Rohrleitungplanung für Wasserstoff-Anlagen Ans Netz gegangen: So klappt die Rohrleitungplanung für Wasserstoff-Projekte

Ein Gastbeitrag von Katrin Ehrenleitner*

So wird grüner Wasserstoff erfolgreich in Produktionsnetze eingebunden – Kompakte, mit Grünstrom betriebene Elektrolyse-Anlagen könnten dezentral helfen, Energie zu speichern und für eine Vielzahl von Anwendungen verfügbar zu machen. Doch mit der Aufstellung einer Containeranlage ist es nicht getan: Soll die dezentrale H2-Produktion zum Erfolg werden, braucht es eine passende Ein- und Anbindung der Elektrochemie, und das auf begrenzten Raum. Ist die Energiewende eine Frage der Anlagenplanung?

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(Bild: Igas Energy)

Photovoltaik-Zellen auf jedes Dach, Windpark-Wunder und kleine Wasserkraftwerke: Die Energiewende soll sich auch dezentral durchsetzen. Doch wohin mit all dem grünen Strom? Und was tun, wenn Sonne, Wind und Wasser nicht so wollen, wie die Stromkunden? Grüner Wasserstoff, hergestellt in dezentralen Elektrolyse-Anlagen, könnte eine Perspektive bieten. Wie das aussehen kann, erproben Unternehmen wie der Anlagenbauer Igas Energy mit kompakten Produktionskonzepten wie dem Green Electrolyzer. Dabei setzen die Gaseexperten auf die vergleichsweise moderne Proton-Exchange-Membrane-Elek- trolyse (kurz PEM), die nur hohe Stromdichten, Leistungsdichten und Wirkungsgrade mit guter Funktionalität im Teil- und Überlastbereich kombiniert. Da beim PEM-Elektrolysieren die Elektroden direkt auf der Membran aufgebracht sind, wird lediglich destilliertes Wasser benötigt – ein heißer Kandidat also für das „Abfedern“ kurzfristiger Spannungs- spitzen, die für die volatilen "Erneuerbaren" typisch sind.

Allerdings ist die Technologie verhältnismäßig jung. Umso zentraler für das Unternehmen, seine Anlagen für „grünen Wasserstoff“ schnell auf den Markt zu bringen: Für die Konstruktion und Planung suchte man eine ganzheitliche Lösung, die Verfahrenstechnik, 3D-Planung und Konstruktion abbildet. „Uns war wichtig, dass wir in einer einzigen Umgebung arbeiten können, um Medienbrüche zu vermeiden und somit die Fehlerquote zu reduzieren“, betont Dipl.-Ing. Karl-Heinz Lentz, Igas-Energy-Gründer und Geschäftsführer. Fündig wurde man bei Smap3D Plant Design, einer Software-Lösung zur 2D/3D Anlagen- und Rohrleitungsplanung, die auf einer über 30-jährigen Erfahrung in den Bereichen Konstruktion, Anlagenbau und Rohrfertigung basiert und zu 100 Prozent mit führenden CAD-Systemen integriert ist.

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Das gleichnamige Entwicklungshaus, das auf mittelständische Maschinen- und Anlagenbauer spezialisiert ist, konnte in diesem Projekt aus dem Vollen schöpfen. „Glücklicherweise haben wir einen Lösungspartner gefunden, der praktische Erfahrungen im Anlagenbau vorweisen kann. So konnten bereits in der Beratungsphase Herausforderungen auf hohem Niveau diskutiert und sinnvolle Ideen eingebracht werden, um die passende Lösung für uns zu finden“, sagt Karl-Heinz Lentz.

Hoher Wirkungsgrad, kleiner Footprint: 3D-Rohrleitungs- und Anlagenplanung für die Elektrolyse

Der Green Electrolyzer, der pro Stunde zwischen 5 und 6.000 Nm³ Wasserstoff herstellt – was etwa 25 kW bis 30 MW elektrischer Energie entspricht –, ist für den mannslosen Betrieb ausgelegt und benötigt neben elektrischem Strom nur Wasser. Herzstücke der Anlagen sind kompakte Stacks mit einem Wirkungsgrad von über 80 Prozent (4,47 kWh/Nm³ Wasserstoff) bei einer Stromdichte von 2 A/cm². Das System ist modular aufgebaut und sehr kompakt – besonders, wenn es für den Betrieb im Freien als „Outdoor“-Anlage in einem Container integriert ist. Weil hier nur begrenzter Raum zur Verfügung steht, müssen die Rohrleitungen, die zur und in der Anlage verlaufen, exakt geplant werden.

Hier kommt die Software zur detailgetreuen und durchgängigen 3D-Rohrleitungs- und Anlagenplanung zum Einsatz: Smap3D Plant Design ist vollständig in die bestehende CAD-Lösung integriert und umfasst P&ID für die Verfahrenstechnik, 3D-Piping für die Verrohrung und Isometric für die Rohrleitungsfertigung. Die Anwendung bildet so die gesamte Prozesskette vom 2D-Fließbild bis zur Isometrie ab und ermöglicht eine reibungslose und verlustfreie Übertragung zwischen den Modulen.

Zum Betrieb benötigen die kompakten Stacks lediglich einen Strom- und einen Wasseranschluss.
Zum Betrieb benötigen die kompakten Stacks lediglich einen Strom- und einen Wasseranschluss.
(Bild: Igas Energy)

Ein weiterer ausschlaggebender Entscheidungsgrund für die Lösung war, dass Igas für seine verfahrenstechnisch anspruchsvollen Anlagen sehr detailgetreue Konstruktionen benötigt, die andere Lösungen auf dem Markt nicht abbilden konnten. Wie das aussieht, lässt sich am Beispiel von Ventilen veranschaulichen: In herkömmlicher CAD-Software werden Ventile meist symbolisch dargestellt. Für den Anlagenplaner ist aber nicht ersichtlich, wie viel Platz rund um das Ventil vorhanden ist, um es im Betrieb manuell betätigen oder austauschen zu können. Mit Smap3D Plant Design ist dies hingegen möglich.

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„Mit der detailgenauen Planung im CAD können wir die Bedienbarkeit und Wartungsfreundlichkeit der Anlage sicherstellen. Der Wechsel eines Ventils im späteren Anlagenleben wird für uns und unsere Kunden nicht zur Kostenfalle“, erklärt Karl-Heinz Lentz.

Ganzheitliche Anwenderunterstützung bringt Wasserstoff-Anlage ans Netz

Neben der integrierten Software-Lösung war die ganzheitliche Kundenbetreuung des Software-Anbieters der Schlüssel zum Erfolg. „Unser Fokus lag besonders auf der Einführung und Implementierung der Lösung, damit Igas Energy schnell und produktiv arbeiten kann, was nicht nur dem Geschäft, sondern letztlich auch der Umwelt zugutekommt“, erklärt Maxim Lich, Geschäftsführer der Smap3D Plant Design. So wurde unter anderem die mitgelieferte Normteilbibliothek und die bereits große Auswahl an vordefinierten Industrie-Rohrklassen für die 3D-Planung der Umweltanlagen um weitere benötigte Normteile und entsprechende Rohrklassen erweitert. Darüber hinaus führte das Entwicklungshaus mehrere Schulungen für die Konstrukteure durch, um ihnen den optimalen Einsatz der neuen Software näher zu bringen.

„Die vollintegrierte Lösung und die starke Unterstützung in der Einführungsphase war unsere Zündschnur. Durch die schnelle und effiziente 3D-Anlagen- und Rohrleitungsplanung konnte unser Business im Bereich Energie und Umwelt voll durchstarten“, freut sich Wasserstoff-Anlagenbauer Lentz.

(Bild: Igas Energy)

Aber auch nach der Implementierung steht der Software-Anbieter dem Igas-Energy-Team mit Support- und Wartungsdienstleistungen zur Seite. „Jetzt, im laufenden Betrieb nutzen wir die Support-Hotline, die uns immer zuverlässig unterstützt. Wenn wir ein Problem haben, haben sie ein offenes Ohr und eine Lösung parat“, erzählt Karl-Heinz Lentz.

* *Die Autorin ist Spezialistin bei Smap3D Plant Design

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