Aplikace numerického Anwendung modelování numerischer Modelle v podzemním bei der unterirdischen skladování plynu Speicherung von Gas Otto Severýn, Vladimír Onderka RWE Gas Storage s.r.o. Liberec, 14.2.2013
Obsah / Inhalt I. II.
Proč a jak skladujeme zemní plyn? Numerické modely a skladování plynu.
I.
Warum und wie speichern wir Erdgas? II. Numerische Modelle und Speicherung von Gas
2
Část I / Teil I Proč a jak skladujeme zemní plyn?
Warum und wie speichern wir Erdgas?
3
Motivace / Motivation Některé věci jsou již natolik samozřejmé, že o nich nepřemýšlíme. Například: • Velmi chladné zimní ráno. Otočím ovladačem plynového kotle na maximum. • Totéž skoro současně udělalo dalších 2.8 milionů odběratelů plynu v ČR. • Jak to, že se na všechny dostalo?
Manche Dinge sind schon so selbstverständlich, dass wir nicht mehr darüber nachdenken. Zum Beispiel: • Es ist ein sehr kühler Wintermorgen. Ich drehe den Knopf des Gaskessels auf den Höchstwert. • Dasselbe haben zur gleichen Zeit weitere 2,8 Millionen Gaskunden in Tschechien gemacht. • Wieso reicht es für alle?
4
Spotřeba zemního plynu a počasí / Erdgasverbrauch und Wetter • Zemní plyn v ČR používán převážně k vytápění, proto jeho spotřeba silně závisí na počasí. • Extrémy spotřeby plynu ČR v roce 2012: • 6.2., prům. teplota -14.1°C: 61.645 mil. sm3 • 4.8. , prům. teplota 20.4°C: 6.995 mil. sm3 Ale také: • 25.2., prům. teplota 5.1°C: 27.769 mil. sm3 • 24.9., prům. teplota 14.0°C: 14.292 mil. sm3 • Pramen: ERU (Energetický regulační úřad, www.eru.cz).
•Erdgas wird in Tschechien vorwiegend zum Heizen verwendet, weshalb sein Verbrauch stark vom Wetter abhängt. •Extremwerte im tschechischen Gasverbrauch im Jahr 2012: • 6. 2., Durchschnittstemperatur -14.1 °C: 61.645 Mill. sm3 • 4. 8., Durchschnittstemperatur 20.4 °C: 6.995 Mill. sm3 Aber auch: • 25. 2., Durchschnittstemperatur 5.1 °C: 27.769 Mill. sm3 • 24. 9., Durchschnittstemperatur 14.0 °C: 14.292 Mill. sm3 • Quelle: ERU (Energetisches Regelamt, www.eru.cz).
5
Množství plynu (mil. m3) / Gasmenge (Mill. m3)
Průměrná teplota (°C) C) / Durchschnittstemperatur ((°C)
Spotřeba plynu a denní teplota v roce 2011 / Gasverbrauch und Tagestemperaturen im Jahr 2011
Převzato z / übernommen aus [1]
Množství plynu (mil. m3) / Gasmenge (Mill. m3)
Struktura měsíční spotřeby dle typu odběratelů / Struktur des monatlichen Verbrauches je nach Abnehmertyp
Haushalte Kleinabnehmer Mittelabnehmer Großabnehmer Bilanzunterschied
Převzato z / übernommen aus [1]
Jak řešit výkyvy spotřeby? / Wie können Verbrauchsschwankungen ausgeglichen werden? •
•
•
Těžbou z domácích nalezišť zemního plynu či jiných zdrojů (bioplynové stanice)? – V podmínkách ČR nelze, kryjí max. 1.5% spotřeby. Využitím kapacity potrubí? – Používáno pro krytí výkyvů v rámci dne – max. 10 mil. sm3. Změnou dodávek? – Lze částečně pro měsíční rozdíly, nelze pro denní. Proč?
•Durch Abbau aus den heimischen Erdgas-Fundstätten oder aus anderen Quellen (Biogas-Stationen)? Ist in Tschechien nicht möglich, diese Quellen decken max. 1,5 % des Verbrauches. • Nutzung der Rohrkapazität? Wird zur Abdeckung der Schwankungen im Rahmen des Tages verwendet – max. 10 Mill. sm3. • Änderung der Liefermenge? Teilweise für monatliche Schwankungen möglich, nicht aber für Tagesschwankungen. Warum?
8
Většina plynu pro ČR se těží na poloostrově Jamal / Der Großteil des Erdgases für Tschechien wird auf der Halbinsel Jamal abgebaut
Doprava plynu dálkovými plynovody / Gastransport in Fern-Gasleitungen •
• •
Snaha o malé rychlosti proudění v potrubí (10-15 m/s) a velké tlaky. – Menší ztráty energie třením a turbulencemi. – Menší abraze potrubí mikroskopickými pevnými částicemi. 4500 km, 12.5 m/s (= 45 km/h) ⇒ 100 hodin. Dokážeme spolehlivě předpovídat počasí (teploty) na 4-5 dnů dopředu? Ne.
• Erstrebenswert sind langsame Strömungswerte in den Rohrleitungen (10–15 m/s) und große Drucke. • Geringere Energieverluste durch Reibung und Turbulenzen. • Geringere Abrasion der Rohrleitung durch mikroskopische Feststoffe. • 4500 km, 12.5 m/s (= 45 km/h) ⇒ 100 Stunden. • Können wir das Wetter (die Temperatur) verlässlich 4 bis 5 Tage im Voraus vorhersagen? Nein.
10
Řešení / Lösung •
Nutný dostatečně výkonný a regulovatelný zdroj plynu ve vzdálenosti do cca. 600km od místa spotřeby. • Takovýmito zdroji jsou Podzemní zásobníky plynu (PZP)
• Es ist eine ausreichend leistungsfähige und regulierbare Gasquelle notwendig, die bis zu ca. 600 km vom Verbraucher entfernt ist. • Eine solche Gasquelle sind Untertage-Gasspeicher (UGS)
11
Shrnutí, proč skladujeme plyn: / Zusammenfassung, warum wir Gas speichern: •
Pro pokrytí výkyvů ve spotřebě způsobených počasím. • Pro účely obchodování s plynem. • Pro pokrytí výkyvů ve spotřebě elektřiny – plynové elektrárny, v ČR zatím ještě ne. Proč neskladujeme plyn: • Jako strategické rezervy pro případ výpadku dovozu.
•Um vom Wetter verursachte Verbrauchsschwankungen auszugleichen. •Für Zwecke des Gashandels. •Für die Deckung von Schwankungen im Stromverbrauch – im Falle von Gaskraftwerken, sind in Tschechien noch nicht vorhanden. Warum wir Gas nicht speichern: •Als strategische Reserve für den Fall von Importausfällen.
12
Trendy ve skladování plynu / Trends in der Speicherung von Gas •
• • • •
„Břidlicový“ plyn v USA zcela změnil hru. – USA soběstačné na desetiletí. – Přebytek plynu na trhu (LNG). – Pružnější chování dodavatelů. Pokles cen za skladování Nové plynovody (Northstream, Southstream, Nabucco) Pronikání Gazpromu do Evropy (Heidach, Dambořice). OZE a výstavba plynových elektráren.
•Das „Schiefergas“ in den USA hat die Verhältnisse vollkommen geändert. •Die USA sind für Jahrzehnte selbständig. •Gasüberfluss auf dem Markt (LNG) •Flexibleres Verhalten der Lieferanten. •Absinken der Speicherpreise. •Neue Gasleitungen (Northstream, Southstream, Nabucco) •Ankunft von Gazprom in Europa (Heidach, Dambořice) •Erneuerbare Energiequellen und Bau von Gaskraftwerken.
13
Jak (resp. kde) skladujeme plyn? / Wie (bzw. wo) speichern wir Gas? 1. 2. 3. 4. 5.
Ve vytěžených ložiscích ropy / zemního plynu. Ve zvodnělých propustných vrstvách (akviferech). V solných kavernách. Jako LNG – tanky, skalní kaverny. Další způsoby okrajové – např. skalní kaverny pro plyn.
Typy 1. a 2. – v porézních horninách (póry mikroskopické velikosti), přirozené geologické struktury. Pro ČR nejdůležitější – 97% kapacity.
1. In abgebauten Erdöl- oder Erdgasfeldern. 2. In wasserführenden, durchlässigen Schichten (Aquiferen). 3. In Salzkavernen. 4. Als LNG in Tanks, Felskavernen. 5. Weitere vereinzelte Methoden – zum Beispiel Felskavernen für Gas. Typ 1. und 2. – in porösen Gesteinen (mikroskopische Poren) und natürlichen geologischen Strukturen. Wichtigste Typen für Tschechien – 97 % der Kapazität.
14
PZP ve vytěženém ložisku / UGS in einem ehemaligen Gas-/Ölfeld
Převzato z / übernommen aus [2]
PZP v akviferu / UGS in einem Aquifer
Převzato z / übernommen aus [2]
PZP v solných kavernách / UGS in Salzkavernen
Převzato z / übernommen aus [2]
PZP Háje u Příbrami – skalní kaverna – světový unikát / UGS in Háje u Příbrami – Felskaverne – weltweit einzigartig
Převzato z / übernommen aus [2]
Součásti PZP / Bestandteile eines UGS napojení na plynárenskou soustavu / Anschluss an das Gasleitungssystem
povrchová technologie / Oberflächentechnologie sondy / Sonden těsnicí nadložní vrstvy / abdichtende Dachschichten skladovací geologická struktura / geologische Speicherungsstruktur vodní zápolí / Wasser-Hintergrund
Převzato z / übernommen aus [2]
Základní parametry PZP / Basisparameter eines UGS Statické: • Celkové zásoby Gt [sm3] – Aktivní náplň (provozní zásoby) – Pasivní náplň (poduška) • Maximální výkon Qmax [sm3/den] • Rozsah pracovních tlaků pmax, pmin [MPa] • Počet sond Dynamické: • Zásoby G [sm3] • Dosažitelný výkon Q [sm3/den] • Ložiskový tlak plož [MPa]
Statisch: • Gesamtvorräte Gt [sm3] • Arbeitsgasvolumen (Betriebsvorräte) • Kissengasvolumen • Höchstleistung Qmax [sm3/den] • Umfang der Arbeitsdrucke pmax, pmin [MPa] • Anzahl der Sonden Dynamisch: • Vorräte G [sm3] • Erreichbare Leistung Q [sm3/den] • Lagerstättendruck plož [MPa]
20
Zdroje a literatura / Quellennachweis [1] kolektiv autorů: Roční zpráva o dodávkách a spotřebách zemního plynu v plynárenské soustavě ČR 2011, ERÚ, 2012. / Autorenkollektiv: Jahresbericht über die Lieferungen und den Verbrauch von Erdgas im tschechischen Gassystem 2011, ERÚ, 2012. [2] Zákopčan M.: Podzemní zásobníky plynu. Studijní materiály pro postgraduální studium, VŠB TU Ostrava, 2003. / Zákopčan, M.: Unterirdische Gasspeicher. Studienmaterialien für das postgraduale Studium. VŠB TU Ostrava, 2003.
21
