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Wie lange dauert der Transport eines Gasmoleküls von Norwegen in die Alpen?

In der vergangenen Schulung „Gaswirtschaftliche Grundlagen“ kam bei den Teilnehmern die Frage auf, wie schnell sich Gas in einer Röhre ausbreitet. In der Schulung werden die kommerziellen Verträge und Prozesse der Marktakteure in der Gaswirtschaft erarbeitet. Die Problemstellung ist durchaus relevant und ernst zu nehmen. Wir stellen uns folgende Situation vor: Ein deutscher Stationsmitarbeiter bemerkt auf dem Manometer einen sinkenden Druck, eilt zum Telefon und bittet den norwegischen Kollegen den Hahn an der Gasförderanlage aufzudrehen. Wie lange braucht nun das Ereignis in Norwegen, um sich nach Deutschland auszubreiten?

Wir betrachten eine Entfernung von rund 3.500 km, von Kjøllefjord in Norwegen bis nach Oberstdorf in Deutschland. Zur Veranschaulichung vergleichen wir die Übertragung eines Telefongesprächs mit dem Transport von Gas und Erdöl.

Der elektrische Teil ist schnell geklärt und wurde von James Clerk Maxwell ausreichend formuliert. 1 Die Energie des elektrischen Stromes wird im elektrischen Feld transportiert. Dabei muss zwischen den Elektronen im Telefonkabel und den elektromagnetischen Wellen in der Richtfunkstrecke bzw. dem Mobilfunknetz unterschieden werden. Während die Elektronen nur den Impuls übertragen und die Übertragung im elektrischen Feld stattfindet, ist die elektromagnetische Welle bereits ein solches Feld. In Summa reist das Telefongespräch die 3.500 km mit 300.000 km/s und ist in der Folge in Sekundenbruchteilen übertragen.

Das Gas hingegen hat seine Tücken: Es ist gasförmig, steht unter Druck und strömt in einer Röhre. An den Rohrwänden beträgt die Geschwindigkeit 0 km/h, denn das Rohrmaterial soll bleiben wo es ist. In der Mitte aber strömt das Gas deutlich schneller, was die Berechnung verkompliziert. Dafür müssen wir zwischen Volumenstrom und Impulsübertragung unterscheiden. Wenn man ein Gasmolekül rot anmalt, in Norwegen einspeist und in Deutschland seine Ankunft mit dem Mikroskop erwartet, müssten wir lange warten. Beispielsweise lässt sich bei einem Druck von 80 Bar, einem Rohrdurchmesser von 1,2 m und einem Gasdurchsatz von 26 Mrd. m³ pro Jahr eine Fließgeschwindigkeit der Gasmoleküle von 40 km/h herleiten. 2

Wenn nun in Norwegen ein Gasmolekül hineingedrückt wird, verdrängt man damit ein nicht-gefärbtes am anderen Rohrende in Deutschland, weil die Leitung schon gleichmäßig mit Gasmolekülen (Temperatur und Druck ist für alle gleich) durchsetzt ist. Die Obergrenze für die Transportgeschwindigkeit ist die Schallgeschwindigkeit. Bei Methan mit 25°C und 80 bar Druck ergibt das 438 m/s. 3 4 Die Druckänderung nach dem Aufdrehen des Gashahnes in Norwegen braucht knapp 8.000 Sekunden bzw. 130 Minuten oder etwas über zwei Stunden.

Allerdings kommt bei einer Transportlänge von 3.500 km das zum Zeitpunkt des Aufdrehens rot gefärbte Gasmolekül erst in dreieinhalb Tagen an.

Im Gegensatz zu Gas ist Erdöl gemütlicher und inkompressibel, das heißt es verändert sein Volumen unter Druckeinwirkung bei konstanter Temperatur nicht. Erdöl fließt gemütlich mit 5 bis 7 km/h dahin und vermischt sich nicht. Werden verschiedene schwere Erdölprodukte hintereinander in die Pipeline eingespeist, kommen sie am anderen Ende wieder mit einer minimalen Vermischungszone nach rund 21 Tagen ordentlich sortiert heraus. 5

Zusammengefasst lässt sich herausstellen, dass das Telefongespräch am schnellsten übertragen wird, gefolgt von Gas und schließlich mit weitem Abstand von Erdöl.

Haben Sie weitere Fragen zu den energiewirtschaftlichen Fachprozessen oder besteht Interesse an anderen Schulungsinhalten, wenden Sie sich bitte an training(at)EXXETA.com.

 

Quellen

  • 1 Srakar et al., „Who was James Clerk Maxwell and what was and is his electromagnetic theory?“, IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 51, no. 4, pp. 97-116, 2009
  • 2 Anna Sophie Müller, „Entwicklung des europäischen Erdgasmarktes bis 2030“, Universität Trier, 2010
  • https://lp.uni-goettingen.de/get/text/5138
  • 4 TU-Dresden, „4. Gasversorgung – Antworten“, Fakultät Maschinenwesen
  • 5 Mineralölwirtschaftsverband e.V., „Mineralölversorgung mit Pipelines“, 2006

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