Waterstof in de gebouwde omgeving

DNV heeft bijgedragen aan de ontwikkeling van een succesvol prototype van een continue waterstof-/gaslekkagedetector

DELEN:

Bij het gebruik van waterstof voor de verwarming van woningen, is het cruciaal om de veiligheid te borgen. We zijn er trots op dat het DNV-team in Groningen hieraan een belangrijke bijdrage heeft geleverd door succesvol een prototype van een continue waterstof-/gaslekkagedetector te ontwikkelen. Het detectiesystem kan zowel kleine continue lekkages in de woning detecteren alsook grote lekkages als gevolg van schade aan leidingen door werkzaamheden. Het systeem, ter grootte van een lunchtrommel, kan eenvoudig in de meterkast worden ingebouwd. Met de implementatie van het systeem komt de noodzaak van gasdetectie in de woning -en daarmee de discussie over de plaats van de detectoren- te vervallen. Immers: als een leiding aantoonbaar dicht is, is gasdetectie niet meer noodzakelijk.

In het energiesysteem van de toekomst krijgt waterstof een belangrijke rol. In eerste instantie vooral voor het CO₂-neutraal maken van industrie en (zwaar) transport. Echter, om ook in de gebouwde omgeving in 2050 klimaatneutraal te worden, zullen ook daar, naast een vergaande elektrificatie en inzet van warmtenetten, duurzame gassen nodig zijn. Waterstof kan met name voor bestaande bouw, naast groen gas, een rol spelen.

Een belangrijk aspect bij toepassen van waterstof in de gebouwde omgeving is het borgen van de veiligheid, met name het risico van lekkages in woningen verdient de nodige aandacht. Inzet van sensoren op diverse plaatsen in de woning leidt veelal niet tot het gewenste niveau van veiligheid. DNV heeft daarom recent vanuit haar betrokkenheid bij diverse pilotprojecten een continue waterstoflekdetectiesystem ontwikkeld waarmee een belangrijke stap voorwaarts wordt gezet.

Het systeem is in staat om zowel kleine continue lekken als ook grote lekkages ten gevolge van leidingschade door werkzaamheden te detecteren. Het systeem, ter grootte van een lunchtrommel, kan eenvoudig in de meterkast worden ingebouwd. Met de implementatie van het lekdetectiesysteem komt de noodzaak van gasdetectie in de woning -en daarmee de discussie over de plaats van de detectoren- te vervallen. Immers: als een leiding aantoonbaar dicht is, is gasdetectie niet meer noodzakelijk.

Waterstof in de gebouwde omgeving

DNV is betrokken bij vele pilot- en demonstratieprojecten, waarbij bestaande aardgasinstallaties in de woningen wordt gebruikt voor waterstof. Om de veiligheid voor bewoners te kunnen waarborgen wordt gezocht naar methoden om snel eventuele lekkages te kunnen detecteren en vervolgens hierop de juiste acties te kunnen nemen.

Eén van de oplossingen is het plaatsen van waterstofdetectie-apparatuur. De plaats waar deze sensoren dienen te worden gemonteerd is afhankelijk van de indeling van de woning, de loop van de gasleiding en de plaats van de CV-ketel in de woning. Inspectie van de leiding is niet zondermeer mogelijk omdat in veel situaties de leidingen weggewerkt zijn in muren. In de praktijk leidt dit tot veel discussie over de locatie en de hoeveelheid te plaatsen sensoren die nodig zijn om de veiligheid te kunnen waarborgen, kortom: maatwerk en relatief hoge kosten.

De filosofie achter het door DNV ontwikkelde systeem is dat als je kunt aantonen dat als een leiding niet lekt, aanvullende gasdetectie niet meer noodzakelijk is. Met dit concept zijn zowel kleine lekkages als grote lekkages (door schade aan leidingen) eenvoudig en snel te detecteren.

Detectie van kleine lekkages

Voor de detectie van kleine lekkages wordt dezelfde methodiek gebruikt als die nu al decennialang wordt gehanteerd om te controleren of nieuw aangelegde aardgasleidingen dicht zijn. De leiding wordt ingeblokt en gedurende een bepaalde tijdsperiode mag de drukafname niet meer zijn een vooraf gespecificeerd aantal millibar. Voor aardgas wordt 3 millibar per 15 minuten als grenswaarde aangehouden. Voor waterstof dienen deze specificaties nog te worden vastgesteld, maar laten we er voor nu er even van uitgaan dat deze hetzelfde is als voor aardgas.

Het door DNV ontwikkelde detectiesysteem bestaat uit een druksensor, magneetklep en een printplaatje met daarin de benodigde software. De druksensor is aangesloten op de meterbeugel en de magneetklep is voor de gasmeter geplaatst. De magneetklep is een zogenaamde ‘normally closed’ uitvoering. Dat houdt in dat de gastoevoer alleen wordt geopend als de spoel is bekrachtigd. Op basis van een extern signaal wordt vastgesteld of er een gasvraag vanuit de ketel is. Als ingangssignaal kan de slimme meter of OpenTherm thermostaat worden gebruikt. Minimaal één keer per dag zal, als er geen gasvraag is, de magneetklep worden gesloten, waardoor de aanvoer vanuit het distributienet wordt afgesloten. Gedurende de vooraf ingestelde tijdsperiode wordt de drukval gemeten (voor nu nog even 3 millibar per 15 minuten). Wanneer er geen drukval -en dus geen lekkages- worden waargenomen zal de magneetklep weer worden bekrachtigd zodat de gastoevoer vanuit het distributienet weer is geopend. Indien niet aan de criteria wordt voldaan zal het systeem de magneetklep niet bekrachtigen en blijft de gastoevoer gesloten. Desgewenst kan een alarm worden gegenereerd.

De test zal in de praktijk vaak ’s nachts worden uitgevoerd, wanneer er geen vraag is naar heet tapwater en de woning op de gewenste nachttemperatuur is. Mocht er tijdens de test toch een warmtevraag vanuit de ketel komen, dan wordt de test afgebroken en de gastoevoer weer geopend. Op een later tijdstip zal de test dan opnieuw worden uitgevoerd.

Detectie van schade aan de leidingen

Het ontwikkelde lekdetectiesysteem is ook in staat op grote lekkages te detecteren. Tijdens werkzaamheden in de woning kan de gasleiding worden beschadigd, waardoor vrije-, ongecontroleerde uitstroom van waterstof zal plaatsvinden. Gevolg is een drukdaling in de leiding. Vele gasmeterbeugels zijn daarom nu al uitgerust met een mechanische klep, die dichtvalt als de druk in de leiding te laag wordt. De uitdaging bij dit detectieprincipe is echter hoe wordt omgegaan met kortstondige drukdalingen in de installatie als de CV-ketel opstart. Indien de klep “te scherp” is afgesteld, zal te snel worden ingegrepen (en de klep worden gesloten) en bij een “te ruime” afstelling zal niet adequaat worden gereageerd op lekkages.

Het door DNV ontwikkelde systeem is een mogelijke alternatief of aanvulling op deze mechanische klep. Daarvoor is slim combineren van beschikbare gegevens nodig, De druk wordt continu gemeten en als een snelle drukdaling wordt waargenomen wordt gekeken of deze samenvalt met het opstarten van de ketel. Indien dit niet het geval is, en er dus daadwerkelijk een lekkage is, wordt de magneetklep gesloten en een alarm gegenereerd. Indien, daarentegen een gedetecteerd drukval wel samenvalt met het opstarten van de CV-ketel, wordt een korte periode (lees: enkele seconden) gewacht en gekeken of de druk weer toeneemt tot het gewenste niveau.

In gesprek met Harm

Hebben we hiermee het ultieme veiligheidssysteem ontwikkeld?
Harm: “Nee, het zou erg naïef zijn om te denken dat we hiermee alle mogelijke scenario’s van waterstoflekkage in woningen hebben afgedekt” aldus Harm Vlap. “Er zullen situaties zijn waar het systeem niet of slecht toepasbaar is. Wat we nu gemaakt hebben is een eerste prototype, de functionaliteit moet verder in de praktijk worden verbeterd. Hiervoor hebben we pilotprojecten, zoals de zogenaamde ’Inspiratiewoning’  in Stad aan ’t Haringvliet nodig.'' Voor meer informatie over dit project:  Gasnet van Stad aan ‘t Haringvliet kan over op groene waterstof.

Is het met een dergelijk lekdetectiesysteem niet meer nodig om het gas te odoriseren?
Harm: “Om aardgaslekkages te kunnen detecteren wordt een geurstof toegevoegd die goed waarneembaar is door een persoon met een normaal reukvermogen. Vele potentiële ongelukken als gevolg van gaslekkage (of in de toekomst waterstoflekkage) worden voorkomen doordat mensen de geur van gas hebben waargenomen; niet alleen bij lekkages in de woning maar ook in de leidingen die in de straat liggen. “Met de kennis van nu zou ik er dan ook nog zeker niet voor willen pleiten om ongeodoriseerd waterstof naar de gebouwde omgeving te distribueren” aldus Vlap. “Het door DNV ontwikkelde lekdetectiesysteem dient dan ook te worden gezien als aanvulling op de bestaande veiligheidsvoorziening, waarvan odorisatie er één van is."

Wat zijn de kosten?
Harm: “Doel is om de kosten zo laag mogelijk te houden door het systeem uit goedkope, betrouwbare componenten op te bouwen. Ik schat dat op termijn EUR 200,00 haalbaar moet zijn. Wellicht goed om te melden dat we als DNV ervoor open staan om de komende tijd het ontwikkelde lekdetectiesysteem samen met marktpartijen verder te ontwikkelen.”