Wasserstoffanlagen planen
Die wichtigsten Normen und Richtlinien für maximale Sicherheit, Qualität und Effizienz
Die Errichtung einer Wasserstoffanlage ist äußerst anspruchsvoll. Eine gute und gründliche Planung ist das A & O. Vorab gilt es daher u.a. wirtschaftliche, technische und rechtliche Aspekte zu beleuchten – von der Standortwahl, Technologieauswahl bis hin zur Umweltverträglichkeit. Auch das Thema Sicherheit ist im Umgang mit dem hochentzündlichen Gas ganz wesentlich. Jedes Maschinenteil in der Anlage muss den allgemeingültigen Vorschriften für Wasserstoff entsprechen.
In diesem Leitfaden werden die wichtigsten Normen und Richtlinien, die es bei der Planung und Realisierung von Wasserstoffanlagen zu beachten gilt, vorgestellt.
1. Sicherheits- und Designanforderungen
Bei Anwendungen mit Wasserstoff sind zahlreiche Sicherheits- und Designanforderungen zu beachten – ob beispielsweise für Rohrleitungen oder elektronische Systeme. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Gewährleistung von Sicherheit, Effizienz und Konformität.
Das Dokument bietet Richtlinien für die Planung, Konstruktion und den sicheren Betrieb von Pipelines, die reinen Wasserstoff und Wasserstoffmischungen transportieren. Im Umgang mit Spannungsrisskorrosion werden zudem Design- und Inspektionstechniken empfohlen.
Die internationale Norm für elektrische, elektronische und programmierbare elektronische Systeme legt allgemeine Anforderungen an die funktionale Sicherheit fest. Sie bildet die Grundlage für viele sektorspezifische SIL-Normen.
Die Maschinenrichtlinie zielt darauf ab, ein hohes Sicherheits- und Gesundheitsschutzniveau während des Betriebs von Maschinen zu garantieren. Sie legt wesentliche Anforderungen fest, die Hersteller erfüllen müssen, bevor sie Maschinen in der EU in Verkehr bringen. Stichwort: EG-Konformitätserklärung und CE-Kennzeichnung. Die Richtlinie gilt u.a. für Maschinen, Ketten oder elektrische Antriebe.
2. Materialauswahl und -bewertung
Die Auswahl und Bewertung von Materialien für Wasserstoffanwendungen erfordert viel Fachwissen, insbesondere wenn es um die Sicherheit und Langlebigkeit geht. Verschiedene Standards und Richtlinien bieten hierzu detaillierte Anweisungen.
In den Richtlinien werden verschiedene geeignete metallische Materialien wie legierte Stähle, Edelstähle, Nickellegierungen sowie Kupfer- und Kobaltlegierungen und allgemeine Informationen über Kunststoffe beschrieben.
Die Norm enthält Anforderungen über die Verträglichkeit von Werkstoffen für Gasflaschen und Zubehör mit Wasserstoff. Sie unterstützt bei der Auswahl von Materialien, die durch das Gas nicht verspröden oder korrodieren.
Auch diese Norm legt Leitlinien zur Materialauswahl fest. Sie verlangt, dass metallische Werkstoffe in H₂S-haltigen Umgebungen korrosions- und spannungsrissbeständig sind. Siehe dazu auch Wasserstoffversprödung.
3. Explosionsschutz und elektrische Sicherheit
Explosionsschutz und elektrische Sicherheit sind zentrale Aspekte in gefährdeten Bereichen und bei der Nutzung elektrischer Geräte. Diverse Richtlinien, wie die ATEX-Richtlinie sowie die Niederspannungs- und EMV-Richtlinien, bieten dazu umfassende Vorgaben.
Die Richtlinie befasst sich mit dem Explosionsschutz von Geräten und Schutzsystemen in explosionsgefährdeten Bereichen. Sie gilt für Geräte, die potenzielle Zündquellen darstellen, sowie für deren Komponenten und Sicherheitsvorrichtungen.
Die Niederspannungsrichtlinie legt Sicherheitsanforderungen für elektrische Geräte mit einer Nennspannung von 50-1000 V AC oder 75-1500 V DC fest. Die EMV-Richtlinie wiederum stellt sicher, dass elektrische und elektronische Geräte elektromagnetisch verträglich sind und keine schädlichen Störungen verursachen.
4. Druckbehälter und Rohrleitungen
Druckbehälter und Rohrleitungen unterliegen zahlreiche Vorgaben, die für den sicheren Betrieb und die Materialanforderungen dieser Bauteile maßgeblich sind.
Unter der EIGA IGC 121/14 werden spezifische Leitlinien für den Einsatz von Wasserstoffpipelines angeführt. Siehe auch Kategorie 1 „Sicherheits- und Designanforderungen“ und 2 „Materialauswahl und -bewertung“.
Die Richtlinie stellt Anforderungen an die Konstruktion, Herstellung und Konformitätsbewertung von Druckgeräten und Baugruppen mit einem maximal zulässigen Druck von mehr als 0,5 bar.
In der Norm wird beschrieben, welche Anforderungen an die Werkstoffe für industrielle Rohrleitungen und deren Halterungen nach EN 13480-1 aus metallischen Werkstoffen gelten. Auch relevant für Wasserstoffanwendungen.
Dieser Kodex gilt für Rohrleitungen und Leitungen, die mit gasförmigem Wasserstoff, Wasserstoffgemischen oder flüssigem Wasserstoff betrieben werden. Auch werden darin Vorgaben an die Verbindungsstellen zwischen den Rohrleitungen und den zugehörigen Druckbehältern gesetzt.
5. Prüfung und Inspektion
Essenzielle Prozesse zur Sicherstellung der Sicherheit von Anlagen und Komponenten sind regelmäßige Prüfungen und Inspektionen. Vom Personal bis zu den einzelnen Bauteilen. Zahlreiche Normen legen hierzu Anforderungen und Verfahren fest.
Bei dieser Norm steht die Qualifikation und Zertifizierung von Personal für zerstörungsfreie Prüfungen (ZfP) im Mittelpunkt. Sie sind wichtig, um die Integrität und Qualität von Materialien und Komponenten in Wasserstoffanlagen zu überprüfen, ohne sie zu beschädigen. Die Prüfungen umfassen die Inspektion von Schweißnähten, Rohren, Behältern und anderen kritischen Komponenten.
Dieser Teil der ISO 15848 beschreibt Prüfverfahren zur Bewertung der äußeren Dichtheit, u.a. von Gehäuseverbindungen von Absperrventilen und Stellgeräten, die mit flüchtigen Luftverunreinigungen und gefährlichen Flüssigkeiten arbeiten – ganz wesentlich für die Minimierung von Leckagen und die Verbesserung der Anlagensicherheit.
Die Maschinenrichtlinie gibt einige Prüf- & Inspektionsanforderungen vor, darunter das Konformitätsbewertungsverfahren und die EG-Baumusterprüfung. Außerdem ist eine Erstellung umfassender technischer Dokumentationen und Betriebsanleitungen darin vorgeschrieben.
6. Umwelt- und Gesundheitsanforderungen
Auch der Bereich des Umwelt- und Gesundheitsschutzes liefert einige Vorschriften, die für den Umgang mit Gefahrstoffen wie Wasserstoff ganz zentral sind.
Die Schutzmaßnahmen der TRGS 500 legen einen Rahmen für den Umgang mit Gefahrstoffen am Arbeitsplatz fest, um die Gesundheit und Sicherheit der Beschäftigten zu gewährleisten. Hierbei wird das STOP-Prinzip angewendet, welches für Substitution, technische, organisatorische und persönliche Schutzmaßnahmen steht.
Die REACH-Verordnung (Registrierung, Bewertung, Zulassung und Beschränkung chemischer Stoffe) wurde von der Europäischen Union erlassen, um den Schutz der Gesundheit und der Umwelt vor Risiken durch Chemikalien zu verbessern. Sie verpflichtet Hersteller und Importeure, die Sicherheit von Chemikalien nachzuweisen, indem diese registriert und ihre Risiken bewertet werden.
Die CLP-Verordnung (Einstufung, Kennzeichnung und Verpackung von Stoffen und Gemischen) setzt das Globally Harmonized System (GHS) der Vereinten Nationen in EU-Recht um. Sie harmonisiert die Kriterien für die Einstufung chemischer Stoffe und Gemische hinsichtlich ihrer Gesundheits-, Umwelt- und physikalischen Gefahren.
7. Anforderungen an die Wasserstoffqualität
Die Qualität des Wasserstoffs ist entscheidend für den sicheren und effizienten Betrieb von Brennstoffzellen und anderen Anwendungen. Normen wie ISO 14687 und DIN EN 17124 sowie das DVGW-Arbeitsblatt G 260 definieren die Anforderungen an die Reinheit und Qualität von Wasserstoff.
Diese Norm legt die Anforderungen an die Qualität von Wasserstoff fest, der als Kraftstoff in Protonenaustauschmembran-Brennstoffzellen (PEMFC) für den Straßenverkehr verwendet wird. Sie definiert Reinheitsgrade und die maximal zulässigen Konzentrationen von Verunreinigungen wie Kohlenmonoxid, Schwefelverbindungen, Ammoniak und Partikeln.
Die europäische Norm basiert auf der oben angeführten ISO 14687 und bietet zusätzliche Anforderungen und Leitlinien für die Qualitätssicherung. Sie soll eine konsistent hohe Qualität des Wasserstoffs sicherstellen.
Die DVGW G 260 setzt Bestimmungen an die Beschaffenheit von Gasen fest, die in öffentlichen Gasversorgungsnetzen transportiert und verteilt werden. Dies umfasst Erdgas, Biogas, synthetisches Erdgas (SNG) und Wasserstoff.
8. Anforderungen der Netzbetreiber
Die Anforderungen an die Netzbetreiber sind wichtig für die Integration von Gasen in das Versorgungsnetz. Open Grid Europe GmbH legt gemäß § 19 Energiewirtschaftsgesetz technische Mindestanforderungen fest, die Konstruktion, Sicherheit, Kontrolle und Wartung von Netzanschlüssen und Gas-Druckregel- und -Messanlagen betreffen.
Die technischen Mindestanforderungen der Open Grid Europe GmbH für Netzanschlüsse und Gas-Druckregel- und -Messanlagen umfassen: Konstruktions- und Sicherheitsstandards (z. B. Spezifikationen für Materialien), Kontroll- und Sicherheitsmechanismen (z. B. Einsatz von Technologien zur Druckregulierung) sowie Zertifizierungen und Wartungsmaßnahmen (z. B. Erfüllung von Sicherheitszertifikaten und Inspektionen).
9. Einspeisung von Wasserstoff in Gasnetze
Für die Einspeisung von Wasserstoff in Gasnetze sind spezielle technische und sicherheitsrelevante Maßnahmen nötig. Verschiedene DVGW-Arbeitsblätter wie G 485, G 262 und G 685 definieren die Anforderungen diese Anforderungen.
Das Arbeitsblatt des Deutschen Vereins des Gas- und Wasserfaches bezieht sich auf die technischen Vorschriften für die Instandhaltung und den Betrieb von Gasleitungen. Besonderer Fokus liegt dabei auf der Sicherheit und Effizienz bei der Einspeisung von Wasserstoff in Gasversorgungsnetze.
In diesem Arbeitsblatt geht es um die Nutzung von Gasen aus regenerativen Quellen in der öffentlichen Gasversorgung. Es werden die Leitlinien an die Einspeisung und Nutzung von Biogas, synthetischem Methan und Wasserstoff in öffentlichen Gasversorgungsnetzen behandelt. Es unterstützt außerdem die Integration von erneuerbaren Gasen – einschließlich Wasserstoff – in die bestehende Gasinfrastruktur.
Die DVGW G 685 ist eine Norm, die spezifische Anforderungen und Leitlinien für die Einspeisung von regenerativen Gasen wie Wasserstoff in Gasversorgungsnetze festlegt. Diese Norm behandelt sowohl die technischen als auch die sicherheitsrelevanten Aspekte der Einspeisung von Gasen aus erneuerbaren Quellen.
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Die Planung und Realisierung einer Wasserstoffanlage erfordert ein tiefes Verständnis der relevanten Normen und Richtlinien, um höchste Sicherheits-, Qualitäts- und Effizienzstandards zu gewährleisten. Neben den angeführten Richtlinien gibt es noch viele weitere Normen, die bei der Realisierung eines Wasserstoffprojektes zu berücksichtigen sind.
In zahlreichen Projekten, u.a. mit HyBit oder Battolyser hat A. Hock bereits einige Erfahrung mit den zentralen Richtlinien gesammelt. Über unser gesamtes Ventil,- Mess,- und Regeltechnik Produktportfolio beraten wir Sie gerne zu Ihrer geplanten Wasserstoffanlage.
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