Wybrane zagadnienia dotyczące wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na elementy systemu gazowniczego

• Autorzy: Jaworski Jacek , Kukulska-Zając Ewa , Kułaga Paweł

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.10.04

Warianty tytułu

EN

Selected issues concerning the impact of hydrogen addition to natural gas on the gas network components

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnim czasie można zaobserwować rosnące zainteresowanie dodawaniem do sieci gazowej wodoru pochodzącego ze źródeł odnawialnych, tzn. technologią power-to-gas. Umożliwia ona przekształcenie wyprodukowanej energii elektrycznej do postaci wodoru i zmagazynowanie go w systemie gazowniczym. Technologia ta może stać się jednym z istotnych czynników zwiększenia udziału energii odnawialnej w całkowitym bilansie energetycznym. Skutkiem dodawania wodoru do gazu ziemnego będzie obecność w sieciach gazowych mieszaniny gazu ziemnego oraz wodoru, która siecią tą docierać będzie do odbiorców końcowych, w tym odbiorców w gospodarstwach domowych. Właściwości fizykochemiczne wodoru, takie jak np. gęstość właściwa czy lepkość, istotnie różnią się od właściwości fizykochemicznych składników gazu ziemnego, takich jak metan, etan, propan, butan, azot itd. W związku z powyższym właściwości mieszaniny gazowej po dodaniu do niej wodoru będą się znacznie różnić od właściwości obecnie stosowanego gazu ziemnego. Tym samym elementy systemu gazowniczego, a także odbiorniki gazu u odbiorców końcowych będą podlegać oddziaływaniu wodoru. Konieczne staje się zatem zapewnienie, że w granicach przewidywanych stężeń wodoru elementy systemu gazowniczego, a także odbiorniki gazu będą w stanie długotrwale pracować bez pogorszenia swych właściwości funkcjonalnych oraz zmniejszenia bezpieczeństwa technicznego. W niniejszym artykule omówiono wyniki dotychczasowych badań prowadzonych w INiG – PIB dotyczących wpływu mieszaniny gazu ziemnego i wodoru na: urządzenia gazowe użytku domowego oraz komercyjnego, rozliczenia i pomiary paliw gazowych, jakość paliw gazowych, gazomierze miechowe oraz reduktory średniego ciśnienia.

EN

Recently, there has been a growing interest in adding hydrogen from renewable sources to the gas network, i.e. Power-to-Gas technology. This technology makes it possible to convert the produced electrical power into hydrogen and to store it in the gas network. It may become one of the significant factors of increasing the share of renewable energy in the overall energy mix. The addition of hydrogen to natural gas will result in the presence of a mixture of natural gas and hydrogen in the gas networks through which it will reach end users, including household customers. The physicochemical properties of hydrogen, such as specific density or viscosity, differ significantly from those of natural gas components, such as methane, ethane, propane, butane, nitrogen, etc. As a result, the properties of a gas mixture, after adding hydrogen, will be significantly different from those of the natural gas currently in use. Thus, both gas network components and gas appliances of end users will be exposed to hydrogen. It is therefore necessary to ensure long-period operation of gas network components and gas appliances, within the limits of anticipated hydrogen concentrations, without deterioration in their functional properties and technical safety. This paper discusses the results of research conducted at INiG – PIB in terms of resistance to a mixture of natural gas and hydrogen (up to 23%) on: gas appliances for household and commercial use, gaseous fuels metering and billing, gaseous fuels quality, diaphragm gas meters and medium pressure regulators.

Słowa kluczowe

PL

power-to-gas; PtG; P2G; wodór ze źródeł odnawialnych; gaz ziemny; infrastruktura gazociągowa; urządzenia gazowe

EN

Power-to-Gas; PtG; P2G; renewable hydrogen; natural gas; gas pipeline infrastructure; gas appliances

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 10
• Strony: 625--632
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz., rys.

Twórcy

autor

Jaworski Jacek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kukulska-Zając Ewa

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Kułaga Paweł

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Literatura
• Dodds P.E., Demoullin S., 2013. Conversion of the UK gas system to transport hydrogen. International Journal of Hydrogen Energy, 38(18): 7189–7200. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.03.070.
• Durbin D.J., Malardier-Jugroot Cecile, 2013. Review of hydrogen storage techniques for on board vehicle applications. International Journal of Hydrogen Energy, 38(34): 14595–14617. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2013.07.058.
• Gondal I.A., 2019. Hydrogen integration in power-to-gas networks. International Journal of Hydrogen Energy, 44(3): 1803–1815. DOI:10.1016/j.ijhydene.2018.11.164.
• Iskov H., 2010. Field test of hydrogen in the natural gas grid. Project Report August 2010, EFP05 J. no. 033001/33031-0053, Danish Gas Technology Centre.
• Łach M., 2016. Dokładność wyznaczania współczynnika ściśliwości gazu z podwyższoną zawartością wodoru – porównanie metod obliczeniowych. Nafta-Gaz, 5: 329–338. DOI: 10.18668/NG.2016.05.04.
• Matusik J., Jaworski J., 2017. Optymalny dobór gazomierzy miechowych przez operatora systemu gazowniczego. Nafta-Gaz, 4: 287–292.DOI: 10.18668/NG.2017.04.08.
• Melaina M.W., Antonia O., Penev M., 2013. Blending hydrogen into Natural Gas Pipeline Networks: A review of key issues. Technical Report NREL/TP-5600-51995, March 2013.
• Meng B. 2017. Hydrogen effects on X80 pipeline steel in high-pressure natural gas/hydrogen mixtures. International Journal of Hydrogen Energy, 42(11): 7404–7412. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.05.145
• Messaoudani Z.L., Rigas F., Hamid B.D.M., Hassan C.RC., 2016. Hazards, safety and knowledge gaps on hydrogen transmission via natural gas grid: a critical review. International Journal of Hydrogen Energy, 41(39): 17511–17525. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.07.171.
• Schuster T., Holewa-Rataj J., Kukulska-Zając E., 2019. Ocena jakości paliw gazowych w kontekście wprowadzania wodoru do sieci gazu ziemnego. Gaz, Woda i Technika Sanitarna: 42–46. DOI: 10.15199/17.2019.2.1.
• Wojtowicz R., 2019. Analiza wpływu dodatku wodoru do gazu ziemnego na pracę urządzeń gazowych. Nafta-Gaz, 8: 465–473. DOI:10.18668/NG.2019.08.03.
• Zhao Y., McDonell V., Samuelsen S., 2019. Influence of hydrogen addition to pipeline natural gas on the combustion performance of a cooktop burner. International Journal of Hydrogen Energy, 44(23): 12239–12253. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2019.03.100.
• Zhou Z., Ersoy D., 2010. Review Studies of Hydrogen Use in Natural Gas Distribution Systems. Final report GTI Project Number 21029, Oct. 15, 2010. van der Zwaan B.C.C., Schoots K., Rivera-Tinoco R., Verbong G.P.J., 2011. The cost of pipelining climate change mitigation: an overview of the economics of CH4, CO2 and H2 transportation. Applied Energy, 88(11): 3821–3831. DOI: 10.1016/j.apenergy.2011.05.019.
• Akty prawne i normatywne
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2009/28/WE z dnia 23 kwietnia 2009 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych zmieniająca i w następstwie uchylająca dyrektywy 2001/77/WE oraz 2003/30/WE (Dz.Urz. UE L 140/16 z 5.06.2009).
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady 2014/94/UE z dnia 22 października 2014 r. w sprawie rozwoju infrastruktury paliw alternatywnych (Dz.Urz. UE L 307/1 z 28.10.2014).
• Dyrektywa Parlamentu Europejskiego i Rady (UE) 2018/2001 z dnia 11 grudnia 2018 r. w sprawie promowania stosowania energii ze źródeł odnawialnych (wersja przekształcona) (Dz.Urz. UE L 328/82 z 21.12.2018).
• Obwieszczenie Ministra Gospodarki z dnia 21 grudnia 2009 r. w sprawie polityki energetycznej państwa do 2030 r. (M.P. z 2010 r. nr 2, poz. 11).
• Polityka energetyczna Polski do 2040 roku (PEP2040) – projekt w. 1.2 – 23.11.2018. Ministerstwo Energii, Warszawa 2018.
• Program Ramowy Unii Europejskiej Horyzont 2020.
• Strategia na rzecz Odpowiedzialnego Rozwoju do roku 2020 (z perspektywą do 2030 r.). Załącznik do uchwały nr 8 Rady Ministrów z dnia 14 lutego 2017 r. (poz. 260).