Komponenten von HRS

Die gesamte HRS durchläuft ein komplexes Genehmigungsverfahren (Link Genehmigungsleitfaden) und ist an eine Vielzahl von RCS gebunden (Link HRS). Da eine HRS aus mehreren Bauteilen besteht, ist in Bezug auf RCS eine Betrachtung der einzelnen Komponenten sinnvoll. Die einzelnen Komponenten allgemein in folgende Bereiche eingeteilt:

• Speicherung (z.B. Drucktanks, Kryotanks),
• Wärme- und Temperatursysteme (z.B. Kühlung, Vorkühlung, Wärmetauscher, Verflüssiger, Verdampfer)
• Drucksysteme (z.B. Verdichter, Ventile, Entspannung)
• Förder-, Abfüll- und Abgabeanalagen (Dispenser, Stutzen, Pumpen, Leitungen, Pipelines)
• Bereitstellung (Reinigungsanlagen, On-Site-Elektrolyseure)
• Transportfahrzeuge
• Sicherheitssysteme (Detektoren/Sensoren, Warn-/Alarmsysteme, Fahrzeugkommunikation)

Die meisten Komponenten einer HRS benötigen eine CE-Kennzeichnung, welche durch den Hersteller der Komponenten ausgestellt wird. Um eine CE-Kennzeichnung zu erhalten, muss der Hersteller:

• Alle EU-weiten Anforderungen beachten;
• Je nach Anforderungen das Produkt selbst prüfen oder eine geeignete Stelle zur Prüfung heranziehen;
• Technischen Unterlagen zusammenstellen, die die Konformität des Produktes belegen;
• Eine EU-Konformitätserklärung erstellen und unterschreiben.
Deswegen ist für einen Großteil der Komponenten (z.B. Druckbehälter, Wärmetauscher, Rohrleitungen, flexible Brennstoffleitung, zus. bauseitiger Speicher, Verflüssiger, Elektrolyseur) vom Hersteller zu prüfen, ob sie PED- / Druckgeräteverordnungskonform sind. Für alle elektrischen Betriebsmittel gilt die BetrSichV bzw. das BImSchG.

Speicher und Tanks

Wärme und Temperatursysteme

Druck- und Leitungssysteme

Förder- und Abfüllanlagen

Bereitstellung

Sicherheitssysteme

Speicher und Tanks

Die Normanforderungen an Speicher und Tanks für die Wasserstofflagerung sind Anwendungsspezifisch unterteilt nach Aggregatzustand (gasförmig, kryogenkomprimiert, flüssig), Anwendung (mobil oder stationär), Behältergröße, und Isolierungsart (vakuum-isoliert, nicht vakuum-isoliert).

Allgemeine Anforderungen an Druck-H₂-Speicher bei HRS werden in der ISO 19880-1 festgelegt. Für stationäre Anwendungen gilt die PED/Druckgeräteverordnung/AD 2000, wobei für mobile Anwendungen die UNGTR13/ UNECE R134 und für den Transport von Wasserstoff die ADR/TPED einzuhalten sind.

Ein besonderer Bedarf ist eine europäische Harmonisierung, welche die intermodale Nutzung von H₂-Behältern aus verschiedenen regulatorischen Welten ermöglicht. Bisher ist es fast unmöglich stationäre – (PED), mobile – (UN GTR13/UNECE R134) und Transportbehälter (ADR/TPED) in einem außerhalb der Zulassung liegenden Anwendungsfeld zu nutzen.

Gasförmig

DIN EN 13445 (Unbefeuerte Druckbehälter)

Die DIN EN 13445 ist eine Normenreihe zu unbefeuerten Druckbehältern. Weltweit findet der amerikanische ASME-Code häufige Verwendung, doch entspricht dieser, im Gegensatz zur DIN EN 13445 nicht der europäischen PED.
Die DIN EN 13445-1 ist ein allgemeiner Teil, auf dem die folgenden Teile der Reihe fußen. In den Teilen DIN EN 13445-2 bis DIN EN 13445-10, werden Themen wie beispielsweise Werkstoffe, Konstruktion, Herstellung oder Prüfung von unbefeuerten Druckbehältern beschrieben.

EN 17533 – gasförmiger Wasserstoff- Flaschen und Großflaschen zur ortsfesten Lagerung

Die EN 17533 ersetzt die ISO 19884. Sie beschreibt Anforderungen an Flaschen und Druckbehälter für gasförmigen Wasserstoff bis 10.000 L und einen maximalen Betriebsdruck bis 110 MPa. Es handelt es sich zudem um Behälter zur Ortsfesten Lagerung. Die ISO 17533 kann somit innerhalb der HRS im Bereich der Niederdruckbehälter ihre Anwendung finden. Die EN 17533 beschreibt beispielsweise Anforderungen an die Bauart, die Konstruktion und Prüfung von Flaschen oder Druckbehältern.

Kryokomprimiert/Flüssig

Durch die Verwendung von Kryo-komprimiertem- und flüssigem Wasserstoff entstehen neue Ansprüche an die Komponenten von HRS. Deshalb existiert eine Vielzahl an Normen, die besonders für Kryo-Anwendungen relevant ist. Die wichtigsten Normen für Kryo-Behälter werden in der folgenden Tabelle dargestellt.

TABELLE

Weitere bedeutende Normen sind die ISO 21028, welche Zähigkeitsanforderungen an Kryobehälter stellt und die ISO 23208, in der Anforderungen an die Reinheit von Behälteroberflächen beschrieben wird.

Wärme- und Temperatursysteme

Zu den Wärme- und Temperatursystemen zählen Komponenten wie die Kühlung, die Vorkühlung, Wärmetauscher, Verflüssiger oder Verdampfer. Für die Installation und Nutzung von Wärmetauschern muss die europäische Druckgeräterichtlinie eingehalten werden, die auf nationaler Ebene der Druckgeräteverordnung (14. ProdSV) entspricht. Auch die BetrSichV ist im Kontext von Wärme- und Temperatursystemen von Bedeutung. Die Vorkühlung des Dispensers wird in der ISO 19880-2 genormt, wobei Kälteanlagen und Wärmepumpen allgemein in der ISO 378-Reihe normativ beschrieben werden.

Druck- und Leitungssysteme

Zu Drucksystemen gehören, neben den meisten Speichern und Tanks, Verdichter, Ventile oder Kompressoren.

Drucksysteme an stationären HRS, wie Verdichter und Ventile, unterliegen der Druckgeräterichtlinie bzw. der daraus resultierenden 14. ProdSV. Mobile Drucksysteme und -behälter unterliegen hingegen der ODV.

Die allgemeinen Anforderungen an Verdichter werden in der ISO 19880-1 festgelegt, wobei die ISO 19880-3 Anforderungen an Ventile beschreibt. Dichtungen an Tankstellen werden in der ISO 19880-7 (O-Ringe) behandelt. Diese Normen beziehen sich speziell auf die Anwendung in HRS wobei die DIN EN 764 für Druckgeräte und die ISO 4126 für Ventile einen allgemeineren Geltungsbereich besitzen. Zudem sollen Ventile nach ISO 15649 entwickelt werden.

Besonders nennenswert ist auch die TRBS 3151: „Vermeidung von Brand-, Explosions-, und Druckgefährdungen an Tankstellen und Gasfüllanlagen zur Befüllung von Landfahrzeugen“. Sie ist im Kontext der HRS allgemein zu beachten und erhält im Bereich der Drucksysteme einen hohen Stellenwert.

Anforderungen an Kompressoren werden in der ISO 19880-4 beschrieben. Laut dieser Norm soll der Schutz von Kompressoren nach ISO/IEC 80079 und IEC 60079 erfolgen.

Im Bereich der Kryo-Anwendungen ist normativ die ISO 21011 für Kryo-Ventile und die ISO 21013 für Kryo-Druckablasszubehör nennenswert.

Förder- und Abfüllanlagen

Ein Dispenser (deutsch: Zapfsäule), ist die Vorrichtung an Wasserstofftankstellen, die den Transfer des Wasserstoffs vom HRS-Speichersystem ins Fahrzeug ermöglicht. Eine allgemeine Norm zum Dispenser liefert die ISO 19880-2, in der Ansprüche an Filter, Ventile, Vorkühlung und weitere Komponenten erläutert werden. Dabei existieren für die einzelnen Komponenten teilweise weitere Normungswerke. Die Schnittstelle zum Fahrzeug (nozzle und receptacle) selbst wird innerhalb der ISO 17268 genormt.

Laut ISO 19880-2 ist bei einigen Bauteilen des Dispensers (z.B. Wärmetauscher und Schläuche), die ISO 15649 (Norm zu Rohrleitungen) zu beachten. Die eigenen Anforderungen an Schläuche und Schlauchbaugruppen werden in der ISO 19880-5 beschrieben. Für Kryo-Schlauchleitung ist die ISO 21012 anwendbar.

Dichtungen an Tankstellen werden in der ISO 19880-7 (O-Ringe) behandelt.

Sicherheitssyteme

Die Sicherheit an der HRS wird durch eine Sicherheitsfördernde Bauweise gefördert, die beispielsweise durch die Einhaltung der Druckgeräteverordnung, der Explosionsschutzverordnung oder BetrSichV gewährleistet werden kann. Sicherheitsgefährdende Situationen können zudem durch den Einsatz von Sicherheits- und Kontrollsystemen vermieden werden.

Um frühzeitig ein Leck in Speichertanks oder Rohrleitungen zu identifizieren, werden Leckanzeigesysteme verwendet, welche auf normativer Ebene durch die DIN EN 13160-1 bis DIN EN 13160-7 behandelt werden. Zudem ist die ISO 23551 relevant, welche Sicherheits-, Regel- und Steuereinrichtungen von Gasbrennern und Gasgeräten normt. Das Notabschaltungssystem wird in der ISO 19880-2 normativ beschrieben und Themen rund um die Cyber-Sicherheit in der DIN EN ISO / IEC 27000 und IEC 62443.

Die TRBS 1201 Teil 3 regelt die Instandsetzung an Geräten, Schutzsystemen, Sicherheits-, Kontroll- und Regelvorrichtungen.

Für die Sicherheit der HRS sind zudem Betankungsprotokolle von Bedeutung.

Im Bereich des Kryo-Betriebs normt die DIN EN 13648 die Sicherheitseinrichtungen gegen Drucküberschreitungen.

Bereitstellung und On-Site-Erzeugung

Für die On-Site-Erzeugung sollten die allgemeinen Regularien für die Produktion von Wasserstoff und Elektrolyse beachtet werden.

Die ISO 19880-1 enthält Anforderungen an die On-Site-Erzeugung und Reinigungsanlagen, die Bereitstellung durch Trailer oder durch Pipeline. Sie verweiset darauf, dass die On-Site-Erzeugung unter Beachtung der ISO 22734 erfolgen soll. Zudem sollen regionale Anforderungen eingehalten werden.

Auch die Bereitstellung von Trailer und Behälter wird in der ISO 19880-1 genormt.

Durch den Pipelinetransport können, vor allem bei Nutzung einer umgerüsteten Gaspipeline, Verunreinigungen im Wasserstoff entstehen. Um den Qualitätsansprüchen nach DIN EN 17124 zu genügen, muss der Wasserstoff vor Nutzung an der Tankstelle aufgereinigt werden. Für den Anschluss zwischen Pipeline und HRS sollten die Erläuterungen der ISO 19880-1 und ISO 15649 beachtet werden.

Komponenten von HRS

Speicher und Tanks

Wärme und Temperatursysteme

Druck- und Leitungssysteme

Förder- und Abfüllanlagen

Bereitstellung

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Speicher und Tanks

Gasförmig

Kryokomprimiert/Flüssig

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