Clever Erdgas speichern mit SmartStorage

Wie wird Erdgas gespeichert?

Die Nachfrage nach Erdgas ist ungebrochen hoch, immerhin ist es nicht nur vielseitig einsetzbar, gut verfügbar und kostengünstig, sondern auch der umweltfreundlichste fossile Energieträger. Um Engpässe zu vermeiden und saisonale Schwankungen auszugleichen, nutzt man Gasspeicher. Denn Erdgas wird das ganze Jahr über in ähnlich großen Mengen gefördert bzw. über Pipelines importiert, allerdings nicht so gleichmäßig verbraucht - im Winter wird mehr Gas benötigt, im Sommer weniger.

Dass Gasspeicherung recht komplex sein kann, erklärt Stephan Kreiger, Process Engineer bei OMV Gas Storage: „Das Gas kommt über verschiedene Pipelines zum Speicher. Je nachdem, ob es Leitungen aus den nahe gelegenen Gasfeldern im Marchfeld sind oder die Hochdruckleitungen der Importstation Baumgarten, herrscht in den Pipelines ein bestimmter Druck, der oft nicht ident mit dem Druck im Speicher selbst ist.“ Die unterirdischen Gaslagerstätten der OMV befinden sich in bis zu 1.200 Metern Tiefe. Und auch in der Lagerstätte selbst herrschen unterschiedliche Bedingungen – je tiefer das Gas eingespeichert werden soll, desto höher der Druck. „Um das Gas aus der Pipeline in die Lagerstätte pressen zu können, muss der Druck ausgeglichen werden und das geschieht durch Kompressoren. Genauso funktioniert es auch umgekehrt, wenn das Gas wieder aus der Lagerstätte entnommen wird.“

Dazu kommt, dass der österreichische Gasmarkt in den letzten Jahren immer dynamischer geworden ist: Es geht nicht mehr nur um Einspeisung im Sommer und Ausspeicherung im Winter, auch darüber hinaus speichern Händler Gas ein und aus, um an Gasbörsen kurzfristige Preisvorteile zu realisieren, wenn die Nachfrage und damit der Preis höher sind.

Das Ein- und Ausspeichern von Erdgas ist ein komplexer und dynamischer Prozess. SmartStorage unterstützt dabei, die effizienteste Fahrweise für die Speicheranlagen zu finden – was Energie und damit letztendlich auch CO2 einspart.
Stephan Kreiger, Process Engineer, OMV Gas Storage GmbH

Schnell und effizient ein- und ausspeichern

„Da kommen viele Variablen zusammen und damit hunderte von möglichen Kombinationen, um die Gasspeicher zu betreiben. Pipelinedruck, freie Kapazität in der Lagerstätte, die Auslastung der Kompressoren, die Gasmengen die gespeichert werden sollen… – das sind nur einige Parameter, die sich mitunter stündlich ändern und anhand derer die optimale Anlagenfahrweise festgelegt wird.“ erklärt Stephan Kreiger. Dieser Vorgang erfolgte bisher manuell, basierend auf den jahrelangen Erfahrungswerten der Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter - den so genannten Dispatchern.

An dieser Stelle kommt nun SmartStorage ins Spiel. Die Software hilft dabei, die Anlagen möglichst effizient zu betreiben, indem sie sich die Druckunterschiede in den zuführenden Pipelines und den unterschiedlich tiefen Lagerstätten zu Nutze macht. Die Gasflüsse werden so optimiert, dass das Gas wann immer möglich mehr oder weniger von selbst fließt, und die Kompressoren weniger laufen müssen. Das spart Energie und damit CO₂ - bis zu 4.000 Tonnen im Jahr, das ist eine CO₂ Reduktion von rund 10 Prozent.

Von der Diplomarbeit zum Optimierungstool

Und wie kommt man dazu, so eine Software zu programmieren? „Eigentlich war das meine Diplomarbeit“, erzählt Stephan Kreiger. „Ich habe Verfahrenstechnik an der TU Wien studiert und bin auf eine Ausschreibung der OMV gestoßen, in der es um die Erstellung eines Simulationsmodells für Gasspeicher ging.“ Simulationsmodelle sind für einen Verfahrenstechniker nichts Neues, aber in die Besonderheiten des Gasspeichergeschäfts musste er sich erst einmal einarbeiten: „Zu Beginn stand ein intensiver Rechercheprozess, um alle grundlegenden Schritte der Gasspeicherung genau zu definieren bzw. ihre Leistungscharakteristiken zu kennen. Das heißt, ich habe so viel Information wie möglich zur Funktionsweise der Anlagen zusammengetragen um über die einzelnen Abläufe Bescheid zu wissen. Ich habe mit dem Anlagenpersonal gesprochen, Protokolle analysiert, mich in technische Unterlagen eingelesen... Schließlich ist es nötig, jeden einzelnen Punkt der Anlage in dem Modell abbilden zu können. Man muss wissen, über welche Kapazitäten die Lagerstätten verfügen, welche Fördermenge die Leitungen liefern können oder wieviel Energie zur Verdichtung, Trocknung und Vorwärmung des Erdgases notwendig ist.“

Danach können mittels mathematischer Formeln diese Prozesse beschrieben, berechnet und in das Modell eingebaut werden. „Mit der Zeit sind so viele Daten vorhanden, dass man mit dem Simulationsmodell einen Zwilling der realen Anlage zur Verfügung hat, mit dem man exakt simulieren kann, wie sich die Speicheranlage unter bestimmten Bedingungen verhält. 

Viel Arbeit und kreative Lösungen

„Ich denke, wir waren alle ein wenig überrascht, dass SmartStorage in so kurzer Zeit erfolgreich eingesetzt werden konnte, denn zu Beginn weiß man ja nie genau, ob ein Simulationsmodell auch wirklich der realen Anlage entsprechend funktioniert. Gerade bei einem dynamischen Prozess wie der Ein- und Ausspeicherung von Erdgas spielen viele unterschiedliche Komponenten mit, weshalb es nicht nur eine optimale Fahrweise einer Anlage gibt.“ meint Stephan. 

SmartStorage bildet derzeit noch eine Momentaufnahme ab, zeigt also alle Daten nur „real-time“ an. Wir arbeiten aber bereits daran, die Software um eine Prognosefunktion zu erweitern, sodass wir künftig für längere Zeiträume im Voraus die optimale Fahrweise der Speicheranlage berechnen können. Aber auch Anlagenausfälle, das heißt, wenn zum Beispiel ein Kompressor ausfällt, sollen durch SmartStorage besser kompensiert werden können.“ Und die Arbeit hat sich gelohnt: SmartStorage ist eine enorme Bereicherung für den Betrieb der Anlagen. Und ganz nebenbei war auch eine Diplomarbeit fertig.