Die Erfindung betrifft eine Messeinrichtung zur Bestimmung des Brennwerts eines Gasstroms in einer Gasleitung, insbesondere eines Gasverteilnetzes. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Gasverteilnetz mit einem Gasleitungssystem miteinander verbundener Gasleitungen und einer solchen Messeinrichtung.

Messeinrichtungen zur Brennwertbestimmung von Gasströmen sind aus dem Stand der Technik grundsätzlich bekannt und werden an zentralen Einspeisestellen eines lokalen Gasverteilnetzes aus einem überregionalen Gasnetz eingesetzt, um den Brennwert des eingespeisten Gasstroms zu messen. Die Bestimmung des Brennwerts ist notwendig, um aus dem Gasvolumen (in m ³ ), das ein an das Gasverteilnetz angeschlossener Gasabnehmer aus dem Gasverteilnetz abgenommen hat und das typischerweise mit einem Volumenstrommesser am Anschluss des Gasabnehmers an das Gasverteilnetz gemessen wird, auf die damit verbundene Energiemenge (in kWh) zu schließen, auf deren Basis die Abrechnung erfolgt.

Gemäß dem heutigen Stand der Technik werden zur Brennwertbestimmung

Gaschromatographen, Verbrennungs-Kalorimeter oder Absorptionsspektrometer eingesetzt. Mit einem Gaschromatographen werden die Mengenanteile der einzelnen Gasbestandteile gemessen und daraus Schlussfolgerung auf den Brennwert des Gasgemisches insgesamt gezogen. Bei einem Verbrennungs-Kalorimeter wird eine Probemenge Gas, ggf. katalytisch, verbrannt und die dabei freigesetzte Energie gemessen, aus der dann in Relation zum Gas- und Luftzustrom der Brennwert ermittelt werden kann. Mit einem Absorptionsspektrometer werden die

Mengenanteile der einzelnen Gasbestandteile mit Hilfe der Lichtabsorption der Gasbestandteile ermittelt und daraus Schlussfolgerung auf den Brennwert des gesamten Gasgesmisches gezogen. Diese Messverfahren sind jedoch se so dass entsprechende Messgeräte in der Regel mehr als 30.000 EUR, ggf. sogar mehr als 100.000 EUR kosten und diese deshalb i.d.R. nur in der Großmengenmessung bzw. T ransportnetzebene kostenoptimal eingesetzt werden können.

Um die Betriebs- und damit verbundenen Abrechnungskosten für ein lokales

Gasversorgungsnetz gering zu halten, werden derartige Geräte aufgrund ihrer hohen Anschaffungskosten heutzutage nur an zentralen Punkten in Erdgasnetzen eingesetzt, insbesondere an den zuvor erwähnten zentralen Einspeisestellen aus einem überregionalen Gasnetz.

Die zunehmende Dezentralisierung der Gasversorgung, insbesondere die Zunahme an lokale Gasversorgungsnetze angeschlossener dezentraler Gaseinspeiseanlagen, wie zum Beispiel Wasserstoff- oder Biogaseinspeiseanlagen, führt zu größeren

Schwankungen in der Gasbeschaffenheit, insbesondere hinsichtlich der

Wasserstoffkonzentration und damit hinsichtlich des Brennwerts. Der spezifische Brennwert von Wasserstoff liegt beispielsweise deutlich unter dem spezifischen Brennwert von Methan. Zudem kommt es zu höheren Schwankungen der

Gasbeschaffenheit innerhalb eines lokalen Gasversorgungsnetzes, die durch die an zentralen Stellen vorgesehenen Messeinrichtungen zur Brennwertbestimmung nicht mehr ausreichend abgebildet werden können.

Vor diesem Hintergrund liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zu Grunde, die Messung der Gasbeschaffenheit auch bei dezentraler Gaseinspeisung in ein

Gasverteilnetz in wirtschaftlicher Weise zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Messeinrichtung zur

Bestimmung des Brennwerts eines Gasstroms in einer Gasleitung, insbesondere eines Gasverteilnetzes, mit einem Brennwert-Sensor, der dazu eingerichtet ist, einen Wert für den Gasbrennwert, insbesondere den spezifischen Brennwert, oder für die

Wobbezahi eines Gases in einer Gasleitung zu messen, und mit einer

Steuereinrichtung, die dazu eingerichtet ist, aus dem gemessenen Wert für den Gasbrennwert, insbesondere den spezifischen Brennwert, oder für die Wobbezahl und optional weiteren erhaltenen Messwerten über den Gasstrom einen Wert für den Brennwert des Gasstroms zu bestimmen. Es wurde festgestellt, dass sich durch den Einsatz von Pellistoren oder anderer, am Markt verfügbarer Gassensoren zur Detektion gasförmiger Substanzen, insbesondere Gassensoren, die thermische und/oder chemische Information des zu messenden Gases in ein elektrisch nutzbares Signal umwandeln, das in der Steuereinrichtung zur Ermittlung des Brennwertes herangezogen wird, Messeinrichtungen zur Bestimmung des Brennwerts eines Gasstroms in einer Gasleitung hersteilen lassen, die deutlich kostengünstiger sind als die bisher verwendeten Gaschromatographen und

Gaskalorimeter. Dies ermöglicht einen dezentralen Einsatz derartiger

Messeinrichtungen zu vertretbaren Kosten, insbesondere in der Nähe dezentraler Gaseinspeiseanlagen oder in der Nähe von an das Gasverteilnetz angeschlossener Gasabnehmer, um den Brennwert des eingespeisten oder entnommenen Gases je Abnahmestelle zu bestimmen.

Bei dem Brennwert-Sensor handelt es sich entsprechend vorzugsweise um einen Pellistor oder einen Gassensor zur Detektion gasförmiger Substanzen zum Messen thermischer und/oder chemischer Informationen eines Gases. Insbesondere kann es sich bei dem Gassensor um einen Festkörper-basiertern Sensor zur Bestimmung des spezifischen Brennwerts oder der Wobbezahl handeln.

Bei der Messeinrichtung kann es sich insbesondere um ein Gerät mit einem Gehäuse handeln, in dem die Sensorik und die Steuereinrichtung angeordnet sind. Das Gehäuse ist vorzugsweise versiegelbar, beispielsweise durch eine Plombe, um Manipulationen zu verhindern. Die Messeinrichtung kann beispielsweise einen Gaseinlass und einen Gasauslass aufweisen, um den Gasfluss einer Gasleitung durch das Gerät zu leiten und kann beispielsweise über einen Lufteinlass verfügen, um einen definierten Luftstrom mit dem Erdgas zu mischen und durch den Sensor detektieren zu lassen. Des Weiteren verfügt das Gehäuse vorzugsweise über einen Gasaustritt für das am Sensor detektierte Gas-Luftgemisch, so dass das nach der Messung sicher in den Gasstrom der Kundenanlage zugeführt und dort bestimmungsgemäß genutzt werden kann, z.B. zur Wärmeerzeugung, Stromerzeugung oder Produktherstellung. Die Messeinrichtung wird vorzugsweise gemäß den geltenden Explosionsschutzanforderungen ausgeführt.

In dem Gehäuse der Messeinrichtung können insbesondere die Steuereinrichtung, der Brennwert-Sensor, ein Gassensor zur Messung der Gasfreiheit in der Umgebungsluft, eine Luftzufuhr zur definierten Luft-Gasmischung, eine Messkammer, in dem der Brennwert-Sensor, zum Beispiel der Pellistor und/oder ggf. weitere Gassensoren angeordnet sind, eine Gehäuseventilation, Schnittstellen zum Anschluss vorhandener Sensoren für eine Umgebungstemperaturmessung, Gastemperaturmessung,

Volumenstrommessung, Umgebungsdruckmessung, Gasdruckmessung,

Luftfeuchtigkeitsmessung und/oder Gasfeuchtigkeitsmessung oder die jeweiligen Sensoren, sofern sie nicht vorhanden sind, und/oder ein Datenspeicher, zum Beispiel für 5-Minutenwerte aller Sensoren für zwei Jahre, eine Stromversorgung,

vorzugsweise über ein PV-Modul, ein Stromverteilnetz und/oder Schnittstellen zum Datenauslesen, z.B. mit WLAN,- oder Biuetooth-Standard-Schnittstellen oder GPRS- bis zu 5G-Datenübertragungsstandard, untergebracht sein. Eine Messeinrichtung mit einem Gehäuse, insbesondere in kompakter, vorzugsweise miniaturisierter Bauweise, ist insbesondere für die Installation der Messeinrichtung an einem Hausanschluss, in einer Gas-Druck-Regelanlage des Gasverteilnetzes und/oder in einer Messanlage des Gasverteilnetzes geeignet. Die Sensoren der Messeinrichtung können alternativ auch unmittelbar in eine

Gasleitung integriert sein und mit der Steuereinrichtung der Messeinrichtung verbunden sein, die in oder außerhalb der Gasleitung angeordnet sein kann. Die einzelnen Sensoren befinden sich in diesem Fall vorzugsweise in geeigneter räumlicher Nähe zueinander, insbesondere in einem Abschnitt einer Gasleitung ohne Abzweigungen zwischen den einzelnen Sensoren. Der Pellistor weist insbesondere einen Heizdraht auf, der beim Betrieb durch

Stromfluss erhitzt wird, zum Beispiel auf eine Temperatur von über 800 °C. An dem heißen Draht verbrennt das zu untersuchenden Gas und die dabei entstehende Wärme führt zu einer Veränderung der Heizdrahttemperatur, die wiederum eine Widerstandsänderung des Heizdrahtes bedingt. Durch Messen dieser

Widerstandsänderung kann auf die beim Verbrennungsvorgang freigewordene Energie geschlossen und damit ein Wert für den spezifischen Brennwert oder die Wobbezahl des zu untersuchenden Gases bestimmt werden. Der Pellistor kann im Bereich des Heizdrahts einen Katalysator, zum Beispiel Platinoxid, aufweisen, um eine Verbrennung des zu untersuchenden Gases bei geringeren Heizdraht-Temperaturen, beispielsweise bei Temperaturen ab 400 °C, zu erreichen.

Neben Pellistoren eignen sich auch andere, am Markt erhältliche Gassensoren, die zur Brennwertbestimmung eines Gases geeignet sind und deutlich günstiger sind als die bisher i.d.R. an zentraler Übergabestestelle vom Transportnetz in das Verteilnetz verwendeten Gaschromatographen und Gaskalorimeter.

Weiterhin wird die oben genannte Aufgabe gelöst durch ein Gasverteil netz, mit einem Gasleitungssystem miteinander verbundener Gasleitungen und mit der zuvor beschriebenen Messeinrichtung oder einer Ausführungsform davon, wobei die Messeinrichtung dazu angeordnet und eingerichtet ist, den Brennwert eines

Gasstroms durch eine der Gasleitungen des Gasleitungssystems zu bestimmen.

Die deutlich geringeren Kosten der zuvor beschriebenen Messeinrichtung gegenüber bisher verwendeter Gaschromatographen und Kalorimeter ermöglicht es

insbesondere, die Messeinrichtungen an dezentralen Stellen im Gasverteilnetz vorzusehen, beispielsweise im Bereich einer dezentralen Einspeiseanlage, im Bereich eines (dezentralen) Gasabnehmers und/oder an Knotenpunkten des

Gasleitungssytems. Dies ermöglicht eine dezentrale Überwachung des Gases im Gasleitungssystem, so dass auch die dezentrale Gaseinspeisung insbesondere von Wasserstoff- oder

Biogaseinspeiseanlagen überwacht werden kann. Als Gas wird vorliegend daher insbesondere ein Gasgemisch mit den Eigenschaften gemäß DVGW-Arbeitsblatt G260, oder ein Gemisch aus Biogas, synthetisch

hergestelltem Methan oder Wasserstoff mit Gasen gemäß DVGW-Arbeitsblatt G260 verstanden. Die im Gasleitungssystem vorhandenen und mit der Messeinrichtung zu messenden Gasgemische können also erheblich von dem Gas gemäß der

Spezifikationen des DVGW-Arbeitsblattes G260 abweichen. Diese Abweichung macht eine dezentrale Gasbeschaffenheitsmessung erforderlich. Die zuvor beschriebene Messeinrichtung und das Gasverteilnetz mit solchen Messeinrichtungen befähigt Erdgasverteilnetzbetreiber somit insbesondere zur Umstellung auf

klimafreundlichere Gase zur Wärmeerzeugung bei Endkunden.

Im Folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Messeinrichtung und des Gasverteilnetzes beschrieben, wobei die einzelnen Ausführungsformen unabhängig voneinander sowohl für die Messeinrichtung als auch für das Gasverteilnetzes gelten. Die einzelnen Ausführungsformen können zudem miteinander kombiniert werden.

Bei einer Ausführungsform ist die Messeinrichtung dazu eingerichtet, einen gemessenen Wert für den Gasdruck in der Gasleitung zu erhalten, und die

Steuereinrichtung ist weiter dazu eingerichtet, den Wert für den Brennwert des Gasstroms abhängig von dem gemessenen Wert für den Gasdruck zu bestimmen. Auf diese Weise kann bei der Berechnung des Brennwerts der tatsächliche aktuelle

Gasdruck, insbesondere anstelle eines vorgegebenen mittleren Versorgungsdrucks, berücksichtigt werden, so dass sich der Brennwert des Gasstroms genauer ermitteln lässt. Um einen gemessenen Wert für den Gasdruck in der Gasleitung zu erhalten, kann die Messeinrichtung insbesondere einen Drucksensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen Wert für den Gasdruck in der Gasleitung zu messen. Alternativ kann die Messeinrichtung auch eine Datenschnittsteile zum Anschluss der Messeinrichtung an einen externen Drucksensor aufweisen und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den gemessenen Wert für den Gasdruck in der Gasleitung über die Datenschnittstelle zu erhalten. Auf diese Weise kann ein bereits vorhandener

Drucksensor verwendet werden, so dass ein eigener Drucksensor der

Messeinrichtung entbehrlich ist.

Die Steuereinrichtung der Messeinrichtung kann gemäß einer Au sführungsform dazu eingerichtet sein, den erhaltenen Wert für den Gasdruck auf das Unterschreiten eines vorgegebenen Mindestgasdrucks zu überwachen und beim Unterschreiten des Mindestgasdrucks die Ausgabe einer Warnmeldung zu bewirken. Auf diese Weise kann mit der Messeinrichtung zusätzlich eine mögliche Leckage bzw. ein

Rohrleitungsbruch im bzw. eine Sabotageeingriff am Gasleitungssystem detektiert werden. Diese Funktionalität bietet sich bei den beschriebenen Messeinrichtungen insbesondere deshalb an, da dessen kostengünstige Herstellung einen Einsatz an mehreren Stellen im Gasverteilnetz ermöglicht.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung dazu eingerichtet, einen gemessenen Wert für die Gastemperatur in der Gasleitung zu erhalten, und die Steuereinrichtung ist weiter dazu eingerichtet, den Wert für den Brennwert des Gasstroms abhängig von dem gemessenen Wert für die Gastemperatur zu bestimmen. Auf diese Weise kann bei der Berechnung des Brennwerts die tatsächliche aktuelle Gastemperatur, insbesondere anstelle einer vorgegebenen mittleren Gastemperatur, berücksichtigt werden, so dass sich der Brennwert genauer ermitteln lässt.

Um einen gemessenen Wert für die Gastemperatur in der Gasleitung zu erhalten, kann die Messeinrichtung insbesondere einen Temperatursensor aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen Wert für die Gastempertaur in der Gasleitung zu messen.

Alternativ kann die Messeinrichtung auch eine Datenschnittstelle zum Anschluss der Messeinrichtung an einen externen Temperatursensor aufweisen und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den gemessenen Wert für die

Gastemperatur in der Gasleitung über die Datenschnittstelle zu erhalten. Auf diese Weise kann ein bereits vorhandener Temperatursensor verwendet werden, so dass ein eigener Temperatursensor der Messeinrichtung entbehrlich ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Messeinrichtung dazu eingerichtet, einen gemessenen Wert für den Gasvolumenstrom in der Gasleitung zu erhalten, und die Steuereinrichtung ist weiter dazu eingerichtet, den Wert für den Brennwert des Gasstroms abhängig von dem gemessenen Wert für den Gasvolumenstrom zu bestimmen. Auf diese Weise kann bei der Berechnung des Brennwerts der

tatsächliche aktuelle Gasvolumenstrom berücksichtigt werden, so dass sich der Brennwert des aktuellen Gasvolumenstroms integriert über die mit dem

Gasvolumenstrom geförderte Gasmenge ermitteln lässt. Um einen gemessenen Wert für den Gasvolumenstrom in der Gasleitung zu erhalten, kann die Messeinrichtung insbesondere einen Volumenstrom-Sensor, zum Beispiel einen Rädchen-Zähler oder einen Balgengaszähler, aufweist, der dazu eingerichtet ist, einen Wert für den Gasvolumenstrom in der Gasleitung zu messen. Alternativ kann die Messeinrichtung auch eine Datenschnittstelle zum Anschluss der Messeinrichtung an einen Volumenstromsensor aufweisen und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, den gemessenen Wert für den Gasvolumenstrom in der Gasleitung über die Datenschnittstelle zu erhalten. Auf diese Weise kann ein bereits vorhandener Volumenstromsensor verwendet werden, so dass ein eigener Volumenstromsensor der Messeinrichtung entbehrlich ist.

Insbesondere weisen Hausanschlüsse grundsätzlich einen jeweiligen

Volumenstromsensor auf, typischerweise einen Balgengaszähler, um zu

Abrechnungszwecken die aus dem Gasverteilnetz entnommene Gasmenge zu bestimmen. Entsprechend kann die Datenschnittstelle vorzugsweise zum Anschluss an einen Volumenstromsensor eines Hausanschlusses eingerichtet sein. Beispielsweise werden an Hausanschlüssen heutzutage sogenannte Smart-Meter installiert. Die Datenschnittstelle der Messeinrichtung kann entsprechend zum Anschluss an ein solches Smart-Meter eingerichtet sein, um über das Smart-Meter Messwerte von einem vorhandenen Volumenstromsensor zu erhalten.

Bei einer Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine elektronische

Zählwerksauswertung, insbesondere mit einer Scanner-Einheit, auf, die dazu eingerichtet ist, das Zählwerk eines analogen Gaszählers auszuwerten, um einen Wert für den Gasvolumenstrom zu erhalten.

Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine

Datenschnittstelle zur Datenfernübertragung auf. Die Datenschnittstelle kann insbesondere zur unmittelbaren Herstellung einer Datenfernübertragungsverbindung eingerichtet sein, zum Beispiel über ein Mobilfunknetz. Alternativ kann die

Datenschnittstelle auch zur mittelbaren Kommunikation über eine von einer anderen Komponente hergestellte Datenfernübertragungsverbindung eingerichtet sein, beispielsweise als N etzwerkschnittstelle zum Anschluss an ein lokales Netzwerk mit einer Internetverbindung. Die Steuereinrichtung ist vorzugsweise dazu eingerichtet, Informationen über den bestimmten Brennwert, insbesondere den bestimmten Wert für den Brennwert oder eine Information, ob der bestimmte Wert für den Brennwert einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet, über die Datenschnittstelle zu senden, insbesondere an einen externen Server, beispielsweise einen zentralen Server der Gasverteilnetzkontrollinstanz. Bei einer entsprechenden Ausführungsform des Gasverteilnetzes umfasst dieses vorzugsweise einen zentralen Server, der dazu eingerichtet ist, Informationen über den von den einzelnen Messeinrichtungen des Gasverteilnetzes gemessenen

Brennwert zu empfangen und das Gasverteilnetz abhängig von diesen Informationen zu steuern. Dies ermöglicht eine zentrale Netzsteuerung auf Basis der dezentral ermittelten Informationen über den jeweiligen Brennwert. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung einen Datenspeicher auf und die Steuereinrichtung ist dazu eingerichtet, dem jeweiligen Zeitpunkt zugeordnete Datensätze mit Informationen über den bestimmten Brennwert, insbesondere den bestimmten Wert für den Brennwert oder eine Information, ob der bestimmte Wert für den Brennwert einen vorgegebenen Grenzwert über- oder unterschreitet, auf dem Datenspeicher zu speichern. Beispielsweise kann der

Datensatz einen Zeitstempel über den jeweiligen Zeitpunkt umfassen. Auf diese Weise kann die Entwicklung der ermittelten Gasbeschaffenheit zum Beispiel für eine spätere Auswertung archiviert werden. Die Steuereinrichtung kann zum Beispiel dazu eingerichtet sein, periodisch, zum Beispiel alle 5 Minuten, einen entsprechenden

Datensatz zu speichern. Der Datenspeicher ist vorzugsweise so groß bemessen, dass er periodisch gespeicherte Datensätze über einen Zeitraum von mindestens 2 Jahren speichern kann. Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Messeinrichtung eine netzunabhängige Stromversorgung auf, zum Beispiel umfassend einen Akkumulator und optional ein Photovoltaik-Panel (PV-Panel). Auf diese Weise kann der Betrieb der Messeinrichtung auch bei Stromnetzausfällen sichergestellt werden. Weiterhin ermöglicht dies den einfachen Einsatz der Messeinrichtungen an Orten, an denen kein unmittelbarer Anschluss an das Stromnetz möglich oder sinnvoll ist.

Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Messgenauigkeit der Sensoren der Messeinrichtung und die Berechnungsgenauigkeit der Steuereinrichtung so eingerichtet, dass sie die Messgenauigkeitsanforderungen des DVGW-Arbeitsblattes G685 und/oder des arfi Einsatzort gültigen Eichrechts erfüllen. Auf diese Weise können die von der Messeinrichtung bestimmten Brennwerte unmittelbar zu

Abrechnungszwecken verwendet werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Gasverteilnetzes ist eine dezentrale

Gaseinspeiseanlage an einer Gasleitung des Gasleitungssystems angeschlossen, wobei die Messeinrichtung dazu eingerichtet ist, den Brennwert des von der Gaseinspeiseanlage in das Gasleitungssystem eingespeisten Gasstroms zu bestimmen. Zu diesem Zweck ist die Messeinrichtung vorzugsweise im Bereich des

Anschlusspunkts der dezentralen Gasspeiseanlage an das Gasleitungssystem angeordnet. Bei der Gaseinspeiseanlage kann es sich beispielsweise um eine dezentrale Wasserstoffeinspeiseanlage oder um eine Biogaseinspeiseanlage handeln.

Auf diese Weise lässt sich der Brennwert des dezentral in das Gasverteilnetz eingespeisten Gases bestimmen, so dass der Gasbrennwert im Gasverteilnetz dezentral überwacht werden kann. Die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, aus dem bestimmten Wert für den Brennwert eine Information über die

Zusammensetzung des Gasstroms zu bestimmen, beispielsweise auf den

Wasserstoffgehalt. Die Brennwerte von Erdgas, Biogas und Wasserstoff sind verschieden, so dass sich anhand des Brennwert der Wasserstoffgehalt und/oder der Methangehalt abschätzen, hochrechnen oder bei Anwendung einer anerkannten Kalibrierungsmethode sicher bestimmen lässt.

Die dezentrale Gaseinspeiseanlage kann bei einer weiteren Ausführungsform insbesondere dazu eingerichtet sein, die Gaseinspeisung in das Gasleitungssystem abhängig von dem von der Messeinrichtung bestimmten Brennwert des Gasstroms zu steuern. Beispielsweise kann die Gaseinspeisung in das Gasleitungssystem reduziert oder gestoppt werden, beispielsweise durch Abschaltung der Gaseinspeiseanlage, wenn der bestimmte Brennwert oder ein daraus bestimmter Wasserstoffgehalt eine vorgegebene Höchstgrenze, zum Beispiel 30 Vol.-%, überschreitet oder eine vorgegebene Mindestgrenze unterschreitet. Dadurch kann die Zusammensetzung des Gases im Gasverteilnetz dezentral geregelt werden. Beispielsweise kann auf diese Weise verhindert werden, dass sich der Wasserstoffgehalt des Gases über einen zulässigen Anteil erhöht. Bei diesem Ausführungsbeispi el kann die dezentrale

Einspeisung z.B. direkt am oder in räumlicher Nähe zum Hausanschluss erfolgen. Micro-Einspeiseanlagen werden dadurch möglich. Durch die dezentrale Einspeisung des dezentral erzeugten Gases muss der Hersteller und Inverkehrbringer eine definierte Produktqualität sicherstellen und kann diese zum Beispiel durch die hier beschriebene Messeinrichtung nachweisen und durch Steuerung der Einspeisemenge des dezentral erzeugten Gases an ein festgelegtes Froduktqualitätsniveau anpassen.

Bei einer weiteren Ausführungsform des Gasverteilnetzes ist ein Gasabnehmer an eine Gasleitung des Gasleitungssystems angeschlossen, insbesondere über einem

Hausanschluss, wobei die Messeinrichtung dazu eingerichtet ist, den Brennwert des an den Gasabnehmer geleiteten Gasstroms zu bestimmen. Auf diese Weise kann der Brennwert des an den Gasabnehmer geleiteten Gasstroms dezentral bestimmt und auf diese Weise die Genauigkeit der Abrechnung bei schwankenden Gassbrennwerten im Gasleitungssystem verbessert werden.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist der Gasabnehmer dazu eingerichtet, die Gasabnahme aus dem Gasleitungssystem oder einen mit dem abgenommenen Gas betriebenen Verbrennungsvorgang abhängig von dem von der Messeinrichtung bestimmten Brennwert des Gasstroms zu steuern. Auf diese Weise kann der

Gasabnehmer zum Beispiel genau die benötigte Brennleistung aus dem Gasverteilnetz entnehmen. Durch die Steuerung eines Verbrennungsvorgangs kann der

Verbrennungsvorgang an den Gasbrennwert angepasst werden, so dass der

Verbrennungsvorgang optimaler bzw. wirtschaftlicher ablaufen kann. Auf diese Weise kann beispielsweise die Verbrennungssteuerung in einer Brennwerttherme oder in einem dezentralen Block-Heizkraft-Werk optimiert werden.

Bei der Steuerung des Verbrennungsvorgangs kann zum Beispiel auch eine

Abschaltung, insbesondere Notabschaltung, der Verbrennungsanlage, beispielsweise einer Heizungsanlage, erfolgen, wenn der Brennwert des Gases oder eine daraus bestimmte Beschaffenheit, beispielsweise der Wasserstoffgehalt, außerhalb eines vorgegebenen Betriebsbereichs liegen. Auf diese Weise können die Sicherheit der Verbrennungsanlage, zum Beispiel vor Beschädigung oder Zerstörung durch eine falsche Gasbeschaffenheit, und deren Betrieb erhöht werden. Zur Erhöhung der Sicherheit kann die Messeinrichtung bei einer weiteren

Ausführungsform einen Messsensor zur Bestimmung eines Werts für die

Konzentration eines brennbaren Gases außerhalb der Gasleitung, insbesondere in der Umgebungsluft, aufweisen und die Steuereinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die Ausgabe einer Warnmeldung zu bewirken, wenn der bestimmte Wert für die

Konzentration eines brennbaren Gases außerhalb der Gasleitung einen vorgegeben Grenzwert überschreitet. Diese Ausführungsform ist besonders vorteilhaft, wenn die Messeinrichtung im Bereich eines Hausanschlusses angeordnet ist. Auf diese Weise können die Bewohner des Hauses oder eines anderen Gebäudes vor einem Gasleck gewarnt werden. Bei der Warnmeldung kann es sich beispielsweise um einen

Signalton oder eine Warn-SMS handeln, die zum Beispiel über einen SMS-Dienst versandt wird, wenn die Messeinrichtung über eine Datenschnittstelle eine entsprechendes Warnsignal ausgibt. Weitere Merkmale und Vorteile der Messeinrichtung und des Gasverteilnetzes ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen, wobei auf die beigefügte Zeichnung Bezug genommen wird.

In der Zeichnung zeigen

Fig. 1 ein lokales Gasverteilnetz aus dem Stand der Technik,

Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung, Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung,

Fig. 4 ein erstes Ausführungsbeispiel des Gasverteilnetzes und

Fig. 5 ein zweites Ausführungsbeispiel des Gasverteilnetzes. Fig. 1 zeigt ein lokales Gasverteilnetz aus dem Stand der Technik. Das Gasverteilnetz 2 umfasst ein Gasleitungssystem 4 aus miteinander verbundenen Gasleitungen 6, an die verschiedene Gasabnehmer 8 (Rechtecke) angeschlossen sind. Das Gasverteilnetz 2 ist an einer zentralen Einspeisestelle 10 mit einem überregionalen Gasnetz 12

verbunden, von dem in Fig. 1 eine Ferngasleitung 14 dargestellt ist.

Die Beschaffenheit des aus der Ferngasleitung 14 in das Gasverteilnetz 2

eingespeisten Gases wird durch eine Messeinrichtung 16 (Kreis) bestimmt. Zur Bestimmung des Brennwerts des eingespeisten Gases umfasst die zentrale

Messeinrichtung 16 einen Gaschromatographen oder ein Kalorimeter. Da diese Geräte sehr teuer sind, ist in dem Gasverteilnetz 2 nur eine einzige Messeinrichtung 16 im Bereich der zentralen Einspeisestelle 10 vorgesehen.

In Gasverteilnetzen, die allein zentral aus dem überregionalen Gasnetz 12 gespeist werden, reicht eine einzige Messeinrichtung 16 im Bereich der zentralen

Einspeisestelle 10 typischerweise aus, um die Gasbeschaffenheit, insbesondere den Brennwert im lokalen Gasverteilnetz 2 ausreichend genau zu bestimmen.

In jüngerer Zeit werden jedoch vermehrt dezentrale Einspeiseanlagen 18 (Dreiecke) an lokale Gasverteilnetze angeschlossen, wie zum Beispiel Wasserstoff- oder

Biogaseinspeiseanlagen, die die Beschaffenheit des Gases im Gasverteilnetz ändern. Durch die dezentrale Einspeisung kann es sogar zur selben Zeit zu unterschiedlichen Gasbeschaffenheiten in verschiedenen Bereichen des Gasverteilnetzes kommen. Eine einzelne Messeinrichtung 16 an der zentralen Einspeisestelle 10 wird in diesen Fällen regelmäßig nicht mehr ausreichen, um die Gasbeschaffenheit im Gasverteilnetz ausreichend genau zu bestimmen, so dass es zum Beispiel zu fehlerhaften

Abrechnungen gegenüber den Gasabnehmern kommen kann. Fig. 2 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung in schematischer Darstellung. Die Messeinrichtung 22 weist ein Gehäuse 24 mit einem Gaseinlass 26 und einem Gasauslass 28 auf. Die Messeinrichtung 22 ist mit dem Gaseinlass 26 und dem Gasauslass 28 so an eine Gasleitung 30 anschließbar bzw. angeschlossen, dass ein in der Gasleitung 30 fließender Gasstrom 31 durch die Messeinrichtung 22 geführt wird.

In dem Gehäuse 24 sind eine Steuereinrichtung 32 und mehrere Sensoren

untergebracht, nämlich ein Brennwert-Sensor 34, ein Drucksensor 36, ein

Temperatursensor 38 und ein Volumenstromsensor 40, die mit der Steuereinrichtung 32 verbunden sind. Die Sensoren 34, 36, 38 und 40 sind so angeordnet, um Werte für den Brennwert, den Gasdruck, die Gastemperatur bzw. den Gasvolumenstrom des durch das Gehäuse 24 geleiteten Gasstroms 31 zu messen. Hierbei sind die Sensoren 36, 38 und 40 direkt in dem im Betrieb durch die Messeinrichtung 22 geführten Gasstrom 31 angeordnet. Der Brennwert-Sensor 34 ist demgegenüber vorzugsweise nicht direkt im Gasstrom 31 angeordnet, sondern in einer im Gehäuse 24

untergebrachten Messkammer 33. Im Betrieb gelangt Gas des Gasstroms 31 über eine vorzugsweise mit einem ansteuerbaren Ventil (nicht dargestellt) geregelte Zuleitung 35 in die Messkammer 33, so dass mit dem Brennwert-Sensor 34 unter kontrollierten Umgebungsbedingungen einen Wert für die Wobbezahl bzw. für den spezifischen Brennwert des Gases bestimmen kann. Wird als Brennwert-Sensor 34 ein Pellistor eingesetzt, so erfordert dieser typischerweise ein definiertes Gas-Luftgemisch für eine genaue Brennwert-Bestimmung. Dieses definierte Gas-Luftgemisch kann in der Messkammer 33 gezielt über die Steuerung der Zuleitung 35 sowie einer weiterhin vorgesehenen und ebenfalls steuerbaren Luft-Zuleitung 37 eingestellt werden. Nach der Messung kann das Gas-Luftgemisch über eine Ableitung 39 wieder dem Gassstrom

31 zugeführt werden.

Es ist auch denkbar, auf bereits vorhandene Sensoren zuzugreifen. Zu diesem Zweck weist die Messeinrichtung 22 eine Datenschnittstelle 42 auf, die mit einem außerhalb der Messeinrichtung 22 angeordneten Sensor 44 verbindbar ist, so dass ein mit dem Sensor 44 gemessener Wert über die Datenschnittstelle 42 von der Steuereinrichtung

32 erhalten werden kann. Wird die Messeinrichtung 22 beispielsweise bei einem Hausanschluss installiert, so kann es sich bei dem Sensor 44 beispielsweise um den Volumenstromsensor des Hausanschlusses handeln. Auf diese Weise ist der Volumenstromsensor 40 der Messeinrichtung entbehrlich, so dass die Messeinrichtung 22 kompakter und kostengünstiger hergestellt werden kann.

Bei dem Brennwert-Sensor 34 kann es sich insbesondere um einen Pellistor oder um einen anderen Gassensor zur Detektion gasförmiger Substanzen, insbesondere um einen Gassensor, der thermische und/oder chemische Information des zu messenden Gases in ein elektrisch nutzbares Signal umwandelt, handeln. Derartige Sensoren sind sehr kompakt und preisgünstig, so dass sich die Herstellungskosten für die

Messeinrichtung 22 gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten

Messeinrichtung 16 aus Fig. 1 drastisch senken lassen.

Die Steuereinrichtung 32 ist dazu eingerichtet, aus dem von dem Brennwert-Sensor 34 gemessenen Wert für den Gasbrennwert, wie zum Beispiel die Wobbezahl, aus dem von dem Drucksensor 36 gemessenen Wert für den Gasdruck p, aus dem von dem Temperatursensor 38 gemessenen Wert für die Gastemperatur T und aus dem von dem Volumenstromsensor 40 oder alternativ 44 gemessenen Wert für den

Gasvolumenstrom dV/dt einen Wert für den Brennwert des Gasstroms 31 zu bestimmen.

Wenn der Brennwert-Sensor 34 zum Beispiel einen Wert für die Wobbezahl Ws misst, so kann der Brennwert Hs des Gases wie folgt berechnet werden: wobei p die Gasdichte des Gases in der Gasleitung und po die Gasdichte trockener Luft unter den gleichen Druck- und Temperaturbedingungen wie in der Gasleitung ist. Die Gasdichte p(T, p) ist eine Funktion der Gastemperatur T und des Gasdrucks p und wird von der Steuereinrichtung abhängig von der gemessenen Gastemperatur und dem gemessenen Gasdruck bestimmt. Der Zusammenhang zwischen Gastemperatur, Gasdruck und Gasdichte p(T, p) kann zum Beispiel als Formel oder als Tabelle in einem Speicher der Steuereinrichtung 32 gespeichert sein. Ebenso ist die Gasdichte po(T, p) eine Funktion der Gastemperatur T und des Gasdrucks p und kann ebenfalls als Formel oder als Tabelle in einem Speicher der Steuereinrichtung 32 gespeichert sein.

Aus dem Brennwert Hs des Gases und dem Volumenstrom dV/dt lässt sich dann die Brennleistung des Gasstroms 31 berechnen.

Die Messeinrichtung 22 kann weiterhin eine N utzerschnittstelle 46, zum Beispiel mit einem Bildschirm, aufweisen, über den der berechnete Brennwert des Gases oder die Brennleistung des Gasstroms 31 angezeigt werden kann.

Weiterhin kann die Messeinrichtung 22 eine Datenschnittstelle 48 zum Anschluss an ein Netzwerk 50 aufweisen, um zum Beispiel den Brennwert oder die Brennleistung des Gasstroms 31 an einen zentralen Server 52, zum Beispiel zu

Abrechnungszwecken, übermitteln zu können.

In dem Gehäuse 24 können also insbesondere die Steuereinrichtung 32, die Sensoren 34, 35, 38, 40, die Luft-Zuleitung 37 zur definierten Luft-Gasmischung, die

Messkammer 33 mit dem Brennwert-Sensor 34, insbesondere Pellistor, oder sonstigen Gassensoren, ein Gassensor zur Messung der Gasfreiheit in der

Umgebungsluft, eine Gehäuseventilation, Schnittstellen zum Anschluss vorhandener Sensoren für die Umgebungstemperaturmessung, Gastemperaturmessung,

Volumenstrommessung, Umgebungsdruckmessung, Gasdruckmessung,

Luftfeuchtigkeitsmessung Gasfeuchtigkeitsmessung oder die jeweiligen Sensoren, sofern sie nicht vorhanden sind und ein Datenspeicher für 5-Minutenwerte aller Sensoren für zwei Jahre, eine Stromversorung, z.B. über PV-Modul, und ein

Stromverteilnetz, Schnittstellen zum Datenauslesen z.B. mit WLAN,- oder Bluetooth- Standard-Schnittstellen oder GPRS- bis zu 5G-Datenübertragungsstandard

untergebracht sein.

Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Messeinrichtung in schematischer Darstellung. Die Messeinrichtung 62 ist an einer Gasleitung 66 eines Gasverteilnetzes vorgesehen und umfasst eine Steuereinrichtung 64, einen Brennwert-Sensor 68, der in einer an die Gasleitung 66 angeschlossenen Messkammer 69 angeordnet ist, sowie weitere Sensoren, nämlich einen Drucksensor 70, einen Temperatursensor 72 und einen Volumenstromsensor 74. Bei dem Brennwert-Sensor 68 kann es sich um einen Pellistor oder um einen anderen Gassensor zur Detektion gasförmiger Substanzen, insbesondere um einen Gassensor, der thermische und/oder chemische Information des zu messenden Gases in ein elektrisch nutzbares Signal umwandelt, handeln.

Im Betrieb erhält die Steuereinrichtung 64 von dem Brennwert-Sensor 68 einen Wert für die Wobbezahl Ws des in der Gasleitung 66 geleiteten Gasstroms 67, von dem Drucksensor 70 einen Wert für den Gasdruck p in der Gasleitung 66, von dem

Temperatursensor 72 einen Wert für die Gastemperatur T des Gasstroms 67 in der Gasleitung 66 und von dem Volumenstromsensor 74 einen Wert für den

Volumenstrom dV/dt des durch die Gasleitung 66 fließenden Gasstroms 67 und berechnet daraus einen Wert für den Brennwert Hs des Gasstroms 67.

Die Steuereinrichtung sendet eine Information über den berechneten Brennwert Hs , beispielsweise dessen Wert oder eine Information, ob ein vorgegebener unterer Grenzwert unterschritten oder ein oberer Grenzwert überschritten wird, über eine mit einem Netzwerk 78 verbundene Datenschnittstelle 76 der Messeinrichtung 62 an einen Server 80, zum Beispiel einen zentralen Server 80 des lokalen Gasverteilnetzes, der die Gasbeschaffenheit im lokalen Gasverteilnetz überwacht.

Fig. 4 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel des Gasverteilnetzes in schematischer Darstellung. Das Gasverteilnetz 92 umfasst ein Gasleitungssystem 94 aus miteinander verbundenen Gasleitungen 96, an die verschiedene Gasabnehmer 98 (Rechtecke) und dezentrale Einspeiseanlagen 100 (Dreiecke) angeschlossen sind. Das Gasverteilnetz 92 ist an einer zentralen Einspeisestelle 102 mit einem überregionalen Gasnetz 104 verbunden, von dem in Fig. 4 eine Ferngasleitung 106 dargestellt ist. An der zentralen Einspeisestelle 102 ist eine zentrale Messeinrichtung 108

vorgesehen, die die Beschaffenheit, insbesondere den Brennwert, des aus der

Ferngasleitung 106 in das Gasverteilnetz 92 eingespeisten Gases misst.

Zusätzlich sind im Bereich der dezentralen Einspeiseanlagen 100 dezentrale

Messeinrichtungen 110 vorgesehen, die die Beschaffenheit, insbesondere den

Brennwert, des von den dezentralen Einspeiseanlagen 100 in das Gasverteilnetz 92 eingespeisten Gases misst.

Die dezentralen Messeinrichtungen 110 weisen einen Aufbau auf wie die

Messeinrichtungen 22 oder 62 aus Fig. 2 und 3 und sind damit deutlich

kostengünstiger und kompakter als die im Stand der Technik verwendeten

Messeinrichtungen 16 aus Fig. 1. Dadurch können in dem Gasverteilnetz 92 mehrere solcher Messeinrichtungen 22 eingesetzt werden, ohne dass das Gasverteilnetz 92 unwirtschaftlich wird.

Die zentrale Messeinrichtung 108 kann wie die aus dem Stand der Technik bekannte zentrale Messeinrichtung 16 mit einem Gaschromatographen oder einem Kalorimeter aufgebaut sein oder - zur weiteren Kostenersparnis - ebenfalls mit einer

Messeinrichtung entsprechend Fig. 2 oder 3.

Indem in dem Gasverteilnetz 92 mehrere Messeinrichtungen 108, 110 vorgesehen sind, insbesondere an den dezentralen Einspeiseanlagen 100, kann die Beschaffenheit des Gases im Gasverteilnetz 92 besser überwacht werden. Insbesondere können durch die Beschaffenheitsmessungen an den von den dezentralen Einspeiseanlagen 100 eingespeisten Gasströmen bereichsweise Abweichungen der Gasbeschaffenheit festgestellt bzw. berechnet werden. Zur Überwachung der Gasbeschaffenheit in den einzelnen Bereichen des

Gasverteilnetzes 92 sind die Messeinrichtungen 108, 110 vorzugsweise dazu eingerichtet, Informationen über die gemessenen Brennwerte an einen zentralen Server 112 zu übermitteln. Die bereichsweise Berechnung der Gasbeschaffenheit kann dann anhand der übermittelten Informationen auf dem Server 112 erfolgen.

Weiterhin kann der Server 112 Informationen über die Gasbeschaffenheit zu

Abrechnungszwecken zur Verfügung stellen oder bei Abweichungen der

Gasbeschaffenheit im Gasverteilnetz 92 die Ausgabe einer Warnmeldung bewirken.

Die Überwachung der Beschaffenheit der von den dezentralen Einspeiseanlagen 100 eingespeisten Gasströme ermöglicht zudem eine Steuerung der Einspeisung, wenn die Gasbeschaffenheit außerhalb eines zulässigen Bereichs liegt, beispielsweise zuviel Wasserstoff enthält. Zu diesem Zweck kann eine dezentrale Einspeiseanlage 100 zum Beispiel eine Information über die Gasbeschaffenheit von der jeweiligen

Messeinrichtung 110 erhalten (in Fig. 4 illustriert durch die gestrichelte Linie zwischen Messeinrichtung 110 und dezentraler Einspeiseanlage 100) und die

Einspeisung abhängig davon steuern, ggf. sogar stoppen, zum Beispiel wenn der Wasserstoffgehalt oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Die Steuerung der dezentralen Einspeiseanlagen 100 kann auch über den zentralen Server 112 erfolgen.

Fig. 5 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des Gasverteilnetzes in schematischer Darstellung. Das Gasverteilnetz 122 weist einen ähnlichen Aufbau auf wie das

Gasverteilnetz 92. Einander entsprechende Komponenten sind mit denselben

Bezugszeichen versehen.

Bei dem Gasverteilnetz 122 sind anstelle der dezentralen Messeinrichtungen 110 an den dezentralen Einspeiseanlagen 100 jeweilige dezentrale Messeinrichtungen 124 (kleine Kreise) an den einzelnen Gasabnehmern 98 vorgesehen. Es ist aber auch denkbar, dass sowohl dezentrale Messeinrichtungen 110 an den dezentralen Einspeiseanlagen 100 als auch dezentrale Messeinrichtungen 124 an den

Gasabnehmern 98 vorgesehen sind.

Die dezentralen Messeinrichtungen 124 weisen einen Aufbau auf wie die

Messeinrichtungen 22 oder 62 aus Fig. 2 und 3 und sind damit deutlich

kostengünstiger und kompakter als die im Stand der Technik verwendeten

Messeinrichtungen 16 aus Fig. 1. Dadurch können in dem Gasverteilnetz 92 mehrere solcher Messeinrichtungen 22, ggf. sogar im Wesentlichen bei jedem Gasabnehmer, eingesetzt werden, ohne dass das Gasverteilnetz 92 unwirtschaftlich wird.

Bei einigen der Gasabnehmer 98 kann es sich zum Beispiel um Haushalte handeln. In diesem Fall können die zugehörigen dezentralen Messeinrichtungen 124 im Bereich der Hausanschlüsse dieser Haushalte angeordnet sein. Da Hausanschlüsse zu

Abrechnungszwecken über Volumenstromsensoren verfügen, kann die dezentrale Messeinrichtung 124 zum Beispiel wie in Fig. 2 gezeigt über eine Datenschnittstelle 42 mit dem vorhandenen Volumenstromsensor verbunden werden, so dass ein eigener Volumenstromsensor der dezentralen Messeinrichtung 124 entbehrlich ist und die Geräte damit noch kostengünstiger hergestellt werden können. Durch die dezentralen Messeinrichtungen 124 im Bereich der einzelnen Gasabnehmer 98 kann die Gasbeschaffenheit, insbesondere der Brennwert, des von einem

Gasabnehmer 98 dem Gasverteilnetz 122 entnommenen Gasstroms unmittelbar gemessen werden, so dass eine genaue Abrechnung nach entnommenem Brennwert ermöglicht wird. Zu diesem Zweck können die einzelnen dezentralen

Messeinrichtungen 124 Informationen über die Gasbeschaffenheit zum Beispiel an den zentralen Server 112 übermitteln.

Die Überwachung der Beschaffenheit der von den Gasabnehmern 98 entnommenen Gasströmen ermöglicht es zudem, einen Verbrennungsprozess beim Gasabnehmer an die Gasbeschaffenheit anzupassen. Zu diesem Zweck kann ein Gasabnehmer 98 zum Beispiel eine Information über die Gasbeschaffenheit von der jeweiligen Messeinrichtung 124 erhalten (in Fig. 4 illustriert durch gestrichelte Linien zwischen einigen Messeinrichtung 124 und jeweiligen Gasabnehmern 98) und den

Verbrennungsprozess abhängig davon steuern, ggf. sogar stoppen, zum Beispiel wenn der W asserstoffgehalt oberhalb eines vorgegebenen Grenzwerts liegt. Die Steuerung der Verbrennungsprozesse bei den Gasabnehmern 98 kann auch über den zentralen Server 112 erfolgen.