Więcej o Wiedzy
Dlaczego magazynujemy gaz

 

Podziemne magazyny gazu umożliwiają:

  • bilansowanie dostaw i poborów gazu dzięki magazynowaniu nadwyżek gazu w okresach zmniejszonego popytu i jego oddawanie w sytuacjach wzrostu zapotrzebowania na to paliwo,
  • zapewnienie stabilnej pracy kopalń gazu ziemnego poprzez odbiór wydobywanego gazu ziemnego, bez względu na aktualne zapotrzebowanie rynku na to paliwo,
  • zapewnienie stabilnej pracy gazowego systemu przesyłowego dzięki pokryciu potrzeb Operatora Systemu Przesyłowego w zakresie zdolności magazynowych,
  • utworzenie i utrzymywanie zapasów obowiązkowych gazu ziemnego zgodnie z wymogami Ustawy o zapasach,
  • optymalizację transakcji zakupów i sprzedaży gazu ziemnego pod kątem zmienności jego cen,
  • bezpieczeństwo dostaw gazu (zdolność do realizacji zobowiązań kontraktowych przy stosunkowo stałych kontraktach zakupowych i zmiennym zapotrzebowaniu na gaz ziemny odbiorców),
  • wywiązywanie się ze zobowiązań zakupu minimalnych ilości gazu ziemnego w określonym czasie (obligacje typu take or pay – bierz lub płać),
  • wsparcie energetyki wiatrowej poprzez umożliwienie dostarczania energii elektrycznej produkowanej w oparciu o gaz ziemny w okresach, gdy wiatr nie wieje z odpowiednia siłą.
Historia magazynowania gazu w Polsce

Historia podziemnego magazynowania gazu ziemnego w Polsce rozpoczęła się w 1954 roku w częściowo wyeksploatowanym złożu gazu ziemnego Roztoki znajdującym się koło Jasła.

PMG Roztoki był pierwszym podziemnym magazynem gazu w Polsce, a zarazem jednym z pierwszych w Europie.

Szybki rozwój PMG w Polsce rozpoczął się w 1979 r., w którym rozpoczęto eksploatację PMG Brzeźnica oraz PMG Swarzów. W dalszej kolejności do eksploatacji były włączane PMG Strachocina, PMG Husów, PMG Wierzchowice oraz KPMG Mogilno i KPMG Kosakowo.

Lata, w których poszczególne podziemne magazyny gazu w Polsce były włączane do eksploatacji zostały przedstawione poniżej.

1954 magazyn gazu w sczerpanym złożu gazu Roztoki koło Jasła, eksploatacja PMG w latach 1954-1963 i 1976-1980
1979 PMG Brzeźnica, zatłaczanie gazu rozpoczęto w czerwcu
1979 PMG Swarzów, zatłaczanie gazu rozpoczęto w lipcu
1982 PMG Strachocina, zatłaczanie gazu rozpoczęto w maju
1987 PMG Husów, zatłaczanie gazu rozpoczęto w październiku
1995 PMG Wierzchowice, zatłaczanie gazu rozpoczęto w maju
1997 KPMG Mogilno
2013 KPMG Kosakowo
PMG Roztoki - pierwsze przemysłowe próby magazynowania gazu w częściowo wyeksploatowanym złożu gazu ziemnego w Europie

PMG Roztoki zlokalizowany był na terenie dzisiejszego województwa podkarpackiego w powiecie jasielskim. Geograficznie rejon ten położony jest w dolinie rzeki Jasiołki na obszarze Kotliny Jasielsko-Krośnieńskiej wchodzącej w skład Pogórza Środkowobeskidzkiego.

Informacje o złożu

Złoże wysokometanowego gazu ziemnego i ropy naftowej Roztoki-Sądkowa zostało odkryte w 1922 r. Pierwotne zasoby wydobywalne zostały udokumentowane w wysokości 692 mln m3 gazu.

Eksploatację złoża rozpoczęto w 1931 r. i trwała ona nieprzerwanie do 1954 r., kiedy to w związku z decyzją o budowie PMG wstrzymano eksploatację i przystąpiono do procesu magazynowania gazu. Stopień sczerpania pierwotnych zasobów wydobywalnych złoża w 1954 r. wyniósł ok. 92%.

Złoże ropno-gazowe na bloku Roztoki-Sądkowa, które zostało wykorzystane do magazynowania, powstało w fałdzie Potoka w utworach płaszczowiny śląskiej. Poziomem złożowym jest horyzont II piaskowców ciężkowickich wieku eoceńskiego. W złożu występuje strefa gazowa i ropna, które od spągu podparte są mało aktywną wodą złożową o charakterze okalająco-podścielającym. Poziom magazynowy izolowany jest od góry i od dołu łupkami warstw hieroglifowych i pstrych.

Podstawowe parametry horyzontu magazynowego:
Miąższość całkowita skały zbiornikowej [m] 60-80
Średnia porowatość geofizyczna skały zbiornikowej [%] 14
Średnia przepuszczalność geofizyczna skały zbiornikowej [mD] 55
Pierwotne ciśnienie denne statyczne w horyzoncie magazynowym [MPa] 11,38
Głębokość stropu horyzontu magazynowego [m] 1100-1300
Informacja o Magazynie
Rok rozpoczęcia eksploatacji PMG 1954
Rok zakończenia eksploatacji PMG 1980
Pojemność czynna [mln m3] 35,50
Ciśnienie głowicowe statyczne [MPa] 1,27-2,95
Jak magazynujemy gaz?

Gaz ziemny może być magazynowany na wiele sposobów, ale najpopularniejszym sposobem jego przechowywania jest wykorzystanie podziemnych magazynów:

  • w częściowo wyeksploatowanych złożach ropy naftowej i gazu ziemnego,
  • w warstwach wodonośnych,
  • w kawernach solnych.

 

Dodatkowo gaz może być magazynowany w:
  • zlikwidowanych kopalniach,
  • komorach skalnych.

Gaz ziemny może być również przechowywany w zbiornikach naziemnych.

 

Poniżej udział poszczególnych typów magazynów w łącznej pojemności czynnej magazynów na świecie:

Udział poszczególnych typów magazynów w łącznej pojemności czynnej magazynów na świecie

Magazyny w częściowo wyeksploatowanych złożach

 

Większość podziemnych magazynów gazu zlokalizowanych jest w częściowo wyeksploatowanych złożach ropy naftowej i gazu ziemnego.

Zalety magazynów w wyeksploatowanych złożach:

  1. Zazwyczaj mają połączenia z głównymi gazociągami.
  2. Na obszarze złoża istnieją już odwierty, które można wykorzystać oraz infrastruktura naziemna, co znacznie obniża koszty budowy magazynu.
  3. Budowa złoża jest dobrze znana poprzez wykonane wcześniej badania sejsmiczne, pobrane rdzenie z wykonanych odwiertów, przeprowadzone badania geofizyczne oraz historię wydobycia gazu ziemnego lub ropy naftowej.
  4. Mniejsze nakłady inwestycyjne na budowę PMG, dzięki istnieniu w złożu pewnych niewydobytych ilości gazu, które po przekształceniu złoża na magazyn będą stanowiły pojemność buforową (poduszkę gazową).

Wady magazynów w wyeksploatowanych złożach:

  1. Zazwyczaj tego typu magazyny są zdolne do wykonywania tylko jednego cyku napełniania i odbioru w ciągu roku.
  2. Otwory i infrastruktura naziemna takich złóż są zazwyczaj stosunkowo stare i wymagają kosztownych rekonstrukcji i remontów.

Pierwszy magazyn tego typu został zbudowany w 1916 roku w stanie Nowy Jork w USA.

Poniżej znajduje się wizualizacja podziemnego magazynu w częściowo sczerpanym złożu:

Magazyn w sczerpanym złożuŹródło: GSP

Magazyny w strukturach zawodnionych

 

Istnieje wiele podziemnych magazynów gazu zlokalizowanych w strukturach zawodnionych. Mogą one być wykorzystane na podziemne magazyny, gdy warstwa wodonośna przykryta jest nieprzepuszczalną warstwą skał i tworzy tzw. pułapkę geologiczną. Znalezienie odpowiedniej struktury zawodnionej poprzedzone jest pracami poszukiwawczymi i rozpoznawczymi. Podziemne magazyny gazu utworzone w warstwach zawodnionych wymagają z reguły utworzenia większej pojemności buforowej (poduszki gazowej), dokładniejszego monitorowania procesów zatłaczania i odbioru gazu z magazynu oraz kontroli szczelności struktury.

Nie istnieje również infrastruktura techniczna, taka jak odwierty, rurociągi, instalacje osuszające, sprężarki itp. W porównaniu
z magazynami w wyeksploatowanych złożach, magazyny w warstwach wodonośnych mogą wymagać sprężarek o większej
mocy i bardziej wydajnych urządzeń osuszających. Z drugiej strony, dzięki obecności wody, w takim magazynie panuje wyższe ciśnienie, co skutkuje możliwością uzyskiwania wyższych mocy odbioru gazu z magazynu. Ma to szczególną wagę w przypadku potrzeby nagłego dostarczania dużych ilości gazu do systemu gazowniczego.

Zalety magazynów w warstwach wodonośnych:

  1. Zazwyczaj znajdują się blisko końcowych odbiorców.
  2. Posiadają stosunkowo wysoką moc odbioru.
  3. Mają większą, niż w przypadku magazynów w wyeksploatowanych złożach, zdolność do wykonywania wielu cykli w sezonie.

Wady magazynów w warstwach wodonośnych:

  1. Wytypowanie odpowiedniej struktury wymaga kosztownych prac poszukiwawczych i rozpoznawczych.
  2. Istnieje ryzyko nieszczelności struktury.
  3. Większe koszty operacyjne, związane z wydobyciem i utylizacją wody.
  4. Istnieje konieczność utworzenia dużej poduszki gazowej.

Magazyny w warstwach wodonośnych zostały zastosowane po raz pierwszy w 1946 r. w Stanie Kentucky (USA). Większość magazynów tego typu eksploatowanych jest w Stanach Zjednoczonych, Francji oraz na terenach byłego Związku Radzieckiego.

Poniżej znajduje się wizualizacja podziemnego magazynu w warstwie wodonośnej:

Magazyn w warstwie wodonośnejŹródło: GSP

Magazyny w kawernach solnych

 

Magazyny zlokalizowane w kawernach solnych charakteryzują się bardzo wysokimi wartościami mocy zatłaczania i odbioru gazu w stosunku do pojemności czynnych. Zajmują one o wiele mniejszą powierzchnię niż pozostałe rodzaje magazynów. Wynika z tego o wiele łatwiejsze monitorowanie i obsługa magazynu. Również czas budowy jest krótszy. Budowa kawern solnych,
w przeliczeniu na otrzymaną pojemność czynną, jest bardziej kosztowna niż w przypadku wyeksploatowanych złóż ropy naftowej
i gazu ziemnego, czy warstw wodonośnych, natomiast w przeliczeniu na moc odbioru w odniesieniu do jednostki pojemności czynnej jest dużo tańsza niż inne typy magazynów.

Z drugiej strony magazyny w kawernach solnych mogą wykonywać wiele cykli zatłaczania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów w przeliczeniu na jednostkę zmagazynowanego gazu. Pomimo tego, iż są to magazyny najdroższe w budowie i utrzymaniu, to stanowią bardzo dobre zabezpieczenie w przypadku gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na gaz ziemny. Są również bardziej przydatne w regulowaniu krótkotrwałych wahań popytu, zarówno w skali ogólnokrajowej, jak i lokalnej.

Zalety magazynów w kawernach solnych to:

  • niewielki stosunek gazu buforowego do całkowitej pojemności magazynu,
  • bardzo duża moc zatłaczania i odbioru (o wiele większa niż w przypadku magazynów w wyeksploatowanych złożach i warstwach wodonośnych),
  • zdolność do wykonywania wielu cykli napełniania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na równoważenie mniejszych wahań popytu i podaży gazu zimnego (np. dobowych),
  • niskie ryzyko nieszczelności magazynu.

Wady magazynów w kawernach solnych to:

  • wysokie nakłady inwestycyjne konieczne przy budowie tego typu magazynów,
  • wysokie koszty operacyjne,
  • ograniczone możliwości zagospodarowania lub zrzutu solanki powstającej w czasie ługowania kawern,
  • utrata pojemności czynnej w wyniku konwergencji.

Magazyn tego typu zastosowano po raz pierwszy w 1961 roku w USA w Stanie Michigan.
Poniżej znajduje się wizualizacja podziemnego magazynu w kawernach solnych:

Magazyn w kawernach solnychŹródło: GSP

Bezpieczeństwo energetyczne a Podziemne Magazyny Gazu

Podziemne Magazyny Gazu Ziemnego pełnią istotną rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa energetycznego kraju, dzięki możliwości utrzymywania zapasów obowiązkowych gazu ziemnego oraz zapasów handlowych i zwiększają niezależność energetyczną naszego państwa w okresie szczytowego zapotrzebowania na gaz ziemny.

Schemat zatłaczania i odbioru gazu do i z PMG

Schemat zatłaczania

Zatłaczanie gazu z gazociągu przesyłowego do PMG
Zatłaczanie gazu do magazynu odbywa się w następujący sposób: gaz z gazociągu przesyłowego (9) kierowany jest na filtry
(8), których celem jest wychwycenie zanieczyszczeń stałych i płynnych, a następnie przechodzi na odcinek zdawczo-
pomiarowy (7). Po dokonaniu pomiarów gaz ziemny płynie do stacji sprężania gazu (5). Po sprężeniu gaz przechodzi
do chłodnic (6), w celu jego schłodzenia. Po schłodzeniu gaz przesyłany jest do stacji rozdziału gazu (3). Ze stacji rozdziału
gaz płynie do poszczególnych odwiertów (2), którymi zatłaczany jest do horyzontu magazynowego lub kawerny (1).

Oddawanie gazu z PMG do gazociągu przesyłowego
Podczas odbioru gaz z poszczególnych odwiertów (2) kierowany jest na stację rozdziału gazu (3), a następnie na instalację
osuszania gazu (4). Po osuszeniu strumień gazu kierowany jest do stacji sprężania gazu (5). Po sprężeniu gaz przechodzi
przez chłodnice gazu (6) do odcinka zdawczo-pomiarowego (7). Po dokonaniu pomiaru gaz oddawany jest do gazociągu
przesyłowego (9).

Zatłaczanie gazu z gazociągu przesyłowego do PMG w systemie bezsprężarkowym
Zatłaczanie gazu do magazynu odbywa się w następujący sposób: gaz z gazociągu przesyłowego (9) kierowany jest na filtry
(8), których celem jest wychwycenie zanieczyszczeń stałych i płynnych, a następnie przechodzi na odcinek zdawczo-
pomiarowy (7). Po dokonaniu pomiarów gaz ziemny płynie do stacji rozdziału gazu (3) i ze stacji rozdziału gaz płynie do
poszczególnych odwiertów (2), którymi zatłaczany jest do horyzontu magazynowego lub kawerny (1).

Oddawanie gazu z PMG do gazociągu przesyłowego w systemie bezsprężarkowym
Podczas odbioru gaz z poszczególnych odwiertów (2) kierowany jest na stację rozdziału gazu (3), a następnie na instalację
osuszania gazu (4). Stąd gaz płynie na odcinek zdawczo-pomiarowy (7). Po dokonaniu pomiaru gaz oddawany jest do
gazociągu przesyłowego (9).

Przykładowe schematy otworów i zdjęcia rdzeni

Rdzeń wiertniczy - wycinek skały w kształcie słupka cylindrycznego uzyskany na skutek przewiercania warstw skalnych za
pomocą świdra rdzeniowego. Uzyskiwany jest w otworach wiertniczych, podczas procesów badawczych geologii
inżynierskiej w celu poznania budowy geologicznej badanego obszaru. Pozwala między innymi na precyzyjne określenie
rodzaju skał, upadu warstw.

Przykładowe rdzenie wiertnicze pobrane w czasie wiercenia otworów eksploatacyjnych na podziemnym magazynie gazu:
Rdzenie wierniczeŹródło: GSP

Przykładowy schemat uzbrojenia otworu PMG wytworzonego w kawernach solnych:
Schemat uzbrojenia otworu PMGŹródło: GSP

Przykładowa konstrukcja otworu wiertniczego w Podziemnym Magazynie Gazu w częściowo wyeksploatowanym złożu gazu ziemnego:
Przykładowa konstrukcja otworu wiertniczego w Podziemnym Magazynie Gazu w częściowo wyeksploatowanym złożu gazu ziemnego

Przykładowy kształt kawerny magazynowej:
Przykładowy kształt kawerny magazynowejŹródło: GSP

Przykładowy kształt kawerny magazynowej:
Przykładowy kształt kawerny magazynowejŹródło: GSP

Złoża soli w Polsce

 

Na obszarze Polski występują dogodne warunki geologiczno-górnicze pozwalające projektować i budować wielkowymiarowe podziemne magazyny węglowodorów w złożach soli kamiennej. Sole kamienne występują w obrębie dwóch formacji salinarnych: górnopermskiej (cechsztyńskiej) i neogeńskiej (mioceńskiej). Ze względu na zasięg oraz uwarunkowania geologiczne i tektoniczne najkorzystniejsze warunki do budowy podziemnych magazynów gazu występują w obrębie cechsztyńskiej formacji salinarnej. Sole kamienne tej formacji występują jako złoża wysadowe lub pokładowe.

W Polsce udokumentowanych zostało jedenaście złóż wysadowych soli kamiennej (Wapno, Damasławek, Góra, Mogilno I, Moglino II, Lubień, Łanięta, Kłodawa Północ, Kłodawa Centrum, Kłodawa Południe, Rogóźno) oraz sześć pokładowych złóż soli kamiennej (Łeba, Mechelinki, Zatoka Pucka, Kazimierzów – Sieroszowice, Rybnik – Żory – Orzesze, Bytom Odrzański).

Wysadowe złoża soli kamiennych, ze względu na swoją formę geometryczną, mają ograniczony zasięg poziomy (do kilku kilometrów) i bardzo duże rozprzestrzenienie pionowe (do kilku tysięcy metrów). Ze względu na historię geologiczną, złoża wysadowe charakteryzują się skomplikowaną budową wewnętrzną.

Pokładowe złoża soli kamiennej mają bardzo duże rozprzestrzenienie poziome, natomiast ograniczony zasięg pionowy (ograniczona miąższość). Budowa rozpoznanych pokładowych złóż soli kamiennych jest względnie prosta, warstwy ułożone są poziomo lub nieznacznie nachylone i w niewielkim stopniu zaburzone. Miąższości pokładów są zróżnicowane i wahają się w przedziale od 200 do 300 metrów.

Złoża soli w Polsce

Mapa lokalizacyjna wysadowych i pokładowych złóż soli kamiennej oraz perspektywicznych obszarów
złożowych dla budowy magazynów podziemnych

Słownik pojęć