Index of /rozprawy2/10836

Model optymalizacyjny napełniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

Spis treści

Podziękowania ... i Spis treści ... ii Spis rysunków ... v Spis tabel ... vii Spis załączników ... x

Nomenklatura ... xiii Wstęp ... 1

1 Wprowadzenie ... 3

1.1 Rola PMG w krajowym systemie gazowniczym ... 3

1.2 Charakterystyka różnych rodzajów PMG ... 4

1.3 Podziemne magazyny gazu w Polsce ... 7

2 Kawernowy podziemny magazyn gazu .. Mogilno" ... 9

2.1 Warunki geologiczne ... 10

2.2 Parametry techniczne PMG w kawernach solnych ... 12

2.2.1 Ciśnienia magazynowania ... 13

2.2.2 Pojemności magazynowania ... 15 2.3 Część górnicza ... . 16

2.3.1 Instalacja ługownicza ... 16

2.3.2 Proces budowy komory magazynowej ... 17 2.3.3 Parametry techniczne KPMG .. Mogilno" ... 18 2.4 Część gazownicza (instalacja napowierzchniowa) ... 20

2.4.1 Instalacja technologiczna ... 21

2.5 Technologia eksploatacji KPMG ... 25

2.5.1 Pierwsze napełnianie komory magazynowej ... 25

2.5.2 Zatłaczanie gazu do komór magazynowych ... 25

2.5.3 Odbiór gazu z komór magazynowych ... 27

2.5.4 Przestój technologizny ... 28

3 Ekonomika eksploatacji kawernowych podziemnych magazynów gazu ... 30 3.1 Koszty eksploatacji podziemnych magazynów gazu w kawernach solnych na przykładzie KPMG "Mogilno" ... 30

3.1.1 Koszty umownie stałe ... 33

Model optymalizacyjny napełniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

4 Przemiany termodynamiczne w procesie zatłaczania gazu do komór magazynowych ... 39

4.1 Zjawiska termodynamiczne występujące w kawernie magazynowej ... 39

4.2 Przemiany termodynamiczne w procesie sprężania gazu ... 41

4.2.1 Faktyczna temperatura na wylocie sprężarki... ... 42

4.2.2 Równania termodynamiczne dla odwiertu ... 43

4.2.3 Równanie Bernoulliego ... 43

4.2.4 Równanie bilansu energii ... 44

4.2.5 Równania termodynamiczne dla kawerny ... 45

4.2.6 Bilans masy ... 45

4.2.7 Bilans energii ... 46

4.2.8 Geometria komory magazynowej ...•... 50

4.2.9 Procedury obliczania parametrów mieszaniny gazowej ...•... 52

S Funkcja zużycia gazu paliwowego ... 59

5.1 Stacje sprężania gazu ... 59

5.1.1 Sprężarka tłokowa ...•... 59

5.1.2 Sprężarki odśrodkowe ... 62

5.1.3 Szczegółowa specyfikacja warunków roboczych sprężarek ... 72

5.1.4 Możliwe konfigurację sprężarek przy zatłaczaniu gazu do komór magazynowych ... 77

5.2 Funkcja zużycie gazu paliwowego ... 78 5.3 Aproksymacje funkcji zużycia gazu paliwowego ...••... 79

5.3.1 Funkcja aproksymująca ... 79

6 Funkcja utraty objętości geometrycznej komór magazynowych na skutek zjawiska konwergencji 85 6.1 Zjawisko konwergencji ... 85

6.2 Funkcja utraty objętości geometrycznej komór magazynowych ... 86

7 Opis modelu matematycznego ... 88

7.1 Model optymalizacyjny zatłaczania gazu do komór magazynowych-Optln ... 88

7.2 Funkcja minimalizująca zużycie gazu paliwowego ... 89

7.3 Funkcja celu minimalizująca koszt zatłaczania gazu do komór magazynowych ... 90

7.3.1 Wartość początkowa oraz zmiana wartości pieniężnej komory magazynowej ... 90

7.3.2 Funkcja celu minimalizująca koszt zatłaczania gazu do komór magazynowych ... 91

7.4 Algebraiczne sformułowanie problemu ... 98

7.4.1 Analiza problemu optymalizacyjnego ... 102

7.4.2 Algorytm zachłanny i optymalizacja strategii zatłaczania gazu do komór magazynowych ... 103

iii

Model optymalizacyjny napełniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

8 Algorytm symulacji pracy pracy magazynu w czasie zatłaczania gazu do komór magazynowych

106

8.1 Modele symulujące procesy termodynamiczne zachodzące w trakcie eksploatacji PMG w

kawernach solnych ... 108

8.2 Budowa modelu Geo-Term ... 110 8.3 Obliczenie temperatury zatłaczanego gazu- model Templn ... 111

8.4 Opis własności gazu magazynowanego w KPMG Mogilno ... 112

8.4.1 Skład gazu ... 112

8.5 Dane wejściowe ... 114

8.5.1 Parametry termodynamiczne dla kroku zerowego ... 115

8.6 Schemat blokowy oraz procedura podprogramu GeoTerm ... 119

8.7 Weryfikacja modelu GeoTerm ... 124

9 Ocena modelu-porównanie wyników symulacji z historycznymi danymi. ... 130

9.1 l krok czasowy ... 130

9.2 12 kroków czasowych (l doba magazynowa) ... 139

10 Podsumowanie i wnioski ... 159

11 Literatura ... 165

Załączniki ... 173

iv

Model optymalizacyjny napetniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

Wstęp

K

a

we

m

owy

p

od

z

i

em

n

y

maga

z

yn

ga

zu

(KP

M

G)

M

og

iln

o

składa się

z

s

ze

r

e

g

u

komór

mag

az

y

n

owych

wytwo

rz

o

n

yc

h

na

różnych głębokościach

i

ch

a

r

a

k

t

erystyce. W

d

o

t

yc

h

c

z

asowe

j

p

r

akt

yce

e

k

s

p

l

o

a

t

acyjne

j

s

u

ge

ruj

e

o

różnej

się,

aby

w

p

i

erws

z

ej

kolejności zatłaczać k

omory o

dużej

ko

n

werge

n

c

j

i

[

2

1

,22,23],

następnie

o

m

n

i

ejs

z

e

j

, a

n

a

końcu k

omo

r

y

najpłycej leżące.

W p

r

oces

i

e od

d

awan

i

a ga

zu z k

omó

r

maga

z

y

n

owych syt

u

acj

a j

es

t

odw

r

ot

n

a

.

W

p

ro

j

ekc

i

e

[

1

08]

podjęto próbę

m

in

i

ma

l

i

z

acj

i

s

t

rat

pojemności wywołanych konwergencją.

Jedna

k

op

t

yma

l

iz

acja

uwzględniająca

ty

lk

o

zj

aw

i

s

k

o konwerge

n

cj

i

ko

m

ór

maga

z

y

n

owych

n

i

e

jest

i

deal

n

ym

rozwiązaniem. Może okazać się, że

ut

rzyma

n

ie

reżimu

e

k

s

p

l

oa

t

ac

j

i

minimalizującej

efekt

z

mn

i

ejszan

i

a

się objętości

k

o

m

ó

r

maga

z

ynowyc

h

powodu

j

e w

z

ros

t

kos

z

t

ów p

r

acy

in

s

t

a

l

acj

i

napow

i

e

rz

c

hn

iowe

j

(ga

z

ow

n

i

c

z

e

j

).

Wiąże się

to

z f

a

k

te

m

,

iż zatłaczanie

ga

z

u

do

k

omó

r

najgłębszych

wy

m

aga

większych

mocy

kompresorów.

N

ato

m

i

as

t

w

[

4] a

ut

o

rz

y

próbują podać

za

rys

spec

j

a

l

n

ego

zarządzania eksploatacją

p

od

zi

em

n

ego

m

aga

z

y

n

u

gazu w

kawe

rn

ach so

l

nyc

h

. W

a

rty

ku

le sk

u

p

i

o

n

o

się na

o

p

t

yma

ln

y

m

wyko

rz

ys

t

an

i

u

zaso

b

ów geo

l

og

i

c

z

nych

o

r

a

z

m

i

nim

a

li

z

acj

i

kos

zt

ów

związanych

z

instalacją gazowniczą n

ie ty

l

k

o

każdej

i

n

dyw

i

dua

l

ne

j

k

awe

rn

y,

a

le

także

ca

l

ego o

b

i

ekt

u

ora

z

m

i

n

ima

li

z

ac

j

i

kos

z

tów eksp

l

oatacj

i

p

od

zi

e

m

nego

maga

z

y

n

u

ga

zu

.

Z

ko

l

e

i

,

p

race

nad

r

ozwo

j

em a

l

gmytmów o

p

ty

m

a

li

z

acj

i

d

l

a

mini

ma

l

i

z

acj

i

zużycia

gazu pa

li

wowego w s

t

a

ni

e

usta

l

o

n

ym s

i

eci

przesyłowych

ga

zu

,

sięgają

do pracy

[

1

23

]

z

1

968,

w

kt

óre

j

z

as

t

osowano

technikę

p

r

ogramowa

n

i

a dynam

i

cz

n

ego (PD) d

l

a p

r

os

t

ego

p

rz

ypadku rury

bez

odgałęzień.

W

bliższych

c

z

asac

h

[35

]

z

a

p

re

z

e

n

towa

n

o a

l

goryt

m P

D,

k

t

óry

obsługuje

t

opo

log

i

e

s

i

eci

ga

z

owe

j

z

bocznym

i

odgałęzieniami

i

włącza

do mode

l

u

z

m

i

e

nn

e decy

z

y

j

n

e

reprezentujące liczbę

j

ed

n

os

t

e

k

sprężania, żeby prowadzić

eks

p

l

oa

t

ac

j

e

każdej tłoczni.

Z

k

o

l

e

i

w pracy

[

6

]

rozwinięto

n

i

es

e

kwe

n

cy

j

n

y

a

l

go

r

ytm PD

do obsług

i zapętlonych

s

i

ec

i

, gd

zi

e

masowe

natężenie przepływu

jes

t

stałe.

W

[

79]

zajęto się

p

r

ob

l

emem op

t

yma

li

z

ac

j

i

s

i

eci

zawierającej pętle

p

rz

y

użyciu

me

t

ody GRG

(

z

ang

.

ge

n

e

r

a

l

i

z

ed

reduced

g

r

ad

ie

n

t)

Ponieważ

me

t

od

a

G

R

G opa

rt

a

j

es

t

na

ana

l

iz

i

e grad

i

e

n

t

u,

to

n

i

e daje o

n

a

gwarancji

z

n

a

l

e

z

i

e

n

i

a

g

l

oba

l

nego

o

p

tim

u

m,

zwłaszcza

w

obecności

z

m

i

e

nn

ych

decy

z

yj

n

yc

h

dyskret

n

yc

h

.

W

[

1

24

]

,

W

u

i

i

n

. p

rz

eds

t

aw

ili

m

ode

l

mate

m

atycz

n

y d

l

a

m

i

ni

ma

liz

ac

j

i

zużycia

gazu pa

l

iwowego

w jed

n

e

j

j

ednos

t

ce

sprężarki.

N

iek

t

ó

r

e

właściwości

b

adane

w

te

j

pracy

zostały

r

ozs

z

e

rz

one

do

obsługi

stacj

i

sprężania

z

w

i

e

l

o

m

a agregatam

i

(jednost

k

am

i

)

sprężania.

T

ec

hn

i

k

i

op

t

yma

l

iz

acj

i

zostały również

z

astosowa

n

e do mode

li

ni

e

u

sta

l

onyc

h

[

74],

[76],

i p

r

o

j

e

k

towan

i

a s

i

ec

i

[75

]

.

Model optymalizacyjny napełniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

Sprężarki napędzane

pa

l

iwem

gazowym przy

zatłaczaniu

ga

zu

do

komór

magazy

n

owych

zużywają

pew

i

en

procent

tr

a

n

spo

rt

owanego gaz

u

.

Sytuacja

t

aka

występuje również

w KPMG

Mogil

n

o,

gdz

i

e

i

n

s

t

a

l

acja

może transportować

do

4

00

tysięcy

m

3

_/

_{godz gazu}

_z

_i

_emnego,

_z

_czego

_około

₁

_-

_3%

_je

_{st wykorzys}

_t

_ywa

_n

_e

_przez

_s

_t

_ac

_j

_e

sprężarek,

w

zależności

od

zarządzania pracą sprężarek.

W

świetle zbliżającej się

li

be

r

a

li

zacji rynku gazu,

składowanie

w

podz

i

e

m

nyc

h

magazy

n

ach

gazu

traktować należy,

j

ako

działalność komercyjną, zapewniającą

zysk

i

nwesto

r

om.

Gaz pa

l

i

wowy

zużywany

na potrzeby

pracy podz

i

emnego

maga

z

ynu gazu,

głównie

przez

pracę sprężarek

przy

zatłaczaniu

ga

zu

do maga

z

y

n

u,

będzie musiał być dokładnie

roz

li

czany

i

kupowany

po cenach rynkowych

.

W

kon

k

ur

e

n

cyjnym rynku gaz

u

optyma

li

zacja

t

echn

i

cz

n

o

-

eko

n

om

icz

na p

r

acy podz

i

e

m

nego

ma

ga

z

ynu gazu nab

ie

ra

s

z

czegó

lneg

o

zna

cze

n

ia.

Zl

i

be

r

a

li

zowany

ry

nek

wy

ma

ga, aby opera

t

or

podz

i

em

ne

go

magazy

nu

gaz

u

zarządzał eksploatacją

w

sposób

naj

ba

r

d

z

iej

efe

kt

yw

n

y,

wpływający

na

opłacalność świadczenia usług

magazy

n

owan

i

a

.

W

n

iniej

s

zej

p

r

acy

p

rze

dstaw

i

ono

zbudo

wany

przez

a

ut

ora

mode

l

optyma

li

zacyjny

m

in

i

mal

i

za

cj

i

koszt

u

zatłaczania

ga

zu

do

komór

magazynowyc

h

,

poprzez

optymalizację zużycia

gazu pa

liwowego oraz

zja

w

i

ska

konwergencj

i

podz

i

e

m

nych kawe

rn

so

l

n

ych

.

D

o wy

zn

aczen

i

a opty

maln

ej s

t

rateg

i

i

zatłaczania

wyko

rz

ysta

n

o

optymalizację

wieloetapową.

Z

god

ni

e

z

wiedzą

autora,

jest to

p

i

erws

z

y

te

go typu a

l

gorytm

(sterujący

p

r

ocesem

zatłaczania

ga

zu

do

komór magazynowych), który

został

zaproponowany

w po

n

ad t

rz

ydz

ies

t

o

l

et

n

i

ej

h

i

sto

r

ii

badań

w

zakresie

ste

r

owan

i

a

pracą

kawernowych

podz

i

e

m

nych magazynów ga

zu

.

Celem

n

iniej

s

zej

pracy

jest po

p

i

erws

z

e przeana

li

zowanie kosztów eksp

l

oa

t

acj

i

kawernowych

podz

i

emnych

ma

ga

z

y

n

ów ga

zu

(rozdział

3),

następnie

przedstawienie

p

rz

e

m

i

an

t

e

rm

ody

n

a

mi

cz

n

ych

zachodzących

podczas

zatłaczania

ga

zu

do

komór

magazy

n

owych

(rozdział

4).

K

o

l

ejny

rozdział

(5)

p

rzed

s

t

awi

a

pods

t

awowy

mode

l

ma

t

ema

t

ycz

n

y

działania

s

t

acji

sprężania

ga

zu

wra

z z

funkcją zużyda

gazu

pa

li

wowego.

Zj

aw

is

k

o ko

n

we

rge

nc

j

i

wra

z z

funkcją

u

tra

t

y

objętości

komory magazy

n

owej

z

najd

uje

się

w

r

ozd

zi

a

l

e

6. Na podstaw

i

e

badań,

p

rze

dstaw

i

ony

został

w ko

lejnym

r

ozdz

i

a

l

e (7)

m

ode

l

matematycz

n

y

problemu

m

i

n

i

ma

l

iza

cj

i

kosztu

zatłaczania

gazu

do

k

o

m

ór magazynowych,

optymalizujący

koszt

zużytego

gazu

pa

li

wowego ora

z zja

w

i

sko

konwergencj

i

komór

maga

z

y

n

owych

.

Rozdział

8

przeds

t

awia nato

m

i

as

t

al

gorytm op

t

yma

l

i

za

t

ora Optl

n.

W ro

zdzi

a

l

e 9 p

reze

ntowana

j

es

t

ap

lik

acja mode

lu

d

l

a

je

dnego

kroku

c

z

asowego

czy

l

i

dwóch

god

z

i

n

o

r

az d

l

a

j

edne

j

doby

ma

gazy

n

owe

j.

W

t

ym

rozdzi

a

le strategia

s

u

ge

r

owana p

rz

ez Sym

u

l

a

t

or

Optln

I

i

Op

tln

II porównywana

j

es

t

z

h

is

t

oryc

zn

ym

i

decy

z

jam

i

dyspozyto

r

a

.

Praca

kończy się

podsumowaniem

i

w

ni

oskami.

Ws

z

ys

t

k

ie

p

rog

ramy

kompu

t

erowe

wy

k

o

rz

ys

tane

do

budowy

m

ode

l

u

optyma

li

zacyjnego

zostały

napi

sa

ne

p

rz

ez au

t

o

r

a

pracy.

2

M

ode

l

optymalizacy

jn

y

napełniania

kawernowego

m

agazynu ga

zu Mogil

n

o

1 Wprowadzenie

1.

1

Ro

l

a PMG

w krajowym syste

mi

e gazowniczym

Z

g

odn

i

e z

p

ro

gno

z

a

m

i

Międzynarodowej

A

g

e

n

cji

E

n

e

r

g

i

i

p

r

ze

w

i

du

j

e

się, że

w

najbliższych

dek

a

dach

n

i

e

będzie

k

o

nku

ren

cj

i

dla gazu

z

i

em

ne

go,

kt

óry obo

k r

o

p

y

n

a

ftowe

j

,

j

es

t

pods

t

a

wowym

p

a

li

wem

i

źródłem

ene

rg

ii

p

raktycz

ni

e

na

całym świecie.

T

ru

d

n

a

dostępność

do

t

ech

n

o

l

ogii

n

i

skoem

is

yj

n

ych o

r

a

z

niższa emisyjność

g

azu

o

d r

opy

i

węgla

s

p

owo

du

je

w

zr

os

t z

a

p

o

t

r

z

e

b

owa

ni

a

n

a ga

z zi

em

n

y

.

O

zn

acz

a

t

o w

zr

ost

n

a

po

z

i

omi

e

o

k

.

1

,

5

%

r

oc

z

ni

e

.

Ten w

zr

os

t

zużycia

g

azu

związany

j

es

t

z

wyko

rz

ys

tan

i

e

m

gazu

z

i

em

n

ego

jak

o pa

li

wa

e

ko

l

og

ic

zn

i

e c

z

ys

t

ego, w

dz

ied

z

i

ni

e

ciepłownictwa,

do

p

rod

uk

cj

i e

ner

g

i

i

elekt

ry

c

zn

e

j.

W

załączniku nr l znajduję

z

p

r

ogno

z

a w

zr

ost

u

udziału

gazu

z

i

e

m

nego

jak

o

źródła

e

n

e

r

g

i

i pi

e

r

wot

n

e

j

ogółem

nato

m

i

a

s

t

w

załączniku

nr

2

znaj

d

uje

się

za

pot

rz

ebow

a

ni

e

n

a

energię pierwotną

w

P

o

l

sc

e akt

ual

n

e w

r

a

z z

prognozą

do 2030 r.

Co więcej,

w

ciągu najbliższych

dw

u

d

z

i

e

st

u

,

t

rz

yd

z

i

e

st

u l

a

t

może

o

n

zająć

m

i

e

j

sce

r

o

p

y

n

a

ft

ow

ej j

a

k

o

główne światowe źródło

en

e

rg

ii

,

kt

óre

może odegrać rolę

pa

l

i

wa

przejściowego pomiędzy erą

pa

liw ko

pa

lnyc

h

, a

erą solarno-wodorową.

E

nerg

ia

jest koni

ec

zn

ym wa

ru

n

k

i

em ro

z

wo

ju

,

d

o

b

robytu

i

bezpieczeństwa

Państwa.

Z

apewn

i

e

ni

a stab

il

n

yc

h d

os

ta

w e

n

e

r

g

ii

ma

k

l

u

czowe

zn

acz

e

n

i

e d

l

a sta

bi

l

n

ego

ro

z

woj

u

gospo

da

r

ki

a

także

z

aspoko

je

n

i

a

fu

n

d

a

me

nt

a

lnyc

h

po

t

r

z

eb o

b

ywa

te

li.

Zn

ac

zn

y

w

zro

s

t

zużycia

ga

zu prz

e

z

energetykę

i

s

ekt

o

r

kom

unal

ny

s

p

ow

odu

je

is

t

ot

n

e

zwiększenie nierówności zużycia

gazu w

ciągu

ro

k

u

(nierówność

se

z

o

n

ow

a

: w

i

os

n

a

-

l

a

t

o ora

z

jesień­

zi

ma), a

na

we

t

w

ciągu

d

n

i

a

(nierówność

okresowa)

.

Konieczność

z

abe

z

pi

e

c

z

e

ni

a tyc

h

s

z

c

z

ytowych

zapotrzebowań wymuszać będzie

r

o

z

wó

j

ba

z

y

p

od

z

i

em

n

yc

h ma

ga

z

y

n

ów

gazu (PMG) w w

i

e

lu

kr

a

j

a

c

h

w

t

ym

również

w P

o

l

sce

[

24,

4

9, 86

]

.

P

od

sta

wowym

za

d

an

i

em

PM

G

j

est

kompe

n

sacja

n

i

e

równom

i

ernego pobor

u

ga

zu

z s

ys

t

em

u

i

s

zczyt

owego

zużycia

ga

zu

.

Z

a

da

n

i

e

m

P

MG

jest

wyrów

n

ywa

n

i

e

różnic

pomiędzy podażą,

a

p

o

p

ytem

z

a

p

o

t

r

z

ebow

a

n

i

a

g

azu.

Bu

d

owa

ni

e

d

o

datk

owych

gazociągów pracujących

w okres

a

c

h

s

z

c

z

ytowych

j

es

t

k

os

zt

owne,

b

a

r

d

z

i

ej e

k

onom

i

c

zn

a

j

e

st

bud

owa

PMG

. W okr

e

si

e

w

i

o

s

e

nn

o

-l

e

t

n

im

gdy

zużycie

ga

zu

jest

małe,

ga

z

może być

zatłaczany

d

o

istniejących

P

MG,

a

w ok

re

s

i

e

j

es

ienn

o

-z

i

mowym

ki

edy

gwałtownie

w

zr

as

ta

zużycie

gazu,

zwłaszcza

dl

a ce

l

ów og

rz

ew

an

i

a i

występują duże nierównomierności

z

apo

t

rz

ebow

an

i

a

ga

z m

oże być

odb

i

e

r

a

n

y

z

maga

z

yn

u [

2

4

,25

]

.

W s

t

ru

kt

urze

za

o

pa

t

rz

en

i

a w ga

z zi

e

m

ny

Polskę,

ga

z

pochodzący

z

krajow

e

go

wydo

b

yc

i

a

wy

n

os

i

o

k

. 28%.

Resztę

gazu

spr

owa

dz

a

m

y

z

zewnątrz głównie

z

R

osji

(o

k

.

5

9%). W st

ru

kt

urze

zużycia

gazu

z

i

e

m

ne

go w Po

l

s

ce

znacząca rolę odgrywają

zakłady

az

o

t

owe o

r

a

z

e

l

e

k

t

ro

w

n

i

e

i

elektrociepłownie

o

dp

ow

i

ed

ni

o

1

5,

5

%

ora

z

8%

Model optymalizacyjny napełniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

zie

m

n

y

Polskę,

na

przestrzen

i J

at 2005

-20

11

[

25

]

.

W

kolejn

ym

załączniku

(

n

r

5)

znajduje

się zależność

wybranych

państw

od

i

m

po

rt

u

nośników

energ

ii.

Polska

ze

wskaźnikiem

32%

znajduję się w czołówce Państw

n

a

jmniej

zależnych

od

i

mport

u

nośników

energ

ii

(głownie dzięki dużemu

wydo

b

yc

i

u

węgla

kam

i

ennego). Obecna

pojemność

PMG

w

P

o

ls

ce

z

aspokaja

13,7

% roc

znego

zużycia

gazu.

Załącznik

n

r

6

p

rzedsta

w

i

a

możliwości

po

kryc

i

a

roc

zne

go

z

apo

trzeb

owan

i

a

na

gaz

ziem

ny

przez

pod

ziem

ne

ma

ga

z

y

n

y ga

zu

dl

a wybra

n

ych

państw.

Na

t

om

i

as

t

w

załączniku

nr

7

p

rzed

s

t

awione

jest z

estaw

ieni

e

pos

i

adanych przez

wy

b

rane

państwa pojemności

maga

z

y

n

owych

z

odsetk

i

em

własnego

gazu

z

iemnego w

zużyciu ogółem.

W

świetle

s

z

ac

unko

wych ocen

pokrycie zapotrzebowan

i

a

n

a

PM

G

będzie się zwiększało.

W

związku

z

powyższymi

dany

m

i

op

r

ócz dywersyfikacj

i

dostaw

gazu drugim

n

i

e

m

n

i

e

j

istotnym problemem

d

l

a

P

o

l

sk

i

jest ro

zb

udowa

systemu gazown

i

czego

wra

z

z

bazą

PM

G, aby byto

możliwe przyjęcie

gazu

pozyskanego z

inn

ych

źródeł

z zewnątrz.

Nasz

kra

j ma

boga

te

doświadczenie

w obsza

rze

podziemnego

magazy

no

wa

n

i

a

gazu

z

i

emnego; p

i

erwszy

PMG

w

E

uropie

powstał

w

1

954

r

ok

u

w

Po

l

sce

-

PM

G

Roztoki.

Był

t

o

magazyn

w sczerpa

n

ym

złożu

ga

zu

z

i

emnego. Natomiast

w

1

956

r

o

ku

we

Francji

powstał

p

i

erwszy

w

Europie

PMG

w strukt

u

r

ze za

wod

n

ionej

[

44]

.

1.2 Charakterystyka

różnych

rodzajów PMG

Podziemne

maga

z

y

n

y

gazu

są

z

b

i

o

rn

i

kam

i

ga

zu z

i

emnego

b

u

dowa

n

ym

i n

a

pot

rzeb

y s

tabil

i

z

acj

i

systemu

przesyłowego.

Z

uwag

i n

a

konieczność

ma

ga

z

y

no

wa

n

i

a

ilości rzędu

na

we

t

m

ili

a

r

dów .m

3_,

_najbardz

_i

_{ej efektywne}

_jest

_wykorzys

_t

_an

_i

_e

_ma

_ga

_z

_y

_n

_ów

pod

zi

e

m

nych.

Jako

PMG

mogą służyć

n

a

t

u

r

a

lne

f

ormacje geo

l

og

i

cz

ne

l

u

b

zbi

orn

iki

sz

t

uczne.

P

odz

i

emne

m

aga

z

y

n

y ga

zu

można podzielić

na

następujące

rodza

je

ob

i

ektów:

w sczerpa

n

yc

h

złożach

gazu

zie

m

neg

o

l

ub

ropy

naftowe

j

,

w warstwach

wodonośnych

(aq

uif

er),

w

k

awernach

so

l

nych w

złożu

so

li

,

w wyeksp

l

o

a

towa

n

ych

k

opa

l

n

i

ac

h

węgla

kam

i

e

nne

go

lub

grotach ska

l

nyc

h

.

PMG w sczerpanych złożach gazu.

Jest

t

o

najbardziej

ro

zp

ows

zec

hn

i

o

n

y

-

w

kra

j

u

i

na

świecie

-

rodzaj

PM

G.

Spowodowane

je

s

t t

o tym,

że

sc

zerpane

złoże

ga

zu n

a

ogół

posiada

przygotowaną infrastrukturę

za

równo do

zatłaczania

ga

zu

,

jak

i

do jego

odb

i

oru:

siatkę

odwiertów

ora

z

sys

te

m p

rz

ygo

t

owan

i

a

gazu

do

t

ranspo

rt

u.

Ut

wo

rz

e

nie

tego

typu

m

aga

z

y

nu

wymaga

s

t

osu

nk

owo

naj

m

n

i

ejszych

nakładów.

M

ode

l

o

ptym

aliz

ac

y

jn

y

napełniania

k

awe

rn

owego

m

agazy

nu

g

a

z

u Mog

i

ln

o

PMG w warstwach wodonośnych.

Możliwość

utworzen

i

a podz

i

em

ne

go magazy

nu

gazu z

i

emnego

w warstwie

wodonośnej

(aqu

if

er)

i

stn

i

eje

ty

l

ko wówc

za

s, gdy

są spełnione

dwa pods

ta

wowe waru

nk

i

geo

l

og

icz

ne:

--

warstwa,

do której

będzie się wtłaczać

gaz,

jest zbudowana ze

skał

o

dużej porowatości

i

przepuszczalności

(p

i

asku, p

i

askowca);

--

n

ad

warstwą porowatą

zna

j

du

j

e

się

n

iep

rzep

uszczal

ny

nadkład, zapobiegający

"uc

ie

czko

m

" magazynowa

ne

go gazu.

Objętość

gazu,

jaką można

mak

syma

l

n

i

e

zmagazynować zależy

od

objętości

i

porowatości

warstwy oraz od

te

mpe

r

atury

i

średniego ciśnienia,

pod któ1ym gaz ma

być

magazy

n

owany

(ciśnienie

zm

i

e

n

i

a

się

za

r

ówno podczas

wtłaczania,

j

ak

i

odb

i

oru gaz

u

).

Zaletą

PMG

w warstwach

wodonośnych

j

est

t

o,

że

ob

i

ekty

te

dość często znajdują się

w b

l

i

sk

i

m

sąsiedztwie dużych

odb

i

o

r

ców

l

ub

dużych

m

i

ast

i

ag

l

omeracj

i

m

i

ejsk

i

c

h.

PMG w kawernach solnych.

Magazynowanie

ga

zu

z

i

emnego w

t

ego

typu

ma

gazynach odbywa

się

w

kawernach

wyko

n

a

n

yc

h

w

złożu

so

l

i.

Z

e

względu

na

swoją specyfikę,

maga

z

y

n

y

gazu

w

kawernach

so

ln

ych

charakte1yzują się

zn

acz

ni

e

większymi natężeniami

odb

i

or

u

gazu

niż wyżej

wym

i

en

i

one

t

ypy

PMG

ora

z

posiadają

jeden

z

niepodważalnych

wa

lorów

-mogą spełniać rolę

szczytowych

magazy

n

ów

gazu.

Po

na

d

t

o

ważną zaletą

tego

typu

magazy

n

ów

j

est to,

że umożliwiają

uz

yskan

i

e

dużych pojemności

magazy

n

owych

przy

zajęciu

n

i

ew

i

e

l

k

i

c

h

powierzchn

i

terenu.

PMG

w

kawernach

so

l

n

ych

są

bar

dzo

el

as

t

yczne,

można

do

ni

ch w

i

e

l

okrotn

i

e

w

ciągu

r

oku

zatłaczać

i

odbierać

ga

z

,

i

mogą być uzupełnieniem

d

l

a

i

nnych

t

ypów PMG.

Są

t

o

i

s

t

otne

czynn

i

ki

wpływające

na

budowę

KPMG

.

K

PM

G

mogą służyć

do

pokrywania

krótkot1wałych,

bard

z

o

dużych

de

f

i

cytów

gazu

(możliwych

np. w

raz

i

e

awańi

systemu

gazociągów przesyłowych).

Pot

r

zebna

je

s

t

wtedy

odpow

i

edn

ia

dyspozycyjność

PMG,

tj.

możliwość łatwego

uz

yskan

i

a ba

rdz

o

dużego

natężenia

odb

i

oru ga

zu

z

ma

gazy

n

u. Waru

nk

i

t

ak

i

e

spełniają

pod

ziemne

magazyny

gazu

w kawernac

h.

Maga

z

y

n

y

t

ego

rodza

j

u

można również dostosować

do p

r

acy

rewersyjnej

w kró

tki

ch cyk

l

ach

(24,44,46,83,100].

Każdy

z typów podz

i

emnych magazynów

gazu

ma od

m

i

enne

charak

t

elystyk

i

,

eksp

l

oa

t

acyjne

(pojemność,

moc

napełniania

i

odb

i

oru,

li

czba cyk

l

i

pracy

w

ciągu

roku,

elastyczność)

i

ekonom

i

czne

(nakłady

i

n

wes

t

ycyj

ne

,

koszty

ope

r

acy

jne

). D

l

atego

też różnorodne

j

est

za

s

t

osowan

i

e

poszczegó

l

nyc

h

magazynów

-

np. do b

i

l

ansowania

sezo

n

owego

lub

szczy

t

owego

zapotrzebowan

i

a

na

gaz

ziemny.

Porównan

i

e cech

Model optymalizacyjny na petniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

• w wyeksploatowanych złoiach ropy naftowej,

5%

• w warstwach wodonośnych, 13%

• w zlikwidowanych kopalniach i kawernach skalnych,

0,05%

Rysunek 1·1 Udział poszczeg61n~h typów PMG w łącznej pojemności czynnej magazynów na świecie (11,73]

Udział

pos

zcz

egó

l

n

yc

h r

o

dz

a

j

ów mag

az

y

n

ów w

pojemności

c

z

y

n

nej

ogółem

n

a

świecie

p

rz

e

ds

t

aw

i

a rys

un

e

k

1-1. Zdecydowaną większość stanowią

maga

z

y

n

y

w sc

z

e

r

p

anych

ztożach

r

opy

n

a

ftowej

i

ga

z

u

z

i

emnego, które

stanowią

p

onad 8

0

%

pojemności

czyn

n

yc

h p

od

zi

em

n

yc

h

maga

z

ynów

ga

zu

ogółem.

Ma

ga

z

y

n

y w wa

r

s

t

wach

wodonośnych posiadają 13% udział

w

pojemnościach

c

z

y

n

nyc

h

ogółem,

a mag

az

y

n

y

w

k

awernach so

ln

ych 6%

.

Ma

ga

z

y

n

y w

k

omo

r

ach/gro

ta

c

h

s

k

a

ln

yc

h i

opu

sz

c

z

o

n

yc

h

ko

pal

n

i

ach

n

i

e

odgrywają znaczącej

r

o

l

i.

N

aj

l

eps

z

e pa

r

ametry

t

echn

i

czne pr

a

cy

P

MG

i

możliwości

p

racy w

i

e

J

ocy

k

l

ow

e

j

dają

kom01y

so

ln

e

.

W

związku

z

tym w os

t

at

n

i

ch

l

a

t

ach o

b

serw

u

je

się

w

zr

os

t z

apo

t

r

z

ebowa

n

i

a

n

a

k

a

we

rn

owe

P

MG, które

mają zdolność

p

r

acy w

i

e

l

ocy

k

l

owej.

Da

n

e [1

4]

o rea

li

z

owa

n

yc

h

w U

ni

i

E

u

r

ope

j

s

k

i

e

j

PMG

wskazują, że

w

zakończonych,

re

a

li

z

owanyc

h

bądź

p

l

a

n

owa

n

yc

h

p

r

o

j

e

kt

ac

h P

MG

udział

ma

ga

z

y

n

ów typu

k

awe

rn

ow

e

go

j

es

t

cor

az

większy.

W

k

r

aja

ch

ta

k

i

ch

j

a

k Ni

e

m

cy, W

i

e

l

k

a Bryta

ni

a,

H

o

l

an

d

i

a, czy F

r

a

n

c

j

a, w

kt

órych

występują

ko

rz

ys

t

ne waru

nki

geo

l

og

i

c

zn

e d

l

a b

u

dowy

ma

g

az

y

n

ów

k

a

we

rn

owyc

h

w

złożach

so

li

kam

i

e

nn

e

j

i

ch

udział

s

tan

ow

i

zdecydowaną większość

n

p

. Ni

e

m

cy: 28

P

MG w

k

a

w

e

rnac

h

so

ln

ych,

4 PM

G w sc

z

e

r

p

an

ych

ztożach. 1

P

MG w wa

r

stw

i

e

wodonośnej;

W

i

e

l

k

a

B1yta

n

i

a

:

6

Model optymalizacyjny napełniania kawernowego magazynu gazu Mogilno

16 P

MG w k

a

we

rn

ac

h

so

l

nych, 9

P

MG w s

cz

e

rpan

yc

h

złożach,

b

r

a

k PM

G w wars

t

w

i

e

wodonośnej;

H

o

l

a

n

d

i

a: 2

PMG

w

k

a

w

erna

c

h

so

l

nyc

h

,

1

PMG w sczerpa

n

yc

h

złożach,

bra

k

PMG

w

wars

t

w

i

e

wodonośnej.

W

P

o

l

sce

ga

z

zie

m

n

y

j

es

t

składowany

w wy

ek

s

p

l

o

at

owa

n

yc

h

złożach

r

o

p

y

n

a

ft

owe

j

i

gazu

z

i

e

m

n

ego ora

z ka

wern

a

ch

s

o

l

n

yc

h

[

2

0

)

.

Rozważając budowę bądź rozbudowę pojemności

maga

z

y

n

owych

należy mieć

na

uw

a

d

z

e,

że

b

a

r

d

z

o

i

sto

t

nym e

l

e

me

n

t

em

z p

u

nkt

u

w

i

dz

en

i

a z

apew

n

i

en

i

a

ciągłości

d

os

t

a

w

j

e

st

n

i

e t

y

l

k

o

wielkość pojemności

roboc

z

e

j

P

M

G, a

l

e

także możliwość

odb

i

oru g

azu z

PMG

w

jak na

jk

ró

t

s

z

y

m

c

z

as

i

e. O tym

j

a

k j

e

s

t

t

o

ważne

dla

prawidłowego

fu

n

k

cjonowa

nia

kra

j

owego sy

st

em

u

przesyłu

g

azu zi

em

n

ego

można się było przekonać zimą

20

1

0, k

i

edy

utrzymywały się

bar

dz

o

n

i

sk

i

e

t

e

m

p

erat

u

ry

.

W

a

rto

podkreślić, że

w dn

iu

26 s

t

yc

znia

20

1

0 r. odno

t

owa

n

o

r

e

k

or

d

owe,

n

i

e

s

potyka

n

e w

h

i

sto

rii

kra

j

ow

e

go g

az

own

i

ctwa

d

obow

e

z

apo

t

r

z

ebowa

n

i

e

na

ga

z

-

na

po

z

i

om

i

e

przekraczającym

68 m

ln

m3

.

Dzięki

P

M

G,

a

zwłaszcza

K

PM

G

M

og

i

ln

o, sys

t

e

m

g

az

owy

był

w s

tan

i

e

sprostać

t

em

u

re

k

ordowem

u

z

a

p

o

t

rz

ebow

a n

i

u.

1.3 Podziemne magazyny gazu

w

Polsce

W

P

o

l

sc

e

e

k

sp

l

oatowanych

j

est obecn

i

e

dziewięć

p

od

z

i

em

n

yc

h

maga

z

ynów ga

zu

,

w

tym

: s

i

e

dem w wye

k

sp

l

oa

t

owa

n

yc

h

złożach węglowodorów

(ga

zu z

i

em

n

ego

-sześć

i

ropy

n

a

ft

owe

j -j

eden) ora

z d

wa

z

l

oka

liz

owane w

k

awe

rn

ac

h

so

l

n

yc

h

(K

PM

G

M

ogil

n

o

i

K

PM

G

K

osa

k

owo

-

odda

n

y do

ek

s

p

l

oa

t

acj

i

pod

kon

i

ec 20

1

3

r

o

ku

).

P

o

l

sk

a

dyspo

n

uje ob

e

c

n

i

e 2,

1

m

l

d

.

m

3 _pojemności

_c

_z

_y

_n

_nyc

_h

_P

_M

_{G, wytwo}

_rz

_o

_n

_e

_j

w

s

i

edm

i

u ma

g

az

y

n

ac

h z

ga

z

em

z

i

em

n

ym wysokome

t

a

n

owy

m

(

E

)

i

dwóc

h ma

g

az

y

n

ach

z

ga

z

em

z

i

em

n

ym

z

a

z

otowany

m

(L.).

I

c

h

po

d

s

ta

wowe

pa

ra

m

et

ry t

ec

hn

i

c

zn

i

e w s

ez

o

ni

e

20

1

3

/

2

0

1

4

(K

PM

G Kos

ak

owo

d

o

p

i

ero

będzie uwzględniony

s

ez

on

i

e 20

14

/

2

0

1

5)

p

rz

eds

t

aw

i

a z

ałącznik

n

r

9.

Ma

g

az

y

n

y

wytwor

z

o

n

e

w

w

a

rstwach

p

o

r

owa

t

yc

h

lub

s

z

cz

e

li

n

owatyc

h

wy

k

orzystyw

a

ne

są j

ak

o maga

z

yny

s

ez

onowe,

pracujące

w

p

o

d

s

t

aw

i

e

,

czy

l

i

służą

do

z

apewn

i

e

n

i

a g

azu z

i

em

ne

go w o

k

res

i

e

j

e

si

e

nn

o

-z

i

mowy

m d

l

a po

k

1yc

i

a

po

d

s

t

awy

wy

k

res

u

obciążeń

sys

t

em

u

ga

z

ow

ni

c

z

ego

. N

a

t

om

i

as

t ma

ga

z

y

n k

aw

ern

owy po

z

w

al

a

n

a

po

k

ryc

i

e kr

ótkotrwałych

s

z

czytowyc

h

w

zr

os

t

ów

z

a

p

o

t

r

z

ebowa

ni

a

na

ga

z.

N

a

początku

se

z

o

nu

w

i

ose

nn

o

-

l

e

t

n

i

ego, gdy maga

z

yny

są opróżnione

ma

ks

yma

lna m

oc

zatłaczania

gazu do

PM

G wy

n

o

s

i

20,5 m

ln

.m3/dobę

(w

tym

.

9,6

m

l

n

.

m

3

_prz

_y

_p

_a

_d

_a

_na

_K

_P

_M

_{G Mog}

_il

_n

_o)

_{. Nat}

_om

_i

_as

_t

_maksyma

_l

_n

_{a moc o}

_d

_b

_i

_{oru ga}

_z

_u

_z

_PMG

wy

n

os

i

33,85

m

l

n

.m3/dobę

(w tym

1

8

m

l

n

.

m

3

_prz

_y

_pa

_da

_na

_K

_P

_{MG Mog}

_i

_l

_no)

_n

_a

_początku

se

z

o

nu

j

es

i

e

n

no

-z

i

mowego,

g

d

y

ma

ga

z

y

n

y

są napełnione.

W

zależności

M

ode

l

o

ptym

a

l

iz

ac

y

j

n

y

napełniania

k

awe

rn

owego

m

agazy

nu

g

a

z

u M

ogil

n

o

pojemności

czynne

j

w czas

i

e

od

ok

.

32 do

1

66

dn

i.

Napełnienie

ma

ga

z

ynów

możliwe

jest

w c

z

as

i

e od o

k

.

71 d

o 18

0 d

n

i

, w

zależności

od

ma

ga

z

y

n

u

[

8

5

)

.

Od w

i

os

n

y

2

0

0

9

roku trwa

bu

dow

a na t

e

r

e

n

i

e gm

in

y

Ko

s

akawo

d

ru

g

i

ego

pod

z

i

e

m

nego mag

az

y

nu

g

azu

w

złożu

so

l

i k

am

i

enne

j

"Kasakowo"

(

P

MG

"Kasakowo")

.

Po

d k

o

n

i

ec 2013

zostały

odda

n

e do eks

pl

o

at

acj

i

2

k

o

mory maga

z

ynowe

o

łącznej

pojemności

czynne

j

5

1

,2

mln

.m

3_•

_O

_be

_cn

_i

_e

_r

_ea

_liz

_ow

_a

_n

_{a j}

_es

_t

_również

_ro

_zb

_u

_d

_owa

_KP

_MG

Mog

il

no

do

pojemności

800

m

l

n

.

m

3_,

_PM

_{G W}

_ierz

_c

_h

_aw

_i

_{ce do}

_pojemności

₁

₂₀₀

_m

_l

_n

_.

_m

3_,

PMG H

u

sów do

pojemności

5

00 m

l

n

.

m

3

ora

z

PMG

Brzeźnica

do

pojemności

1

0

0 .

m

3•

Pojemność

czyn

n

a g

azu

wyso

k

o

m

e

t

anowego

wzrośnie łącznie

o 1 452

mln

.

m

3

do

wartości

3 2

70

m

l

n

.

m

3

_g

_{azu zi}

_em

_ne

_{go g}

_rup

_y

_E.

_Pr

_og

_n

_o

_z

_ow

_an

_e

_pojemności

_czyn

_n

_e

PMG d

l

a ga

zu

E

w

2023

r

o

ku

znajdują się

w

załączniku

n

r

1

0

.

P

od

z

i

e

m

ne mag

az

y

n

y

możemy podzielić

n

a

sys

t

emowe

:

Mog

il

n

o, Kas

ak

owo,

W

i

e

rz

c

h

aw

i

ce

i

H

u

sów

ora

z l

o

k

a

l

n

e

:

Swa

rz

ów, S

tr

achoc

i

na,

Bo

n

i

k

owo, Das

ze

wo ora

z

Brzeźnica.

I

ch u

mi

ejscow

i

e

n

i

e

na

mapi

e

P

o

l

sk

i

p

rz

edstaw

ia

załącznik

n

r

11.

Jak

wspom

nian

o

na

wstępie, każdy

z P

MG

j

e

st

char

a

k

t

ery

z

owany

p

rz

ez

określone

pa

r

a

me

t

ry

t

echn

i

czne.

Decydujący wpływ

na

eksploatację

maga

z

y

nu

ora

z

wpływ

n

a

z

apew

ni

en

i

e

bezpieczeństwa

k

r

ót

k

ookresowego

i

se

z

o

n

ow

e

go

posiadają

następujące

pa

r

a

m

e

t

ry

tec

h

n

i

c

zn

e:

pojemność

czy

nn

a

i

ma

ks

y

malne

natężenie

p

obo

ru

.

Od

wielkości

tyc

h pa

r

a

me

t

rów

uzależnione

jes

t t

o, w

j

ak

i

m sto

p

n

i

u

g

az z P

MG

może

pokrywać

dobowe

z

apot

rz

ebowa

ni

e ora

z

jak

długo

PMG

może uzupełniać

d

os

ta

wy gazu.

W

załączniku

n

r

12

p

rz

edstaw

i

ono

zależność

wym

i

e

ni

o

n

ych

parame

t

rów

w

istniejących

i

pl

anowa

n

ych

maga

z

yn

a

ch

.

Można zauważyć

,

że najlepszą charakterystykę techniczną