativen Energien (z. B. Wind- oder Solarenergie) gewonnen wurde. Mittels Elektrolyse wird hier Strom in Wasserstoff umgewandelt, der dann wiederrum in das Gasnetz eingespeist werden kann. Alle diese Entwicklungen führen zu variierender Gasbeschaffenheit.

Neue Anforderungen bringt diese Entwicklung vor allem in Bezug auf die korrekte Abrechnung mit sich, denn durch die Einspeisung unterschiedlicher Gasqualitäten ist es schwer, den genauen Brennwert beim Kunden zu ermitteln. Dieser wird jedoch für die exakte Energiebestimmung benötigt. Ein möglicher Weg wäre sicherlich der vermehrte Einsatz von Messtechnik. Diese ist jedoch teuer und die Kosten würden auf die Kunden umgelegt werden. Deshalb hat die E.ON New Build & Technologie GmbH ein alternatives Verfahren hierzu entwickelt: die rechnerische Verfolgung des Brennwertes in Regional- und Verteilnetzen.

SmartSim – Denn auf den Brennwert kommt es an!

Mit dem neuartigen Verfahren SmartSim lassen sich die Gasflüsse im Netz simulieren und somit der Brennwert des Gases trotz unterschiedlicher Gasqualitäten an allen Ausspeisestellen im Netz exakt bestimmen wie es die Infografik oben zeigt.

Auf Basis dieser Methode können zukünftig Kunden in Versorgungsgebieten mit mehreren Erdgas- bzw. Bioerdgaseinspeisungen wirtschaftlich abgerechnet werden. Dadurch lässt sich bei der Einspeisung von Bioerdgas die kostenintensive Konditionierung mit Propan vermeiden und so der Betrieb von Biogasanlagen wirtschaftlicher machen.

Die Bestimmung des Brennwertes in Regional- oder Verteilnetzen beruht in der Regel auf Messwerten, die der Vorlieferant für die Einspeisestellen zur Verfügung stellt. Das Arbeitsblatt G685 des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches e. V. (DVGW) legt fest, dass der zur Abrechnung verwendete Brennwert des Kunden nicht mehr als 2 % von dem tatsächlich anstehenden Brennwert abweichen darf. Bei Mehrfacheinspeisung mit Erdgasen unterschiedlicher Qualität gilt diese Anforderung als erfüllt, wenn die über den Abrechnungszeitraum volumen-gewichteten Mittelwerte der eingespeisten Brennwerte nicht mehr als 2 % voneinander differieren. Bereits seit einigen Jahren haben sich sogenannte Brennwertrekonstruktionssysteme für Transportnetze etabliert und sind heute Stand der Technik. Diese Systeme erlauben eine rechnerische Bestimmung des Brennwertes zu jeder Zeit und an jedem Ort im gesamten Netz. Voraussetzung hierfür sind geeichte Messwerte des Brennwertes an den Einspeisestellen sowie der Volumina an den Ein- und Ausspeisestellen. Für Verteilnetze konnte eine rechnerische Verfolgung des Brennwertes bisher nicht mit einer für die Gasabrechnung ausreichenden Genauigkeit realisiert werden. Das Problem besteht darin, dass insbesondere an den Ausspeisestellen derzeit meist nur unzureichende Messwerte der Volumina vorliegen.

Mit SmartSim werden die Ausspeisevolumina auf Basis von Standardlastprofilen, ausgehend von den kundenspezifischen Verbrauchsdaten eines zurückliegenden Abrechnungszeitraums und der aktuellen Umgebungstemperatur, den gemessenen Einspeisevolumina und den Einspeisedrücken, nun nach einem neuartigen Algorithmus bestimmt.

So funktioniert die Brennwertverfolgung

Durch das beschriebene Verfahren zur Bestimmung der Ausspeisevolumina wurde eine grundlegende Voraussetzung dafür geschaffen, die Gasflüsse in einem Netz – insbesondere die Strömungsgeschwindigkeiten – zu berechnen und somit eine Verteilung der Gasbeschaffenheit simulieren zu können. Für eine genaue Bestimmung der zeitlichen und örtlichen Verteilung des Brennwertes werden – analog zu den etablierten Brennwertrekonstruktionssystemen – die folgenden Eingangsinformationen benötigt.

Eingangsinformationen

  • Brennwerte an den Einspeisestellen
  • Normvolumina an den Einspeisestellen
  • Normvolumina an den Ausspeisestellen (aus Standardlastprofilen)
  • Leitungsdrücke
  • Topologiedaten (u. a. Leitungslängen, Leitungsdurchmesser, Rohrrauhigkeit)

Als Ergebnis der Berechnung werden die Brennwerte an allen Netzknoten als Monatsmittelwerte bestimmt. Für die Umsetzung des Verfahrens wurde im Rahmen eines mehrjährigen Forschungsprojektes eine eigenständige Software entwickelt, die nun unter dem Namen SmartSim kurz vor der Produkteinführung steht. Integraler Bestandteil der Software ist ein optimierter Rechenkern für die Strömungsberechnung, der für eine hohe Rechengeschwindigkeit sorgt, was insbesondere für die Anwendung auf komplexe Netze äußerst wichtig ist. Die Datenein- und -ausgabe sowie die Visualisierung der Ergebnisse erfolgt über eine einfach zu bedienende Benutzeroberfläche.

Feldtest zur Verfahrensvalidierung

Die Validierung des Verfahrens wurde in Zusammenarbeit mit E.ON Avacon durchgeführt. Ausgewählt wurde hierzu das Netz „Lüchow-Dannenberg“ in Niedersachsen. Das Netz war für eine Validierung der Simulationsergebnisse vor allem deshalb gut geeignet, da sich durch die Variation der eingespeisten Erdgas-/Bioerdgasmengen verschiedenste Flusssituationen einstellen. Das betrachtete Netz umfasst 40 Ausspeisestellen, drei Erdgaseinspeisestellen sowie eine Bioerdgaseinspeisung mit Propan-Konditionierung.

mobiler Prozessgaschromatograf PGC

Der mobile Prozessgaschromatograf

Zur Validierung der Berechnungsergebnisse diente ein mobiler Prozessgaschromatograf (PGC), der über einen Zeitraum von acht Monaten an verschiedenen Ausspeisestellen im Netz aufgebaut wurde. Dabei wurden verschiedene Flusssituationen untersucht, die sich durch geeignete Ventilstellungen bzw. bedingt durch die von der Jahreszeit abhängigen Umgebungstemperaturen einstellten..

Die Ergebnisse zeigen über den gesamten Versuchszeitraum eine sehr gute Übereinstimmung zwischen den berechneten und den vor Ort gemessenen Brennwerten: Bezogen auf die Monatsmittelwerte liegen die Abweichungen innerhalb von ±0,1 % und damit deutlich innerhalb der gesetzlich geforderten Eichfehlergrenze von 1 %. Bei Anwendung des Verfahrens zur Abrechnung ließe sich somit zukünftig bei der Einspeisung von Bioerdgas auf eine Konditionierung mit Propan verzichten.

Aufgrund der sehr positiven Feldtestergebnisse wurde bereits in 2011 ein Antrag auf Genehmigung des Verfahrens zur Abrechnung gemäß DVGW-Arbeitsblatt G685 gestellt. Die Zulassung des Verfahrens erfolgte im August 2012 durch das Mess- und Eichwesen Niedersachsen (MEN) im einvernehmen mit der physikalisch-technischen Bundesanstalt (PTB). Damit kann SmartSim ab sofort für die Abrechnung von Endkunden eingesetzt werden.

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