Großbaustelle Gas-Kavernenspeicher

Die zehn Kavernen im Erdgasspeicher Jemgum haben jeweils eine Höhe von ca. 400 Metern. Der Berliner Fernsehturm mit seinen 368 Metern würde also gut hinein passen. Bild: Niki Hüttner
Von Genehmigung über Planung und Bau bis zur Erstbefüllung eines Kavernenspeichers zur Lagerung von Erdgas vergehen in der Regel viele Jahre. Für dieses komplexe Projekt, bei dem immer auch die Sicherheit der Anlagenbetreiber, der umliegend lebenden Menschen, der Umwelt und der Anlage selbst im Mittelpunkt steht, sind externe Experten gefragt, die Automatisierungslösungen für die jeweiligen Teilabschnitte zuverlässig planen und realisieren können.

Erdgas eignet sich als idealer „Pufferpartner“ für die schwankenden Leistungen erneuerbarer Energien. Und auch der unterschiedliche Energiebedarf zwischen Sommer und Winter kann damit teilweise abgedeckt werden. Allerdings braucht es dann Speichermöglichkeiten. Zum Lagern von Erdgas nutzt man natürlich vorkommende Porenspeicher oder speziell dafür hergestellte Kavernenspeicher. Für Letztere werden in unterirdischen Salzstöcken durch Aussolen künstliche Hohlräume erzeugt. Salzstöcke bilden eine gasundurchlässige Barriere und garantieren so eine natürliche Dichtheit der Kaverne. Der Speicher im niedersächsischen Jemgum ist mit einem Arbeitsgasvolumen von über 900 Millionen Kubikmeter einer der größten Erdgaskavernenspeicher Deutschlands. Hier kann der Jahresverbrauch für circa 700.000 Einfamilienhäuser gelagert werden.

Der Speicher wird von astora und VNG Gasspeicher betrieben, wobei astora gut achtzig Prozent der gesamten Speicherkapazitäten vermarktet. Von der ersten Probebohrung in den achtziger Jahren über die ersten Bohrungen auf dem Sammelplatz im Jahr 2009/2010 bis zum heutigen Betrieb war ein langer Weg. Die Automatisierungsexperten von Rösberg haben diesen über die Jahre an vielen Stationen begleitet. Angefangen hat alles mit der Frischwasserentnahme und der Aussolung der ersten Kavernen. Dazu wurde Wasser aus der nahe gelegenen Ems in ein Bohrloch in ca. 1500 m eingeleitet und damit die Kaverne über ca. zwei Jahre hinweg ausgespült. Dabei wurde die Rohrtour stetig nach oben zurückgezogen, so dass die Kaverne nach oben hin zylindrisch „wächst“. Das Wasser löste das Salz, die dabei entstehende Sole (mit Salz vermischtes Wasser) wurde in ein Sole-Absetzbecken geleitet, gereinigt und dann bei Rysum ins Meer geleitet. So entstanden über die Jahre zehn Kavernen mit einer Höhe von ca. 400 Metern, die mit Sole gefüllt sind. Zum Vergleich: Der Berliner Fernsehturm mit seinen 368 Metern würde gut hineinpassen.

Anlage für die Gas-Erstbefüllung

Klaus Kerner, Process Control Technology Project Manager bei der Rösberg Engineering GmbH: „Über zehn Jahre hinweg haben wir nun das Projekt in Jemgum von der Entsolung bis hin zur Gaserstbefüllung auf verschiedenen Stationen betreut.“ Bild: Rösberg
Klaus Kerner, Process Control Technology Project Manager bei der Rösberg Engineering GmbH: „Über zehn Jahre hinweg haben wir nun das Projekt in Jemgum von der Entsolung bis hin zur Gaserstbefüllung auf verschiedenen Stationen betreut.“
Bild: Rösberg

Auch die Gas-Erstbefüllung einer Kaverne ist ein umfangreiches Projekt, das zwischen 100 und 120 Tagen in Anspruch nimmt. Klaus Kerner (Bild 2) ist Process Control Technology Project Manager bei der Rösberg Engineering GmbH und betreut das Projekt Jemgum seit den Anfängen. Er berichtet: „Die Gasbefüllung der ersten zwei Kavernen hat astora selbst übernommen. Da das dafür geliehene Equipment aber sehr teuer war, sollten für die weiteren Befüllungen bzw. Entleerungen – Sole-Entleerung und Gas-Befüllung gehen ja Hand in Hand – eigene Soleentleerungsanlagen angeschafft werden. Hier kamen wir wieder einmal ins Spiel.“ Angeschafft wurden drei Altanlagen. Jede Anlage bestand aus drei Schaltschränken (Steuerungsschrank, Kompressorschrank und Elektroverteilungsschrank mit Frequenzumrichter), einem Entgasungstank, Messgeräten und Armaturen, einer Pumpe und diversen Rohrleitungen zur Anbindung an die Solanlage.

Überarbeitete Anlage zur Gas-Erstbefüllung. Bild: Rösberg
Überarbeitete Anlage zur Gas-Erstbefüllung.
Bild: Rösberg

„Die mechanischen Komponenten konnten wir größtenteils weiterverwenden. Die notwendige Steuerungs- und Regelungstechnik jedoch musste neu konzipiert und angeschafft werden. Installation, Montage der Mess- und Regeltechnik und die Verkabelung der Automatisierungskomponenten war also unsere Aufgabe“ erläutert Kerner. Im sicherheitskritischen Umfeld galt es für die Steuerungstechnik natürlich die einschlägigen Vorgaben für den Ex-Schutz und die funktionale Sicherheit zu beachten. Die Steuerung der Anlage haben die Automatisierungsexperten komplett neu entwickelt, ebenso wie das Sicherheitssystem. Ein PCS7 wurde als Steuerung genutzt und musste natürlich programmiert, sowie in die übergeordnete Steuerung der Soleanlage integriert werden. Auch die Montageplatte, bestückt mit allen Automatisierungskomponenten wurde vor Ort ausgetauscht und neu angeschlossen. Nachdem die Anlage umgebaut und angebunden war, folgten diverse Tests. Nach der Kaltinbetriebnahme musste die Sicherheitstechnik durch Sachverständige freigegeben werden. Dann erst konnte die Soleentleerung bzw. die Gas-Erstbefüllung starten. Auch mit der Schulung und Einweisung der Operatoren wurden die Automatisierungsexperten beauftragt.

Sicherheit als oberstes Gebot

Nach dem Aussolen ist die Kaverne mit Salzwasser (Sole) befüllt. Nun gilt es, das Wasser aus der Kaverne heraus zu drücken. Dies geschieht indem das Erdgas mit höherem Druck in die Kaverne eingeleitet wird und praktisch als „Kissen“ von oben auf die Wassersäule drückt. Die Rohrtour des Soleauslagerungsstrangs ragt praktisch fast bis zum unteren Ende der Kaverne. Das immer größer werdende Gaskissen drängt also die Sole über den Soleauslagerungsstrang heraus. Die aus der Kaverne gedrückte Sole durchläuft zuerst den Entgasungstank, aus dem sich kleine Mengen von Erdgas verflüchtigen. Danach wird die Sole in das Soleabsetzbecken der Solanlage gepumpt, in dem sich auch Schlamm, Schlick und gröbere Partikel absetzen können, die dann gesondert entsorgt werden. Das übrige Salzwasser gelangt wie beim Solen über eine ca. 45 km lange Pipeline bei Rysum in die Nordsee.

Bei der Soleentlerung bzw. der Gaserstbefüllung gibt es zwei potentiell kritische Szenarien, die beide zu einem Gasdurchschlag führen könnten: Im ersten Szenario kommt es zur Beschädigung der Rohrtour des Soleauslagerungsstrangs, zum Beispiel wenn unterirdisch Salzstockgebirge abbricht und abrutscht. Im zweiten Fall wird die Kaverne bis unterhalb der Rohrtour des Soleauslagerungsstrangs hinaus mit Gas befüllt. Beides hätte schlimme Folgen. Kerner erklärt: „Bei einem Gasdurchschlag gelangt Erdgas mit hohem Druck in die Rohrtour des Soleauslagerungsstrangs. Dadurch würde das darin befindliche Solewasser erheblich beschleunigt werden und mit hoher Kraft gegen den Bohrlochkopf drücken. Daher gilt es dieses Szenario unbedingt mit Hilfe funktionaler Sicherheitstechnik, sowie Steuerungs- und Regelungstechnik zu vermeiden.“ Am Bohrlochkopf wird deshalb mehrfach und permanent der Druck überwacht. Kommt es zu Unregelmäßigkeiten, schließt eine Regelarmatur das Rohr kontinuierlich innerhalb von wenigen Sekunden. Dadurch entstehen keine Druckstöße. Ist das Regelventil geschlossen, können alle anderen Auf/Zu-Armaturen sicherheitstechnisch geschlossen werden.

Acht Kavernen befüllt

Frank Soschinka Betriebsleiter Speicher Jemgum der astora GmbH & Co. KG: „Das Rösberg-Team hat sich in den vergangenen Jahren nicht nur als sehr verlässlich erwiesen und die gemachten Absprachen stets zuverlässig eingehalten. Auch menschlich war es sehr angenehm, mit ihnen zusammenzuarbeiten.“ Bild: astora
Frank Soschinka Betriebsleiter Speicher Jemgum der astora GmbH & Co. KG:
„Das Rösberg-Team hat sich in den vergangenen Jahren nicht nur als sehr verlässlich erwiesen und die gemachten Absprachen stets zuverlässig eingehalten. Auch menschlich war es sehr angenehm, mit ihnen zusammenzuarbeiten.“
Bild: astora

Nachdem die Soleentleerungsanlagen modernisiert und umgebaut waren, erhielten die Automatisierungsexperten auch den Zuschlag für das Entsolen. Dazu wurde die Software der Soleentleerungsanlage jeweils an die entsprechende Kaverne angepasst und die Entsolung von den Automatisierungsexperten anfangs begleitet. Zwar ist die Größe der Kaverne bekannt, dennoch braucht es bei der Gaserstbefüllung das Fingerspitzengefühl von erfahrenen Operatoren, wann die maximale Befüllung erreicht ist. Beim Einschätzen hilft, dass das ausgedrückte Solewasser am Entgasungstank permanent auf seinen Gasgehalt untersucht wird. Der Gasgehalt des im Wasser enthaltenen Gases lässt Rückschlüsse darauf zu, wie nah die eingefüllte Gasmenge am Ende der Rohrtour angelangt ist. Je zwei Kavernen im Parallelbetrieb wurden meist gemeinsam als ein Projekt ausgeschrieben; die insgesamt vier Aufträge realisierten die Karlsruher nach und nach. Mittlerweile ist die Gas-Erstbefüllung für alle Kavernen abgeschlossen. Frank Soschinka Betriebsleiter im Speicher Jemgum der astora GmbH & Co. KG bedauert, dass sich die gut zehnjährige Zusammenarbeit damit nun dem Ende zuneigt: „Das Rösberg-Team hat sich in den vergangenen Jahren nicht nur als sehr verlässlich erwiesen und die gemachten Absprachen stets zuverlässig eingehalten. Auch menschlich war es sehr angenehm, mit ihnen zusammenzuarbeiten.“

Über astora
astora plant, baut und betreibt Erdgasspeicher nach den höchsten Umwelt- und Sicherheitsstandards. Und das nicht nur, weil es so vorgeschrieben ist. Die Verantwortung für Mensch und Umwelt findet sich im Einsatz effizienter Technologien und zuverlässiger Infrastruktur und zeigt sich jeden Tag in der Achtsamkeit der Mitarbeiter. Gesundheit, Umweltschutz und Sicherheit sind elementar für den zuverlässigen Betrieb der Anlagen und stehen neben der Wirtschaftlichkeit klar im Vordergrund. Dieser Grundsatz bestimmt das Handeln und Entscheiden des Unternehmens und begründet seinen langfristigen Erfolg.

Über Rösberg
Rösberg Engineering GmbH, im Jahre 1962 in Karlsruhe gegründet, bietet mit 120 Mitarbeitern an fünf Standorten in Deutschland und in China maßgeschneiderte Automatisierungslösungen für international agierende Unternehmen der Prozessindustrie. Heute ist RÖSBERG ein international erfolgreicher Automatisierer und Entwickler von Softwarelösungen. Zum Aufgabenspektrum gehört das Basic- und Detail-Engineering für die Automatisierung von prozess- und fertigungstechnischen Anlagen sowie die Konfiguration, Lieferung und Inbetriebnahme von Prozessleitsystemen. Zudem verfügt das Unternehmen über umfangreiche Projektierungs- und Anwendererfahrung beim Einsatz sicherheitsgerichteter Steuerungen, ist Experte für Funktionale Sicherheit. Und bietet im Bereich der Informationstechnik branchenspezifische Softwarelösungen an. Das PLT-CAE-System ProDOK NG ist seit über 30 Jahren international erfolgreich. Unter dem Namen Plant Solutions begleiten ProDOK NG, die digitale Anlagendokumentation LiveDOK NG und der Plant Assist Manager (PAM) Anlagen während der gesamten Betriebszeit von Planung, Bau, Inbetriebnahme, Modernisierung und Erweiterung bis hin zur Stilllegung.

Titelbild: Niki Hüttner

Marco Antoni

Der Diplom-Physiker arbeitet seit Juni 2015 beim Redaktionsbüro Stutensee. Kontakt können Sie via
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