In breve
- Affermazione delle energie rinnovabili: l'energia eolica, quella idrica e quella solare sono al centro della transizione energetica. Riducono la dipendenza dai combustibili fossili e favoriscono la decarbonizzazione, diventando la pietra angolare di un sistema energetico sostenibile in grado di soddisfare la crescente domanda e proteggere, nel contempo, il clima.
- Il gas come ponte: nonostante la rapida espansione delle energie rinnovabili, il gas naturale continuerà a svolgere un ruolo cruciale nel garantire energia affidabile e conveniente nei prossimi anni. Questo perché funge da tecnologia ponte e assicura stabilità mentre le alternative più pulite aumentano e diventano sempre più disponibili.
- Idrogeno e stoccaggio: per bilanciare la dipendenza delle energie rinnovabili dalle condizioni meteo e le variazioni stagionali dei consumi, sono necessarie nuove soluzioni. L'idrogeno sta emergendo come una fonte energetica versatile, mentre le tecnologie di stoccaggio avanzate sono essenziali per immagazzinare l'energia in eccesso e assicurare stabilità — avvicinando l'obiettivo di un approvvigionamento a zero emissioni di CO2.
Idrogeno nella rete del gas
La produzione di idrogeno da energie rinnovabili e l'immissione dell'idrogeno nelle reti del gas già esistenti hanno un ruolo importante nel percorso verso un approvvigionamento energetico a zero emissioni di CO2. L'idrogeno può essere prodotto in luoghi in cui c'è un'elevata disponibilità di energia rinnovabile. Inoltre, può essere immagazzinato e trasportato al consumatore finale come ulteriore vettore energetico attraverso le reti del gas esistenti. Nella rete di distribuzione del gas naturale è infatti possibile trasportare fino al 30% in volume di idrogeno.
Le reti per l'idrogeno puro saranno inizialmente implementate a livello regionale, per poi crescere gradualmente fino a formare reti più grandi. Le stime relative all'infrastruttura di trasporto dell'idrogeno a livello europeo prevedono che, entro il 2040, potranno essere creati fino a 40.000 km di rete.
Effetti sulla misura della portata del gas
La capacità di misurare in modo affidabile e stabile la portata del gas naturale miscelato all'idrogeno sta quindi diventando un'esigenza impellente. Il cambiamento nella composizione del gas presenta nuove sfide per le varie tecnologie di misura. Ciò accade perché l'idrogeno aggiunto influisce sulle proprietà del gas naturale: cambiano la densità, la viscosità, l'esplosività, la portata e la velocità del suono del gas. E cambiano quindi le problematiche da considerare riguardo a condotte, compressori, guarnizioni, valvole, tecnologie di misura, ecc. Pensate, ad esempio, al rischio di perdite ed esplosioni o alla determinazione del potere calorifico. I gestori delle reti del gas e i fornitori di gas si chiedono quindi in che modo ciò influirà sulle prestazioni dei loro misuratori di portata.
Negli ultimi due decenni, la misura della portata a ultrasuoni ha definito nuovi standard di affidabilità, durata e precisione di misura, sia nel settore del gas naturale che in quello del gas di processo.
L'aggiunta al gas naturale anche di una piccola percentuale di idrogeno aumenta in modo significativo la velocità del suono (SOS) della miscela di gas. E se il volume di idrogeno è del 100%, la velocità del suono è superiore di circa tre volte a quella del gas naturale. Lo schema della Figura 1 mostra i valori SOS per il gas naturale, una miscela di idrogeno al 30% in volume e l'idrogeno puro.
Fig. 1: velocità del suono per un tipico gas naturale (contenuto di metano del 90% in volume), miscele di idrogeno e idrogeno puro al 100%
Ciò impone una serie di vincoli alla progettazione dei misuratori di portata a ultrasuoni (USM). È necessario garantire sia il campo di misura equivalente al gas naturale che l'incertezza di misura richiesta. Ciò include la riduzione della variabilità dei valori misurati, la riduzione della sensibilità incrociata alle fluttuazioni dei valori di pressione, temperatura e composizione del fluido e la riduzione degli effetti fluido-meccanici.
Per il gas naturale con miscele di idrogeno fino al 30% in volume, è ancora possibile compensare questo effetto.
Fig. 2: esempio di applicazione di un dispositivo FLOWSIC
Misura della portata a ultrasuoni: pronta anche agli scenari futuri
Per le future esigenze di misura fiscale delle miscele di idrogeno e dell'idrogeno puro è possibile ipotizzare che specifiche e requisiti siano simili a quanto attualmente richiesto per il gas naturale, soprattutto in termini di precisione di misura. I misuratori di portata a gas a ultrasuoni (USM) devono quindi essere opportunamente adattati al nuovo compito di misura.
Tuttavia, le condotte di trasporto dell'idrogeno non differiranno molto da quelle del gas naturale. I requisiti sono simili a quelli degli attuali misuratori di gas naturale. Per una capacità di trasporto equivalente in termini energetici, i sistemi di trasporto devono avere diametri nominali più grandi o portate più elevate. Gli USM progettati specificamente per l'idrogeno devono quindi consentire velocità massime del gas più alte.
Potendo soddisfare molto bene tutti i requisiti, gli USM sono ideali per la misura fiscale della portata nelle future reti di trasporto e distribuzione, sia delle miscele di idrogeno che dell'idrogeno puro.
I vantaggi della misura della portata tramite USM sono:
- Ampia gamma di diametri nominali (DN50 ... DN1400)
- Elevato campo di misura ≥ 1:100
- Flusso libero, senza perdite di carico
- Assenza di parti mobili meccaniche, nessuna pulsazione
- Portate maggiori di idrogeno
- Trasferibilità della taratura ad altri fluidi
Oltre alla classificazione in base al contenuto di idrogeno, gli USM possono essere differenziati anche in base al loro utilizzo nelle applicazioni con gas di processo, nelle reti di trasporto e in quelle di distribuzione:
Indicatore della qualità del gas (GQI - Gas Quality Indicator): determinazione del contenuto di idrogeno
Oltre che la misura dei valori primari e l'elevata precisione, i misuratori di portata a ultrasuoni (USM) offrono ulteriori vantaggi: grazie all’implementazione di un "indicatore della qualità del gas" (GQI) nell’USM, questo dispositivo permette di rilevare i cambiamenti nella composizione del gas tramite il valore della velocità del suono (SOS). Grazie alla velocità del suono estremamente elevata dell'idrogeno, anche piccole variazioni del contenuto di idrogeno possono essere rilevate con grande precisione. Se è nota la composizione del gas di riferimento o il suo valore SOS (senza idrogeno), è possibile determinare con grande precisione anche il contenuto di idrogeno. Il dispositivo confronta il valore SOS misurato con quello di riferimento. Presumendo che eventuali differenze siano attribuibili esclusivamente alla miscela di idrogeno, il contenuto di idrogeno può essere determinato direttamente. L'approssimazione viene effettuata tramite una formula empirica implementata nel firmware dell'USM.
Sintesi
I misuratori di portata del gas a ultrasuoni vengono utilizzati con successo da oltre 20 anni per misurare la quantità di gas in un'ampia serie di applicazioni, tra cui quelle che prevedono la gestione del gas con diverse percentuali di idrogeno. I dispositivi utilizzati in queste applicazioni, così come altri appartenenti alla famiglia di prodotti FLOWSIC, sono già stati adattati e omologati per la misura fiscale del gas naturale contenente idrogeno fino al 30% in volume. Gli operatori delle reti del gas possono seguire la tendenza di immettere idrogeno prodotto da fonti rinnovabili nelle reti esistenti e di trasportare e immagazzinare l'idrogeno - senza investimenti aggiuntivi in nuovi misuratori di portata del gas.
Le opzioni diagnostiche dell'USM consentono non solo la misura quantitativa ma anche una determinazione qualitativa del gas. Il dispositivo fornisce quindi un metodo di analisi supplementare per l'idrogeno. In alcune applicazioni, ciò può sostituire costose tecniche analitiche per la determinazione dell'idrogeno quali la cromatografia estrattiva.
Per i dispositivi già installati, è consigliabile controllare le condizioni del dispositivo per valutare l'impatto dell'immissione di idrogeno fino al 30%. È necessario verificare anche l'effetto dell'invecchiamento, le condizioni di installazione o il regolatore di pressione. Il team di assistenza di Endress+Hauser può aiutare a effettuare queste valutazioni.
