Dekarbonisierung im Energiesektor

Der Megatrend der Dekarbonisierung verursacht evolutionäre Veränderungen im Energiesektor. Die Energiequellen und der Anteil der genutzten Energiequellen ändern sich rasch. Wir beobachten, dass bestehende Kraftwerke ihre Verbrennungsprozesse entsprechend anpassen. Einige Energieunternehmen schließen ineffiziente Kraftwerke mit fossilen Brennstoffen und eröffnen neue Kraftwerke, die auf saubereren Energiequellen basieren. Oder sie investieren direkt in erneuerbare Energien.

Heute Teil drei unserer Serie zum Thema Dekarbonisierung mit dem Fokus auf die Energiebranche.

Was treibt die Welt an? Der Anteil von Kohle und Erdgas liegt 2022 immer noch bei 60 % und wird bis 2030 auf 40 % sinken. Heutzutage gibt es Projekte zur Umstellung von Kohle auf Gas (LNG-to-Power). Dabei werden Kohlendioxid (CO2)-Emissionen um 45 % reduziert. Technologien zur Kohlendioxidabscheidung (CCUS) ermöglichen eine CO2-Reduzierung um 90 %. Wird zu 100 % Wasserstoff (H2) verbrannt, gibt es sogar gar keine CO2-Emissionen mehr. Der Einsatz von H2-Mischungen bis zu 30-60 % in Gasturbinen wird immer beliebter.

Zwar kann bei einer 100%igen Verbrennung von Wasserstoff das Netto-Null-CO2-Emissionsziel erreicht werden. Allerdings steigen dafür die Emissionen an Stickstoffoxiden (NOx) an. In diesem Fall scheinen veränderte Verbrennungsprozesse und zusätzliche Investitionen in DeNOx/SCR-Systeme in Gaskraftwerken unumgänglich zu sein. Dies liegt an den sich ändernden Verbrennungsbedingungen und den reduzierten Emissionsgrenzwerten für Stickstoffoxide. Aber unter allen Bedingungen müssen die Stickstoffoxide kontinuierlich überwacht werden. (World Energy Outlook 2022, page 279 (https://iea.blob.core.windows.net/assets/830fe099-5530-48f2-a7c1-11f35d510983/WorldEnergyOutlook2022.pdf))

Ein weiterer Markttrend sind grüne Ammoniak-Zusatzfeuerungsanlagen. Aber auch in diesem Fall reduziert man die CO2-Emissionen, erzeugt aber ein weiteres gefährliches Treibhausgas, Districkstofmonoxid (N2O). Parallel dazu werden die Emissionsgrenzwerte mit jeder Aktualisierung der Vorschriften gesenkt. Der Handel mit Kohlendioxidemissionen und Green Deals sind in Kraft. All diese neuen Verfahren und Änderungen der Vorschriften erfordern sehr viel präzisere und zuverlässigere Messungen der Gaskonzentration.

Der vielleicht einfachste Weg, sich von diesen Einschränkungen zu befreien und neue Prozessinvestitionen zu tätigen, ist der Einstieg in die erneuerbaren Energien. Das passt auch zur grünen Energiepolitik zahlreicher Unternehmen. Diese Unternehmen konzentrieren sich insbesondere auf die Messtechnik für Anlagen und Prozesse, die auf erneuerbaren Energiequellen basieren, z. B. Solar-, Wind- und Wasserkraftwerke. Im Jahr 2022 stieg die weltweite Wind- und Solarenergieerzeugung um 19%. Die Gaserzeugung stieg um 1,1% und die Kohleerzeugung ging um 0,2% zurück (Global Electricity Review 2023: https://ember-climate.org/insights/research/global-electricity-review-2023/).

"SICK hatte schon immer den Anspruch, Technologien zum Nutzen von Mensch und Umwelt zu entwickeln. Als SICK Anfang der 60er Jahre das erste Staubmessgerät erfand, dachte noch kaum jemand an Umwelt- und Klimaschutz. Mit der gleichen Motivation nutzt SICK heute Sensortechnologien, um Lösungen für erneuerbare und saubere Industrien zu entwickeln."

Ihsan Ceylan, Global Industry Manager Thermal Power Production & Renewables, SICK AG

Sensorlösungen für die Energieversorgung durch gasbefeuerte Anlagen

Im Vergleich zu feststoffbefeuerten Anlagen spielt die Energieversorgung von gasbefeuerten Anlagen mit geringeren Schadstoffemissionen und höherer Flexibilität eine immer wichtigere Rolle. Das Emissionsmesssystem PowerCEMS100 verfügt über die notwendige Messtechnologie und wird dort für die Emissionsüberwachung eingesetzt.

In einigen Ländern sind die Grenzwerte für NOx-Emissionen so niedrig, dass selbst Kraftwerke, die relativ saubere Brennstoffe wie Erdgas und Wasserstoff nutzen, zusätzliche Verfahren einsetzen müssen. Dazu gehört die selektive katalytische Reduktion, die die NOx-Emission noch weiter reduziert und um damit die zulässigen Emissionsgrenzen einzuhalten. In einem solchen Fall ist auch die Kontrolle der DeNOx-Systeme erforderlich, um deren ordnungsgemäße Leistung sicherzustellen.

Sensorlösungen für die Energieversorgung durch Fotovoltaik- und Solarthermiekraftwerke

Riesige Solarkraftwerke an Standorten im Sonnengürtel der Erde können ganze Regionen über den Tag hinweg mit umweltfreundlicher Energie versorgen. Die Anlagen aus Zigtausenden Reflektoren stehen oft in Wüstengegenden mit harschen klimatischen Bedingungen. Umso wichtiger ist die Kontrolle darüber, ob die Anlagen störungsfrei und mit optimalem Wirkungsgrad arbeiten. Neigungssensoren TMS/TMM22 von SICK messen berührungslos die Neigung oder Drehbewegung der Reflektoren, damit sie stets dem Stand der Sonne nachgeführt werden können. Ihre Elektronik ist für harte Outdooreinsätze ausgelegt und damit quasi ausfallsicher. Die Datenübermittlung an den Server oder in die Cloud des Kunden übernimmt ein passend dazu entwickeltes Gateway-System.

In Wüstengebieten stellt die große Staubentwicklung die Anlagenbetreiber vor große Herausforderungen. So müssen die Solarmodule und Parabolspiegel stets gereinigt werden. Ein am Reinigungsfahrzeug montierter 3D-LiDAR-Sensor multiScan100 misst den Abstand zwischen Reinigungsgerät und Parabolspiegel. Ein Ultraschallsensor UM30 ist für die Feinpositionierung der Bürste zuständig.

"Using technology for good: Der Herausforderung einer ganzheitlichen Nachhaltigkeit im Unternehmen stellen wir uns mit Hingabe.“

Niels Syassen, Mitglied des Vorstands der SICK AG

Sensorlösungen für Windenergieanlagen für eine optimale Stromerzeugung

Überwachung der Hydrauliksysteme für eine effiziente Ausrichtung von Rotorblättern an die Windgeschwindigkeit und bei Wartungsarbeiten

Um die Effizienz von Windkraftanlagen zu erhöhen, passt ein hydraulisches System den Winkel der Rotorblätter jeder Anlage an die Windgeschwindigkeit an. Während dieser Anpassung überwachen Magnetostriktive Linear-Encoder DAX® die Kolbenposition der Zylinder im Hydrauliksystem. Ändert sich die Windgeschwindigkeit, stellt das System die Rotorblätter entsprechend nach.

Bei Wartungsarbeiten werden die Rotorblätter durch ein hydraulisches System mechanisch verriegelt. Magnetostriktive Linear-Encoder DAX® bestimmen die absolute Position von Kolbenstangen in den Hydraulikzylindern und schützen somit die Anlage und das Wartungspersonal.

Vibrations-, Schock- und Temperaturüberwachung

Zahnradverschleiß, gebrochene Bolzen und Ähnliches lösen verschiedene Arten von Vibrationen und Anomalien aus. Der Condition-Monitoring-Sensor Multi Physics Box überwacht Abweichungen von den ursprünglichen Sollwerten einer Windenergieanlage über die Zeit.

Ist die Multi Physik Box mit einem Cloud basierten Fernsteuerungs- und Datenüberwachungssystem verbunden, erhält der Anlagenbetreiber sofort Informationen über das spezifische Problem. Bei Bedarf werden daraufhin mechanische Serviceleistungen geplant. Beispiele für solche Herausforderungen sind gebrochene Bolzen oder die Notwendigkeit, den langfristigen Verschleiß der Getriebe zu bewerten.

Wasserstoffnutzung mit der Technologie „Power-to-Gas“

Ökostrom aus Wind und Sonne ist elementar für die Energiewende, wirft aber auch ein Problem auf: Seine Erzeugung ist witterungsabhängig und deshalb nicht exakt kalkulierbar. Geeignete Speicher für Überschüsse aus Solar- und Windanlagen sind derzeit noch nicht vorhanden. Eine Lösung bietet hier die Technologie Power-to-Gas: Überzähliger Ökostrom wird dazu genutzt, Wasserstoff zu erzeugen, der über das bestehende Erdgasnetz gespeichert, transportiert und als Erdgas-Wasserstoff-Gemisch verbrannt werden kann. Durch die Beimischung von Wasserstoff verändern sich allerdings die Eigenschaften des Erdgases signifikant. Bisher werden in einigen Regionen der Welt bis zu 2 % Wasserstoff in die Erdgasnetze eingespeist. Tests von SICK haben ergeben, dass die Gasdurchflusszähler sogar bei Gemischen mit bis zu 10% Wasserstoff noch genauso stabil und zuverlässig wie bei reinem Erdgas funktionieren. Auch auf höhere Wasserstoffbeimischungen von bis zu 30 Prozent ist SICK mit einer bereits 2021 neu entwickelten Ultraschallsonde vorbereitet. Darüber hinaus liefern diese Geräte eine integrierte Indikation des Wasserstoffgehalts oder der Gasqualität.

Dies sind nur einige Beispiele. Für weitere Anwendungen und Lösungen schauen Sie auch auf unserer Webseite.

Lesen Sie die anderen Teile unserer Serie zum Thema Dekarbonisierung

Lesen Sie mehr in Teil eins unserer Serie über Dekarbonisierung

Lesen Sie mehr in Teil zwei unserer Serie über Dekarbonisierung