AI-basierte autarke Leckage-Detektion in Wasserstoff/Erdgas-Netzen

Kurzbeschreibung –  Bei der Umstellung der Gasnetze auf Wasserstoff-Erdgas-Gemische steigen die Anforderungen an die Leckageüberwachung. Wasserstoff tritt schon bei kleinen Undichtigkeiten leichter aus als Methan und eignet sich daher als Indikatorgas für eine frühzeitige Erkennung. In einer interdisziplinären Nachwuchsforschungsgruppe der WHZ entwickeln zehn Nachwuchsforschende aus vier Fakultäten einen systemischen Ansatz für die energieautarke, KI-gestützte Leckage-Detektion: von der Sensorik bis zur Entscheidungsunterstützung für Netzbetreiber.

Projektlaufzeit:
01.11.2026 bis 31.10.2028

Projektleitung:
Herr Prof. Dr. Robert Täschner (WHZ)

Beteiligte Professuren der WHZ:

Prof. Dr. Robert Täschner, Prof. Dr. Peter Hartmann, Prof. Dr. Ulrich Walther, Prof. Dr. Mirko Bodach, Prof. Dr. Martin Dannemann, Prof. Dr. Christoph Laroque, Prof. Dr. Matthias Richter, Prof. Dr. Daniel Kretz

Die EU-Methanverordnung 2024/1787 verpflichtet Netzbetreiber zur Überwachung und Beseitigung von Leckagen. Gleichzeitig erhöht die Beimischung von Wasserstoff das Leckage- und Sicherheitsrisiko in bestehenden Erdgasnetzen. Ziel des Vorhabens ist daher ein konkreter systemischer Lösungsansatz zur Leckage-Detektion in Wasserstoff/Erdgas-Netzen, der auf drei Säulen aufbaut:

  1. Detektion von Wasserstoff: Entwicklung zweier sich ergänzender Sensorkonzepte, eines chipbasierten MOEMS-Sensors mit palladiumbeschichteten Photodioden und eines faseroptischen Sensors für die verteilte, ortsaufgelöste Messung.
  2. Systemauslegung: Untersuchung des Leckageverhaltens mittels Simulation (FEM, CFD) und an einem skalierten Rohrleitungstestfeld sowie Entwicklung einer energieeffizienten Elektronikplattform für autarke Sensorknoten.
  3. Datenauswertung und Systemintegration: Statistische und KI-basierte Verfahren zur Echtzeit-Erkennung kritischer Zustände, zur Prognose von Wartungsbedarfen und zur Entscheidungsunterstützung auf Ebene des Gesamtnetzes.

Der Funktionsnachweis erfolgt an Demonstratoren und am Rohrleitungstestfeld der WHZ.

Die Forschungsgruppe Industry Analytics und Professor Laroque arbeiten im Arbeitspaket 3 „Datenauswertung und Systemintegration“ mit, mit Schwerpunkt auf der Entwicklung eines Entscheidungsunterstützungssystems (EUS) für das Gesamtsystem Wasserstoff/Erdgas-Netz. Dafür werden die Ergebnisse der Zustandserkennung, der Alterungsmodelle und der KI-basierten Predictive Maintenance in einer einheitlichen EUS-Umgebung zusammengeführt. Diese Umgebung visualisiert den Zustand des Gesamtnetzes und ermöglicht über analytische Interaktionsmuster die Bewertung von Risikosituationen bis auf Ebene einzelner Messstellen. Ergänzend werden Informationen aus bestehenden betrieblichen Informationssystemen eingebunden, um die Entscheidungsgrundlage für präventive Wartungsplanung und schnelle Intervention zu verbessern. Abschließend wird das System prototypisch umgesetzt und anhand realer und simulierter Daten validiert.

Prof. Dr. Christoph Laroque
Professur Wirtschaftsinformatik / Business Analytics 
christoph.laroque[at]whz.de

Adrian Rössl
Wissenschaftlicher Mitarbeiter
adrian.roessl.l41[at]whz.de