POSTÊPY REALIZACJI KRAJOWEGO PROGRAMU
„ROZPOZNANIE FORMACJI I STRUKTUR DO BEZPIECZNEGO GEOLOGICZNEGO SK£ADOWANIA CO
2WRAZ Z ICH PLANAMI MONITOROWANIA”
PROGRESS IN THE POLISH NATIONAL PROGRAMME
”ASSESSMENT OF FORMATIONS AND STRUCTURES FOR SAFE CO2 GEOLOGICAL STORAGE, INCLUDING MONITORING PLANS”
ADAMWÓJCICKI1
Abstrakt. Realizacja Krajowego Programu „Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego sk³adowania CO2wraz z ich programem monitorowania” wykonywanego na zamówienie Ministerstwa Œrodowiska, przez konsorcjum z³o¿one z PIG-PIB (lider), AGH, GIG, INiG, IGSMiE PAN i PBG wesz³a w³aœnie w ostatni¹ fazê. Wynikiem wspomnianego krajowego programu s¹ informacje nie- zbêdne do podejmowania w przysz³oœci przez Ministerstwo Œrodowiska decyzji koncesyjnych, zgodnie z wymogami Dyrektywy unijnej w sprawie geologicznego sk³adowania dwutlenku wêgla.
Dotychczas ukoñczono prace w zakresie rozpoznania wiêkszoœci perspektywicznych formacji i struktur wystêpuj¹cych w Polsce, a dla kilku struktur – potencjalnych sk³adowisk wykonano analizy szczegó³owe.
S³owa kluczowe: wychwytywanie i sekwestracja CO2(CCS), sekwestracja CO2, poziomy solankowe, z³o¿a wêglowodorów, pok³ady wêgla.
Abstract. Development of the National Programme “Assessment of formations and structures for safe CO2geological storage, including monitoring plans”, ordered by the Ministry of Environment, and carried out by a consortium consisting of PGI-NRI, AGH UST, CMI, OGI, MEERI PAS and PBG is about to be completed. Results of the national programme include information necessary for the Ministry’s future, permitting concession decisions according to requirements of the EU directive on geological storage of carbon dioxide.
To this moment, work on the assessment of most of the perspective formations and structures in Poland has been completed. For several structures (potential storage sites), detailed analyses have been made.
Key words: carbon capture and sequestration (CCS), CO2geological sequestration, saline aquifers, hydrocarbon fields, coal beds.
WSTÊP
W roku 2008 Ministerstwo Œrodowiska uruchomi³o kra- jowy program „Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecz- nego geologicznego sk³adowania CO2 wraz z ich progra- mem monitorowania”, realizowany przez konsorcjum z³o¿one z kluczowych instytucji zajmuj¹cych siê t¹ proble- matyk¹ w Polsce (PIG-PIB – lider, AGH, GIG, INiG, IGS- MiE PAN, PBG). Prace przewidziano dla ca³ego obszaru
Polski wraz ekonomiczn¹ stref¹ Ba³tyku a ich przedmiotem by³o opracowanie dostêpnych danych geologiczno-geofi- zycznych istotnych dla rozpoznania formacji i struktur per- spektywicznych dla geologicznego sk³adowania CO2(Wój- cicki, 2010). Wyniki prac planowano wykorzystaæ na po- trzeby gospodarki narodowej w zakresie przysz³ego wdro¿e- nia technologii geologicznej sekwestracji CO2 w instala-
1Pañstwowy Instytut Geologiczny – Pañstwowy Instytut Badawczy, ul. Rakowiecka 4, 00-975 Warszawa; e-mail: adam.wojcicki@pgi.gov.pl
cjach demonstracyjnych (w tym czasie rz¹d Polski wspiera³ dwa takie projekty – PGE Be³chatów i PKE i ZAK Kêdzie- rzyn) i ewentualnie póŸniej na skalê przemys³ow¹. W zasa- dzie, dla ca³ego perspektywicznego dla geologicznego sk³ad- owania (CO2) l¹dowego obszaru Polski wykonano analizy re- gionalne. Dla rejonów Be³chatowa i GZW opracowano szcz- egó³owo po jednej wytypowanej strukturze: Budziszewi- ce–Zaosie (jura dolna) i Skoczów–Czechowice (miocen dol- ny). Wykonano tak¿e prace zarówno regionalne oraz szcze- gó³owe dla z³ó¿ gazu i ropy naftowej; te ostatnie dla z³o¿a gazu
Wilków i z³o¿a ropy Nosówka. Przeanalizowano tak¿e mo¿li- woœci sk³adowania w pok³adach wêgla i wytypowano jako po- tencjalne sk³adowisko obiekt Warszowice-Paw³owice na tere- nie GZW. Ponadto scharakteryzowano struktury w pozio- mach wodonoœnych solankowych: Choszczno–Suliszewo w pó³nocno-wschodniej Polsce (jura dolna) i Grodzisk- –Ujazd–Bukowiec w rejonie Wielkopolski (struktura solanko- wa w obrêbie czerwonego sp¹gowca, podœcielaj¹ca niewielkie z³o¿a gazu).
GEOLOGICZNE SK£ADOWANIE CO2
W Polsce rozpatrywane s¹ trzy opcje geologicznego sk³adowania dwutlenku wêgla (Wójcicki, 2010), podane po- ni¿ej w kolejnoœci ich potencja³u:
a) sk³adowanie w g³êbokich poziomach wodonoœnych solankowych – du¿y potencja³, ale ich zagospodarowanie musi byæ poprzedzone dok³adnym rozpoznaniem; mo¿liwe konflikty interesów z geotermi¹;
b) sk³adowanie w sczerpanych z³o¿ach wêglowodorów z mo¿liwoœci¹ wspomagania wydobycia ropy (EOR), ewen- tualnie te¿ gazu ziemnego (EGR) – struktury dobrze rozpo- znane, ale ich potencja³ sk³adowania jest niedu¿y);
c) sk³adowanie w g³êbokich, nieeksploatowanych pok³ad- ach wêgla ze wspomaganiem wydobycia metanu (ECBM) – rozpoznanie na ogó³ s³abe, potencja³ ma³y i mo¿liwe kon- flikty interesów odnoœnie przysz³ego wykorzystania tych pok³adów wêgla.
Na œwiecie s¹ realizowane dziesi¹tki du¿ych projektów CCS, tzn. obejmuj¹cych sk³adowanie CO2w iloœci rzêdu mi- liona ton (strona Global CCS Institute). Projekty te znajduj¹ siê w ró¿nych fazach realizacji (fig. 1), z czego funkcjonuje lub w³aœnie uruchomiono dwanaœcie takich projektów. Naj- bardziej zaawansowane s¹ prace w zakresie sk³adowania CO2 w powi¹zaniu z eksploatacj¹ ropy i gazu ziemnego.
Z tego najbardziej dojrza³¹ i op³acaln¹ technologi¹ (stoso- wan¹ od 1974 r., choæ pocz¹tkowo na niewielk¹ skalê – Lake, Walsh, 2008) jest wspomaganie wydobycia ropy naf- towej przez zat³aczanie CO2, które po zakoñczeniu eksploa- tacji z³o¿a pozostaje w nim na sta³e. Niestety potencja³ sk³adowania w sczerpanych z³o¿ach ropy naftowej i gazu jest, zw³aszcza w naszym kraju, bardzo ograniczony w poró- wnaniu do poziomów wodonoœnych solankowych.
0 9000 km
Fig. 1. Du¿e projekty CCS na œwiecie – demonstracyjne i komercyjne (wg informacji GCCSI) Large demo and commercial CCS projects worldwide (information after GCCSI)
PRZEDMIOT I ZAKRES PRAC
Prace dotychczas wykonane w ramach Krajowego Prog- ramu obejmuj¹ praktycznie ca³y obszar perspektywicznych basenów osadowych naszego kraju wraz z czêœci¹ Ba³tyku
(fig. 2). Kierunki, rejony i przyjêt¹ metodykê postêpowania omówiono we wczeœniejszym artykule poœwiêconym tema- tyce realizacji prac w ramach Krajowego Programu (Wójcic-
Fig. 2. Stan badañ nad mo¿liwoœciami geologicznej sekwestracji CO2w Polsce (strona projektu http://skladowanie.pgi.gov.pl) State of the art in studies on possibilities of CO2geological sequestration in Poland (after the project website http://skladowanie.pgi.gov.pl)
ki, 2010) gdzie scharakteryzowano te¿ dotychczasowy stan badañ w zakresie geologicznego sk³adowania dwutlenku wê- gla (Bachu, Adams, 2003; Chadwick i in., 2006; Christensen,
2006; Scholtz i in., 2006; Vangkilde-Pedersen i in., 2008), których wyniki wykorzystano do realizacji zadañ niniejsze- go projektu.
WYBRANE WYNIKI PRAC
W pierwszym etapie prac (rok 2009 – Wójcicki, 2009a, b) w rejonie Be³chatowa, na potrzeby projektu demo CCS scha- rakteryzowano osiem struktur (fig. 3), z których wybrano do szczegó³owych analiz strukturê Budziszewice–Zaosie – praktycznie jedyn¹, o stopniu rozpoznania otworami i archi- waln¹ sejsmik¹ wystarczaj¹cym do konstrukcji wiarygodne- go modelu sk³adowiska. Obiekt Lutomiersk–Tuszyn oraz strukturê Wojszyce wskazano jako perspektywiczne struktu- ry rezerwowe dla PGE Be³chatów. Obiekt Kliczków ocenio- no jako mniej perspektywiczny od wspomnianych wy¿ej, strukturê Je¿ów wykluczono, je¿eli chodzi o utwory jury (triasu niekoniecznie), a strukturê Gomunice wykluczono z powodu bliskiego s¹siedztwa z rowem be³chatowskim i skomplikowanej tektoniki jej otoczenia.
W rejonie GZW wykonano badania regionalne, a szcze- gó³owo opracowano obiekt Skoczów–Czechowice (fig. 4) w poziomach solankowych warstw dêbowieckich (miocen dolny), dla którego wykonano model sk³adowiska, symula- cje zat³aczania CO2i program monitoringu.
Do szczegó³owych analiz wybrano tak¿e z³o¿e ropy naf- towej Nosówka, z³o¿e gazu Wilków i obiekt w pok³adach wêgla Warszowice–Paw³owice (fig. 5). Wykonano dla nich modele sk³adowisk CO2, symulacje zat³aczania i programy monitoringu.
Ponadto w rejonie Szczecina i Poznania prowadzono anali- zy dla wytypowanych struktur/obiektów w poziomach solan- kowych (Choszczno–Suliszewo w osadach jury dolnej oraz rejon Grodzisk–Ujazd–Bukowiec w osadach czerwonego sp¹gowca).
Fig. 3. Prace dla rejonu Be³chatowa – badania regionalne (Wójcicki, red., 2009a) Regional studies for the Be³chatów area (Wójcicki, ed., 2009a)
Realistyczna pojemnoœæ sk³adowania w skali ca³ego kra- ju prawdopodobnie wystarczy³aby na 50–70 lat do sk³ado- wania emisji wszystkich du¿ych zak³adów przemys³owych w naszym kraju (albo na minimum 100 lat, je¿eli chodzi o emisje elektrowni), tzn. jest rzêdu 10 mld ton. Ogromna wiêkszoœæ tego potencja³u znajduje siê w poziomach wodo- noœnych solankowych (oko³o 89%), a tylko 10% w sczerpa- nych z³o¿ach wêglowodorów, które naj³atwiej jest wykorzy- staæ do geologicznej sekwestracji CO2. Pok³ady wêgla maj¹ jeszcze mniejszy potencja³ (rzêdu 1%). Co najmniej 90%
tego potencja³u znajduje siê na l¹dzie, mo¿liwoœci sk³adowa- nia w strefie Morza Ba³tyckiego ograniczaj¹ siê g³ównie do wschodniej czêœci obszaru, gdzie wystêpuj¹ z³o¿a wêglo- wodorów.
Struktury solankowe (których przeanalizowano dziesi¹tki) maj¹ pojemnoœæ sk³adowania liczon¹ nawet w setkach mil- ionów ton CO2, z³o¿a wêglowodorów sporadycznie osi¹gaj¹ dziesi¹tki mln ton, a pojemnoœci dla obiektów w pok³adach wêgla bywaj¹ jeszcze mniejsze.
Fig. 4. Prace dla rejonu GZW (poziomy solankowe) – badania regionalne
(prace pod kierunkiem J. Cheæki (GIG) i J. Jureczki (PIG-PIB OG), raport niepublikowany) Studies for the SCB area (saline aquifers)
(task leaders: J. Cheæko (CMI) and J. Jureczka (PGI-NRI USB), unpublished report)
Fig. 5. A. Model z³o¿a ropy Nosówka (prace pod kierunkiem W. Szotta (INiG)). B. Model z³o¿a gazu Wilków (prace pod kierunkiem S. Nagy’a i B. Papiernika (AGH UST), raport niepublikowany). C. Model z³o¿a metanu w pok³adach
wêglaWarszowice-Paw³owice (prace pod kierunkiem J. Cheæki (CMI) i J. Jureczki (PIG-PIB OG), raport niepublikowany) A. Model of the Nosówka oil field (task leader W. Szott (INiG)). B. Model of the Wilków gas field (task leaders S. Nagy and B. Papiernik (AGH UST), unpublished report). C. Model field of the Warszowice–Paw³owice coal bed methane field (task leaders:
J. Cheæko (CMI) and J. Jureczka (PGI-NRI USB), unpublished report)
LITERATURA
BACHU S., ADAMS J.J., 2003 — Sequestration of CO2in geologi- cal media in response to climate change: capacity of deep saline aquifers to sequester CO2in solution. Energy Conversion and Management, 44, 20: 3151–3175.
CHADWICK A., ARTS R., BERNSTONE C., MAY F., THIBEAU S., ZWEIGEL P. (red.), 2006 — Best Practice for the Storage of CO2in Saline Aquifers, Observations and guidelines from the SACS and CO2STORE projects. Raport projektu CO2STO- RE. www.co2store.org
LAKE L.W., WALSH M.P., 2008 — Enhanced Oil Recovery (EOR) Field Data Literature Search. Technical Report for Danish North Sea Partner, Danish Energy Agency, Mærsk Olie og Gas AS.
SCHOLTZ P., FALUS G., GEORGIEV G., SAFTIC B., GORICNIK B., HLADIK V., LARSEN M., CHRISTENSEN N.P., BEN- THAM M., SMITH N., WÓJCICKI A., SAVA C.S., KUCHA- RIC L., CAR M., 2006 — Integration of CO2emission and geological storage data from Eastern Europe – CASTOR WP1.2, GHGT-8. 8thInternational Conference on Greenhouse Gas Con- trol Technologies, Trondheim, 19–22 June 2006 (poster).
VANGKILDE-PEDERSEN T., LYNG ANTHONSEN K., SMITH N., KIRK K., NEELE F., MEER VAN DER B., LE GALLO Y., BOSSIE-CODREANU D., WOJCICKI A., LE NINDRE I.-M.,
HENDRIKS C., DALHOFF F., CHRISTENSEN N.P., 2008 — GHGT-9 Assessing European capacity for geological storage of carbon dioxide – the EU GeoCapacity project, Energy Proce- dia. Elsevier.
WÓJCICKI A. (red.), 2009a — Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego sk³adowania CO2 wraz z ich pro- gramem monitorowania, Raport merytoryczny nr 1: Segment I rejon Be³chatów, dostêpny na stronie projektu:
http://skladowanie.pgi.gov.pl/twiki/bin/view/CO2/WynikiPrac.
WÓJCICKI A. (red.), 2009b — Rozpoznanie formacji i struktur do bezpiecznego geologicznego sk³adowania CO2wraz z ich pro- gramem monitorowania, Raport merytoryczny nr 2: Segment II, rejon Be³chatów.wydawnictwo i miejsce wydania lub archiwum STRONA Global CCS Institute, poœwiêcona rozwojowi technologii
CCS na œwiecie: http:// globalccsinstitute.com.
STRONA Komisji Europejskiej – Dyrekcji Generalnej ds Œrodowi- ska, poœwiêcona problematyce zapobiegania antropogenicz- nym zmianom klimatu: http://ec.europa.eu/environment/
climat/climate-action.htp.
STRONA projektu http://skladowanie.pgi.gov.pl.
SUMMARY
The strategic goal of the National Programme “Assess- ment of formations and structures for safe CO2geological storage, including monitoring plans” is to deliver to the Mi- nistry of Environment information necessary for permitting decisions after requirements of the EU directive on geologi- cal storage of carbon dioxide.
The goal is already mostly completed because to this mo- ment works on the assessment of the most of perspective for- mations and structures in Poland and for several structures –
potential storage sites – case studies have been completed.
Saline aquifers within in the Permian-Mezozoic sedimentary basin have been analyzed together with some older forma- tions. Depleting hydrocarbon fields most suitable for CO2
sequestration have been pointed out as well as coal bed met- hane fields. Case studies for four structures in saline aqu- ifers, two hydrocarbon fields and one coal bed methane fields have been completed or are being completed.
