En bref
- Les énergies renouvelables ont le vent en poupe : l'énergie éolienne, hydraulique et solaire sont au cœur de la transition énergétique. Elles réduisent la dépendance aux combustibles fossiles et favorisent la décarbonisation, ce qui en fait la pierre angulaire d'un système énergétique durable capable de répondre à la demande croissante tout en protégeant le climat.
- Le gaz comme solution transitoire : Malgré l'expansion rapide des énergies renouvelables, le gaz naturel continuera à jouer un rôle crucial dans la garantie d'une énergie fiable et abordable dans les années à venir. Il sert de technologie transitoire qui assure la stabilité pendant que des alternatives plus propres se développent et deviennent plus largement disponibles.
- Hydrogène et stockage : Pour compenser la nature dépendante des conditions météorologiques des énergies renouvelables et les variations saisonnières de la consommation, de nouvelles solutions sont nécessaires. L'hydrogène s'impose comme une source d'énergie polyvalente, tandis que les technologies de stockage avancées sont essentielles pour stocker l'énergie excédentaire et assurer la stabilité, ce qui permet de se rapprocher de l'objectif d'un approvisionnement neutre en CO2.
L'hydrogène dans le réseau de gaz
La production d'hydrogène à partir d'énergies renouvelables et l'injection de cet hydrogène dans les réseaux de gaz existants jouent un rôle important dans la transition vers un approvisionnement énergétique neutre en CO2. L'hydrogène peut être produit dans des endroits où l'énergie renouvelable est largement disponible. De plus, il peut être stocké et transporté jusqu'au consommateur en tant que vecteur énergétique supplémentaire via les réseaux de gaz existants. L'hydrogène peut être stocké et transporté à une concentration maximale de 30 % en volume dans le réseau de distribution de gaz naturel existant.
Les réseaux pour l'hydrogène pur seront initialement développés à l'échelle régionale. Ceux-ci se développeront progressivement pour former à terme des réseaux plus vastes. Les estimations relatives à un réseau européen de transport d'hydrogène prévoient la création d'un réseau pouvant atteindre 40 000 km d'ici 2040.
Effets sur la mesure du débit de gaz
La capacité à mesurer de manière fiable et stable le débit de gaz naturel mélangé à de l'hydrogène revêt donc une importance croissante à l'heure actuelle. La modification de la composition du gaz pose de nouveaux défis en matière de mesure pour les différentes technologies de comptage. En effet, l'hydrogène ajouté modifie les propriétés du gaz naturel : la densité, la viscosité, l'explosivité, le débit et la vitesse du son du gaz changent. Cela pose des défis totalement nouveaux pour les conduites, les compresseurs, les joints, les vannes, les technologies de mesure, etc., par exemple en ce qui concerne le risque de fuites et d'explosions ou la détermination du pouvoir calorifique. Les opérateurs de réseaux de gaz et les fournisseurs de gaz s'interrogent donc sur l'impact que cela aura sur les performances de leurs débitmètres de gaz.
Au cours des deux dernières décennies, la mesure de débit par ultrasons a établi une nouvelle norme en termes de fiabilité, de durabilité et de précision de mesure dans les industries du gaz naturel et des gaz industriels.
L'ajout d'un faible pourcentage d'hydrogène au gaz naturel augmente déjà considérablement la vitesse du son (SOS) du mélange gazeux. Avec 100 % d'hydrogène en volume, il est environ trois fois plus dense que le gaz naturel. Les diagrammes de la figure 1 montrent la valeur de la vitesse du son pour le gaz naturel, un mélange d'hydrogène à 30 % en volume et l'hydrogène pur.
Figure 1 : Vitesse du son pour un gaz naturel type (teneur en méthane de 90
% en volume) et des mélanges d'hydrogène jusqu'à 100
Cela impose plusieurs exigences en termes de conception de la technologie ultrasonique. La gamme de mesure équivalente au gaz naturel et l'incertitude de mesure requise doivent être garanties. Cela comprend la réduction de la dispersion des valeurs mesurées, la réduction des sensibilités croisées à la pression, à la température et aux fluctuations des fluides, ainsi que la réduction des effets fluido-mécaniques.
Pour le gaz naturel contenant jusqu'à 30 % en volume d'hydrogène, il est encore possible de compenser cet effet.
Figure 2 : Exemple d'application d'un appareil FLOWSIC
Mesure du débit par ultrasons : prête pour les exigences futures
On peut s'attendre à l'avenir que les spécifications et exigences – notamment en termes de précision de mesure – relatives aux transactions commerciales des mélanges d'hydrogène et d'hydrogène pur soient similaires à celles concernant les mesures effectuées dans le domaine du gaz naturel. Les débitmètres à ultrasons doivent être adaptés de manière appropriée à la nouvelle tâche de mesure.
Les conduites dédiées au transport d'hydrogène ne différeront toutefois pas significativement des conduites de gaz naturel. Les exigences sont similaires à celles qui s'appliquent actuellement aux compteurs de gaz naturel. Pour obtenir une capacité de transport équivalente en termes d'énergie, les systèmes de transport doivent être équipés de diamètres nominaux plus grands ou permettre des débits plus élevés. Les débitmètres à ultrasons spécialement conçus pour l'hydrogène doivent donc permettre des vitesses maximales de gaz plus élevées.
Les débitmètres à ultrasons répondant parfaitement à toutes les exigences, ils constituent la solution idéale pour la mesure du débit lors des transactions commerciales dans les futurs réseaux de transport et de distribution, que ce soit pour les mélanges d'hydrogène ou l'hydrogène pur.
Les avantages de la mesure de débit à l'aide d'un débitmètres ultrason sont les suivants :
- Large gamme de diamètres nominaux (DN50 à DN1400)
- Étendue de mesure élevée de ≥ 1:100
- Pas de colmatage, pas de perte de charge
- Aucune pièce mécanique mobile, aucune pulsation
- Débits plus élevés avec l'hydrogène
- Transférabilité de l'étalonnage vers d'autres produits
Outre leur classification en fonction de leur teneur en hydrogène, les débitmètres ultrason peuvent également être différenciés selon leur utilisation dans les applications de gaz de process, dans les réseaux de transport et dans les réseaux de distribution :
Indicateur de qualité du gaz (GQI) : détermination de la teneur en hydrogène
Outre les valeurs mesurées primaires et la haute précision requise, les débitmètres de gaz à ultrasons (USM) offrent d'autres avantages : grâce à la mise en œuvre d'un "indicateur de qualité du gaz" (GQI) dans l'USM, cet appareil offre la possibilité de détecter les changements dans la composition du gaz via la valeur de la vitesse du son (SOS). Même de faibles variations de la teneur en hydrogène peuvent être détectées avec une grande précision grâce à la valeur SOS extrêmement élevée de l'hydrogène. Si la composition du gaz de référence ou sa valeur SOS (sans hydrogène) est connue, il est également possible de déterminer très précisément la teneur en hydrogène. L'appareil compare la valeur SOS mesurée avec la valeur SOS de référence. En supposant que toute différence soit uniquement attribuable à l'adjonction d'hydrogène, la teneur en hydrogène peut être déterminée directement. L'approximation est effectuée à l'aide d'une formule empirique implémentée dans le firmware de l'USM.
Résumé
Les débitmètres à ultrasons sont utilisés avec succès depuis plus de 20 ans pour mesurer la quantité de gaz dans un large éventail d'applications. Cela inclut les applications pour les gaz ayant différentes teneurs en hydrogène. Les appareils utilisés dans ces applications, ainsi que d'autres appareils de la gamme FLOWSIC, ont déjà été adaptés et agréés pour le comptage fiscal des gaz naturels contenant jusqu'à 30 % d'hydrogène en volume. Les opérateurs de réseaux de gaz peuvent suivre la tendance consistant à injecter de l'hydrogène produit à partir d'énergies renouvelables dans les réseaux de gaz existants, puis à transporter et stocker cet hydrogène, sans avoir à investir dans de nouveaux débitmètres de gaz.
Les options de diagnostic de l'USM permettent non seulement une mesure quantitative, mais aussi une détermination qualitative du gaz. L'appareil fournit donc une méthode d'analyse supplémentaire pour l'hydrogène. Dans certaines applications, cela peut remplacer les techniques d'analyse coûteuses utilisées pour déterminer la teneur en hydrogène, telles que la chromatographie en phase gazeuse extractive.
Pour les appareils déjà installés, il est recommandé d'inspecter leur état afin d'évaluer l'impact d'une alimentation contenant jusqu'à 30 % d'hydrogène. Il convient également de vérifier l'effet du vieillissement, les conditions d'installation ou le régulateur de pression. Le service après-vente d'Endress+Hauser peut vous aider dans cette évaluation.
