Grundlagen der Gastechnik

Frontmatter

1. Brenngase im Energiemarkt; Vorkommen, Gewinnung und Aufbereitung

Zusammenfassung

Die heute technisch genutzten Brenngase lassen sich unterteilen in kohlenstoffhaltige und nichtkohlenstoffhaltige Brenngase (Bild 1.1). Kohlenstoffhaltige Brenngase sind entweder direkt oder indirekt fossilen Ursprungs oder werden aus nachwachsenden organischen Rohstoffen gewonnen. Brenngase fossilen Ursprungs sind im Wesentlichen das Erdgas oder sie werden durch eine chemische Umwandlung der fossilen Energieträger Kohle oder Erdöl als Synthesegas gewonnen.

Günter Cerbe, Benno Lendt, Klaus Brüggemann, Martin Dehli, Frank Gröschl, Klaus Heikrodt, Torsten Kleiber, Jürgen Kuck, Jens Mischner, Thomas Schmidt, Albert Seemann, Walter Thielen

2. Eigenschaften und Austausch von Brenngasen

Zusammenfassung

Den Zustand eines Stoffes bei vereinbarten Werten für den Druck und die Temperatur nennt man Bezugs- oder Referenzzustand. Der Normzustand ist durch die Normtemperatur t_n = 0 °C und den Normdruck p_n = 1,01325 bar vereinbart. Dieser Zustand wird in vielen Ländern, u. a. in Deutschland, im Allgemeinen als Bezugszustand bei der Angabe von Gasmengen und Kennwerten verwendet. International weit verbreitet ist aber auch die Referenztemperatur t_ref = 15 °C anstelle von t_n = 0 °C.¹ In selteneren Fällen, insbesondere bei chemischen Reaktionen, dient der chemische Standardzustand² mit 25 °C und 1,00 bar (bisher auch 1,01325 bar) als Bezugszustand.

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3. Verbrennung der Gase

Zusammenfassung

Als Verbrennung bezeichnet man die Reaktion von Stoffen mit Sauerstoff bei höherer Temperatur – in der Regel in Flammen – wobei chemisch gebundene Energie frei wird. Die brennbaren Bestandteile der Brennstoffe sind Kohlenstoff und Wasserstoff, daneben manchmal geringe Anteile Schwefel, der aber unerwünscht ist. Brennstoffkomponenten, die nicht an der Verbrennung teilnehmen, heißen Inerte, wie z. B. Stickstoff oder Kohlendioxid. In manchen Brenngasen tritt auch Sauerstoff auf, der zur Reaktion mit verwendet wird.

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4. Rohrnetzberechnung

Zusammenfassung

Eine der wichtigsten Ausgangsgrößen für die Rohrnetzberechnung ist der Volumenstrom. Er hängt ab von der Anzahl, Art, Wärmebelastung und Benutzung der zu versorgenden Gasgeräte.

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5. Gastransport – Gasverteilung

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Gasquellen und Verbraucher liegen nur selten beieinander. In der Regel muss das Gas über große Entfernungen und durch mehrere Verteilungsdruckstufen kontinuierlich zum Verbraucher transportiert werden (Bild 5.1). Obgleich kaufmännische Abläufe in liberalisierten Gasmärkten gänzlich anders gestaltet sein können, so entspricht der physische Weg des Gases dem in Bild 5.1. Bei der Planung neuer Leitungen ist es wegen der langen Nutzungsdauer (mindestens 25 Jahre) notwendig, die voraussichtliche Absatzentwicklung im Versorgungsbereich der neuen Leitung zu berücksichtigen (Kap. 10.2.9). Die wichtigsten Faktoren bei der Planung einer Leitung stellen der Leitungsdurchmesser und der maximale Betriebsdruck dar.

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6. Speicherung und Konditionierung von Erdgas

Zusammenfassung

Die Erdgasimporte erlauben in der Regel relativ geringe Schwankungen hinsichtlich der vom Produzenten zu liefernden Gasvolumina und Leistungen (Volumen pro Zeiteinheit). Der Absatz ist jedoch aufgrund der Temperaturabhängigkeit des Gasverbrauches und der Erfordernisse der Bereitstellung von positiver und negativer Regelenergie für die Bilanzkreisabwicklung in einem Marktgebiet starken saisonalen und tageszeitlichen Schwankungen unterlegen.

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7. Gasbrenner

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Brenner sind Einrichtungen, mit deren Hilfe die chemisch gebundene Energie des Brennstoffes – charakterisiert durch den Heizbzw. Brennwert – durch Oxidation freigesetzt wird. Die Aufgabe eines Gasbrenners besteht in der technischen Realisierung von vereinfacht drei Verfahrensschritten:

• 1. Zufuhr der Reaktionspartner Brenngas und Luft,¹
• 2. Mischung der Reaktionspartner,
• 3. Zündung des gebildeten Gemisches und Stabilisierung der Verbrennungsreaktion.

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8. Gasgeräte in Haushalt und Gewerbe

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Gasgeräte lassen sich einteilen nach der Aufgabe bzw. dem Anwendungsgebiet, dem Vorhandensein und der Art eines Wärmeübertragers, der Brennerart sowie der Verbrennungsluft- und Abgasführung. Eine Auswahl der Anwendungsgebiete im häuslichen und gewerblichen Bereich ist in Tafel 8.1 zusammengestellt. Ein zukunftsträchtiges neues Anwendungsgebiet könnte die Verwendung von Erdgas als Kraftstoff für Kraftfahrzeuge sein.

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9. Gasinstallationen in Gebäuden und auf Grundstücken

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Für die Planung, Errichtung, Prüfung, Inbetriebnahme, Betrieb und Instandhaltung von Gas-Installationsleitungen bis 5 bar Betriebsdruck für Gebäude gilt DIN EN 1775 (10.2007).

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10. Marktrollen und Aufgaben in der öffentlichen Gasversorgung

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Mit der Öffnung der leitungsgebundenen Strom- und Gasmärkte erfolgte ein umfassender struktureller Wandel in der Energiewirtschaft. Ziel der Politik war es, den Handel mit den Energieprodukten Erdgas und Strom und andere hiermit verbundene Dienstleistungen (u. a. Messung, Speicherung) zu liberalisieren und damit in den Wettbewerb zu bringen. Natürliche Monopole, wie der Netzbetrieb, wurden durch ein ausgeklügeltes Verfahren (effizienzorientierte Anreizregulierung mit Festlegung der Erlösobergrenze) in einen "Quasi-Wettbewerb” auf Basis eines Vergleichs von Effizienzwerten geführt (Kap. 10.2.6). Maßgeblich war hier der Prozess des sog. Unbundling gem. §7 EnWG, der die operative und ggf. auch gesellschaftsrechtliche Trennung von Tätigkeiten in Wettbewerbsmärkten von denen im Rahmen eines natürlichen Monopols ausgeübten Aufgaben vorsieht.

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11. Emissionen, Immissionen; Brenn- und Abgasanalytik

Zusammenfassung

Hätte die Atmosphäre die Dichte von Wasser, so würde sie die Erde als eine etwa 10 Meter dicke Schicht umgeben. In diese Schicht werden durch von Menschen verursachte (anthropogene) Vorgänge erhebliche Mengen an Luftschadstoffen sowie an klimawirksamen Gasen eingebracht. Einige Stoffe sind bereits nach kurzer Zeitdauer in der Luft nicht mehr feststellbar, andere verbleiben Wochen oder Jahre in der Atmosphäre. In deren unterster Schicht – der Troposphäre – können sie Schäden verursachen sowie den "Treibhauseffekt” bewirken; in der Stratosphäre – der zweituntersten Schicht – hat der Ozonhaushalt eine wesentliche Bedeutung. Inzwischen ist es insbesondere in wichtigen Industriestaaten gelungen, den Ausstoß von Luftschadstoffen erheblich zu vermindern (Kap. 11.1.2); daneben wird versucht, durch internationale Abkommen auch den Ausstoß klimawirksamer Gase zu verringern (Kap. 11.1.3).

Günter Cerbe, Benno Lendt, Klaus Brüggemann, Martin Dehli, Frank Gröschl, Klaus Heikrodt, Torsten Kleiber, Jürgen Kuck, Jens Mischner, Thomas Schmidt, Albert Seemann, Walter Thielen

12. Sicherheit im Gasfach

Zusammenfassung

Der Sicherheitsbegriff wird im Gasfach in unterschiedlicher Bedeutung angewandt. Man unterscheidet technische Sicherheit, Arbeitssicherheit und Versorgungssicherheit.

Maßnahmen zur technischen Sicherheit dienen der Vermeidung von Gefahren gegenüber Dritten, die sich aus Errichtung, Betrieb und Instandhaltung gastechnischer Anlagen ergeben. Zu schützen sind Menschen, Umwelt und Sachwerte.

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