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HYPOS: H2-Netz

Erfahrungen mit Planung und Bau eines innovativen Wasserstoffverteilnetzes

Fachtagung „Energie Umwelt Zukunft“Congress Center Leipzig24.01.2019

Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH Referent: M.Eng. Martin Glas

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3Projektziel und Forschungsschwerpunkte

6Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung undRealisierung

2Projektkenndaten

5Projektstand und Baufortschritt

1Motivation und Bedeutung

4Technische Konzeption

7Fazit und Ausblick

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1Motivation und Bedeutung

4

1

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3

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USA: 2.140 km

F/B/NL: 964 km

D: 240 km

D: 140 km

Überblick Wasserstoffpipelines

Motivation und Bedeutung

Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019

• Weltweit existieren nur wenige Wasserstoffpipelines, wovon alle ausschließlich aus Stahlwerkstoffen bestehen

• Bisher existieren kaum Erfahrungen bei der Verteilung von reinem Wasserstoff

• Neben der bestehenden Erdgasinfrastruktur werden auch zusätzliche Wasserstoff-Versorgungsinfrastrukturen zu errichten und zu betreiben sein

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Überblick Wasserstoffpipelines



Verwirklichung der gesetzten Ziele zur Energiewende

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• Das Ziel der Energiewende ist u.a. ein mindestens 80 % Anteil EE an der Stromversorgung bis 2050

• In diesem Kontext ist die Entwicklung neuer und die Weiterentwicklung bestehender Technologien für die Erzeugung, die Speicherung und den Transport von Energie erforderlich

• Insbesondere auf der Stromseite sind Ausbaumaßnahmen erforderlich, um die dezentral erzeugte Energie in die Bedarfsregionen zu transportieren

• Mittelfristig ist neben der Integration der EE insbesondere ihre Speicherung von hoher Bedeutung hierzu sind die heute abzusehenden Stromspeichertechnologien nicht ausreichend

• Die Umwandlung von Strom zu Wasserstoff oder Methan (Power-to-Gas) und deren Einspeisung sowie Speicherung in die Erdgasinfrastruktur ist national die zurzeit einzige Technologie, die diese Aufgabe übernehmen kann


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Quelle: HYPOS e. V. September 2018

HYPOS – Grüner Wasserstoff in Mitteldeutschland



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2Projektkenndaten

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Quelle: HYPOS e. V. September 2018

HYPOS – Projekte & Wertschöpfungskette

Projektkenndaten


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HYPOS: H2-Netz

Projektkenndaten

• Projekttitel: Entwicklung von innovativen Konzepten zur Anbindung und Versorgung eines „Wasserstoffverbrauchers“ sowie für die Verteilnetzstruktur inkl. erforderlicher Sicherheitstechnik.

• Verbundpartner:

• Projektbudget: 3,8 Mio. EUR Gesamtbudget (alle Partner)

• Projektlaufzeit: 01.11.2016 – 31.12.2019 ** Laufzeitverlängerung des Projektes um 2 Jahre bis zum 31.12.2021 wird aktuell beantragt

• Standort: Chemiepark Bitterfeld-Wolfen (Sachsen-Anhalt)


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3Projektziel und Forschungsschwerpunkte

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Projektziel• Entwicklung, Strukturierung und Umsetzung einer technischen Wasserstoff-

Verteilnetzstruktur inkl. Hausanschlussleitungen im Rahmen der Pilotversorgung eines geplanten Standortes.

Forschungsschwerpunkte (Auswahl)Anlagen/ -komponenten, Sicherheitstechnik, Material

• Qualifizierung von hochdichten Kunststoffrohrleitungen für die Verteilnetzstruktur und Haus-Inneninstallation

• Ermittlung der Eignung für moderne Verlegeverfahren

• Definition und Qualifizierung erforderlicher Sicherheitstechnik im Kontext der Wasserstoffverteilung (Betrieb, Instandhaltung)

• Ökonomische und ökologischen Bewertung sowie Optimierung des Gesamtsystems inkl. des Sicherheits- als auch Kommunikationskonzeptes

• Aufbau eines Simulationsmodells zur technisch-wirtschaftlichen Bewertung von Infrastrukturen zur Verteilung von Wasserstoff

• Konzeptionierung einer Odorieranlage und Untersuchung von Wechselwirkungen mit schwefelfreien bzw. schwefelarmen Odoriermitteln.

• Wissenszuwachs im Bereich der Wasserstoffverträglichkeit / -funktionalität


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4Technische Konzeption

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Technische Konzeption (Stand: Juni 2018)

Tor


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5Projektstand und Baufortschritt

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ProjektstandProjektstart

01/2015 Vorstellung der Projektskizze vor HYPOS-Beirat

09/2015 Gesamt- und Teilvorhabenbeschreibung erstellt

10/2015 Förderantrag Projekträger Jülich (PTJ) eingereicht

10/2016-08/2017 Konzeptionierung der innovativen Wasserstoff-Versorgungsinfrastruktur

12/2016 Förderung (PTJ, innogy) bewilligt

04/2017 Grundstücknutzungsvertrag mit Chemiepark Bitterfeld-Wolfen GmbH

03/2017-10/2017 Überführung der innovativen Konzeption in eine genehmigungsfähige Form

11/2017-03/2019 Errichtung der Wasserstoff-Infrastruktur

04/2019-10/2019 Inbetriebnahme und Forschungsbetrieb der Infrastruktur

11/2019 Rückbau der Wasserstoff-Infrastruktur?

12/2019 Projektende?

Projektende

Projektverlängerungum zwei Jahre geplant


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Baufortschritt (Stand: Januar 2019)

• bis 04/2018 Grundstücksvorbereitunginkl. Errichtung Zaunanlage, Baugrunduntersuchung, Grünpflege, Fundament GDRMA


• 02.05.2018 offizieller Baubeginninkl. Baustelleneinrichtung, Materiallogistik und Bauvorbereitung

• 02.05 - 24.05.2018 Verlegung erster Verteilnetzabschnittemittels Erdrakete auf ca. 140 m

• 24.05.2018 Baustopp aufgrund Altlasten/Kontaminationen im Erdreich

• 06/2018 - 08/2018 Abstimmungen zur weiteren Vorgehensweise zwischen MITNETZ GAS, Grundstückseigentümer, Behörden, Ämtern, Bauausführung

• 08/2018 Baufortführung

• 08/2018 - 12/2018 Aufstellung GDRMA; Verlegung restlicher Verteilnetzabschnitte in verschiedenen Verlegeverfahren und verschiedenen Materialen auf ca. 1 km;Errichtung Ein- und Ausgangsleitungen GDRMA; Druckprüfungen

• 01/2019 – 03/2019 Durchführung von Restleistungen (Zuwegungen; Funktionsprüfungen; …)

• 04/2019 Offizielle Inbetriebnahme Gesamtnetz

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Baufortschritt (Stand: Januar 2019)

Quelle: Christian Görzel, news.doc GmbH

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6Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung undRealisierung

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Erfahrungen aus Bau- und Genehmigungsplanung, Konzeptionierung und Realisierung

Bau- und Genehmigungsplanung

• Durchführung einer Genehmigungsplanung und Erstellung einer Bauakte analog „regulärer“ Erdgas-Projekte

Anzeige bei Landkreis Anhalt-Bitterfeld Vorhaben verfahrens- und baugenehmigungsfreiBauordnungsamt nach Bauordnung Land Sachsen-Anhalt

(§ 60 Abs.1 Nr. 1a)Baukörper < 10 m² Grundfläche

Anzeige bei Landesregulierungsbehörde keine weiteren Auflagen; des Landes Sachsen-Anhalt §5-Anzeige nach GasHDrLtgV erforderlich

Anzeige bei Landesamt für Geologie und §5-Anzeige nach GasHDrLtgV für Bergwesen Sachsen-Anhalt Rohrleitungen > 16 bar unter Einbeziehung

gutachtliche Äußerung;Nichtbeanstandungsbescheid zum Vorhaben erhalten

• Abfrage und Einbeziehung aller Träger öffentlicher Belange (TÖB) Beachtung der individuellen Auflagen

• Abfrage des Chemieparks Bitterfeld-Wolfen bezüglich Beachtung der Standortrichtlinie „Rohrbrücken“ Aufstellungsbedingungen (Mindestabstände)


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Konzeptionierung / Realisierung

• Sicherheitstechnische Anforderungen

Durchführung einer Gefährdungsbeurteilung und Erarbeitung eines Explosionsschutzdokumentes für die H2-Netzstruktur inkl. aller Komponenten und Einrichtungen im Kontext der Wasserstoffanwendung

Erstellung eines Sicherheitskonzeptes und Ableitung konkreter sicherheitsgerichteterMaßnahmen

Durchführung von regelmäßigen Abstimmungen im Zuge der Konzeptionierung und Realisierung unter Einbeziehung aller sicherheitstechnischer Aspekte in die prozessspezifischen Fragestellungen und unter ständiger Begleitung durch den TÜV SÜD

Beachtung aller sicherheitstechnischer Anforderungen und Umsetzung der sicherheitsgerichteten Maßnahmen als zentraler Bestandteil zur Erhöhung des Sicherheitsniveaus in der Wertschöpfungskette sowie zur Erlangung einer Akzeptanz im Marktumfeld für Wasserstoff

Quelle: TÜV SÜD


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• Odorierung

Einsatz einer Odorieranlage zu Forschungszwecken (nicht als Sicherheitsmaßnahme)

Möglichkeit einer Hochdruck- als auch Mitteldruckodorierung

Erforschung der Wirksamkeit insbesondere einer schwefelfreien, aber auch einer schwefelhaltigen Odorierung

Einsatz bei geringsten Gasmengen im Bereich von 3 bis 12 m³/h

Standard-Odorieranlagen inkl. konventionelle Dosierpumpen im Netzgebiet MITNETZ GAS für diesen Anwendungsfall ungeeignet

Bau und Erprobung einer Micro-Odorieranlage mit spezieller Odoriermitteldosierung zur gleichmäßigen Injektion kleinster Dosiervolumenströme (< 3 μl/min)

• PE-Leitungen

Einsatz moderner, hochdichter Metall-Kunststoff-Verbundrohre (MKV, PE-Xa) sowie hochspannungsrissbeständiger PE-Rohre (PE 100-RC) anstelle herkömmlicher Stahlrohrleitungen

hauptsächlich Verlegung im Erdreich (Grabenverlegung und grabenlos) aber auch oberirdisch auf Rohrbrücke

Lagerung / Halterung der Rohrleitungen von entscheidender sicherheitstechnischer Bedeutung

Überprüfung und Nachweis der Eignung für Umgebungsbedingungen gemeinsam mit Projektpartnern(Temperaturschwankungen, Längenausdehnung, UV-Einstrahlung, …)


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• Regeltechnik / Messtechnik

Betrieb mit gereinigten, nicht aggressiven technischen Gasen (Wasserstoff ≥ 99,96 Vol.%) muss gewährleistet werden

Einsatz von Regelgeräten in drei Druckstufen (DP25, DP16 und DP1)

Einsatz eines Gaszählers im DP1-Bereich

gutes Regelverhalten und hohe Messgenauigkeit für alle Druckstufen entsprechend der sehr geringen Gasmengen (< 12 m³/h) müssen vorhanden sein

Verwendung von Standardgeräten einschlägiger Hersteller

• Kontaminationen/Altlasten

Errichtung der Versuchsnetzes und Verlegung der Rohrleitung im Bereich eines historischen Chemiestandortes

Auffinden von Kontaminationen und Gefahrstoffen unterschiedlicher Konzentration im Erdreich

Prüfung der Materialbeständigkeiten und Untersuchung der Auswirkungen

Realisierung, Materialtests und Betriebsführung in einem „worst case-Umfeld“ wird als Chance für zukünftige Praxisanwendung gesehen


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7Fazit und Ausblick

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Fazit und Ausblick

Genehmigungsplanung:

derzeit keine gesonderten Anforderungen für die Umsetzung von Wasserstoff-Projekten im Vergleich zu Erdgas-Projekten

Bau- und Genehmigungsplanung unkritisch verlaufen

§5-Anzeige nach GasHDrLtgV mit positivem Ergebnis

kein Mehraufwand gegenüber Erdgas-Projekten (standardisierte Genehmigungsprozesse)


Sicherheitstechnik als zentraler Bestandteil zur Erhöhung des Sicherheitsniveaus im Kontext Wasserstoff

überwiegend (exkl. Odorieranlage) Verwendung von Standardgeräten und Materialien einschlägiger Hersteller

positiv für zukünftige Praxisanwendung und potentielle Marktausrollung, da keine Sondergeräte notwendig sind

geschätztes Kostensenkungspotential für den Bau von Pipelines von ca. 30 % gegenüber einer üblichen Stahlrohr-Verlegung erwartet

Positive Ergebnisse für den „Betrieb“ der HYPOS-Vision werden erwartet, welche auf zukünftige Wasserstoffkeimprojekte in Deutschland/Europa übertragen werden können


VIELEN DANK FÜR IHRE AUFMERKSAMKEIT

Kontakt: M.Eng. Martin Glas

Projektkoordinator HYPOS:H2-Netz

Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbHFried.-Ebert-Str. 26 ∙ 04416 Markkleeberg

Telefon: 0341 120 7238

E-Mail: [email protected]

Backup

H2-NETZ: Versuchscontainer

Aufbau einer Versuchsstrecke in einem 40‘-Container

Prüfung auf Wasserstoffeignung von handelsüblichen Gasströmungswächtern und Gaszählern

Angeschlossene Endverbraucher

28Mitteldeutsche Netzgesellschaft Gas mbH · Martin Glas · HYPOS: H2-Netz · 24.01.2019

H2-Home

Entwicklung, Realisierung & Optimierung eines Systems zur Objektversorgung

H2-BHKW

H2-Brennstoffzelle (5 kWel / 14 kWth)

H2-Wärmeerzeuger (40 kWth)

Parallel DC & AC Energienutzung

NT-Wärme- und Kältebereitstellung

Einhausung des BHKW in Showroom

Präsentation H2-Home + H2-Netz

Demonstrations-, Innovations- und Schulungszentrum



MMH2P

Entwicklung eines mobilen, modularen, flexiblen H2-Speichers

Übernahme von Betriebs- und Lastmanagement

Komponenten

Speicher

TPED zugelassener CFK-Speicher (3x 2x 157 l, ca. 22,8 kg H2, bis 425 bar)

Basis: EC79 CFK-Druckbehälter des URSUS-Bus

Kompressor

Umbau eines Druckluftkompressors auf elektrischen Antrieb

Basis: Anleg Vorstudie zur Umrüstung

XDEMS (Software)



H2-NETZ: Fackel (Betriebsführungsinstrument)

Inbetriebnahme / Einfahren der Verteilnetzstrukturen inkl. der Regelungstechniken sowie Odorierungseinheit

Gewährleistung einer sicheren Betriebsführung: Vermeidung des H2-Ausströmens

Sichere Verbrennung von „Schwachgasen“ bzw. undefinierten Gaszusammensetzungen (Odormittel, Luft infolge gezielten Wartungsarbeiten)

Gewährleistung einer Grundlast unabhängig von den Endverbrauchern



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