Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Środowiska

Temat: Kawerny solne – magazynowanie gazu.

1. Ogólne sposoby magazynowania gazu

Podziemne magazyny gazu

(PMG) – naturalne przestrzenie, o dużej pojemności

magazynowej znajdujące się głównie w wyeksploatowanych złożach gazu ziemnego i ropy

naftowej, kawernach solnych, nieczynnych kopalniach węgla. Do tych miejsc może być

wtłaczany gaz, zajmujący w normalnych warunkach objętość miliardów metrów

sześciennych. Celem podziemnych magazynów gazu jest również sezonowe, strategiczne

przechowywanie gazu ziemnego. Przyczyniają się one do zwiększenia niezawodności

systemów gazowniczych i bezpieczeństwa energetycznego regionu lub kraju.

Gaz ziemny może być magazynowany na wiele sposobów. Najpopularniejsza metoda

jego przechowywania jest wykorzystanie podziemnych magazynów. Wyróżnia się trzy

główne typy podziemnych magazynów gazu:

1) wyeksploatowane złoża ropy naftowej i/lub gazu ziemnego,

2) warstwy wodonośne,

3) kawerny solne.

Gaz ziemny może być również przechowywany w płynnej formie w zbiornikach

naziemnych.

2. Definicja kawerny

Kawerna - pusta przestrzeń w skałach, powstała w wyniku procesów naturalnych ługowania,

czyli rozpuszczania składników skalnych, przy równoczesnym odprowadzaniu do systemu

krasowego materiałów klastycznych.

Magazyny w kawernach solnych charakteryzują się bardzo wysokimi wartościami mocy

zatłaczania i odbioru gazu w stosunku do pojemności czynnej magazynu. Budowa kawern

solnych, w przeliczeniu na otrzymaną pojemność czynną, jest bardziej kosztowna niż w

przypadku wyeksploatowanych złóż węglowodorów czy warstw wodonośnych.

Magazyny w kawernach solnych zajmują o wiele mniejszą powierzchnię niż pozostałe

rodzaje magazynów. Wynika z tego o wiele łatwiejsze monitorowanie i obsługa magazynu, a

także krótszy czas budowy. Dużym atutem magazynów w kawernach solnych jest zdolność

do wykonywania wielu cykli zataczania i odbioru w ciągu roku, co w przypadku

komercyjnego wykorzystywania magazynu może przynosić operatorowi większe zyski, a

także skutkuje mniejszymi kosztami na jednostkę składowanego gazu. Magazyny tego typu są

najdroższe w budowie i utrzymaniu. Stanowią jednak bardzo dobre zabezpieczenie w

przypadku gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na gaz.

3. Wady i zalety kawern solnych.

 Główne zalety magazynów w kawernach solnych to:

1. Niewielki stosunek gazu buforowego do całkowitej pojemności magazynu (ok. 25%).

2. Bardzo duża moc odbioru (o wiele większa niż w przypadku magazynów w

wyeksploatowanych złożach i warstwach wodonośnych).

3. Zdolność do wykonywania wielu cykli napełniania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na

równoważenie mniejszych wahań popytu i podaży gazu zimnego (np. dobowych).

4. Niskie ryzyko nieszczelności magazynu.

 Wady magazynów w kawernach solnych to:

1. Wysokie nakłady inwestycyjne konieczne przy budowie tego typu magazynów.

2. Wysokie koszty operacyjne.

Magazyn tego typu zastosowano po raz pierwszy w 1961 roku w USA w Stanie Michigan

(Stopa i in. 2007).

Udział poszczególnych rodzajów magazynów w pojemności czynnej ogółem przedstawia

rysunek 1. Zdecydowaną większość stanowią magazyny w wyeksploatowanych

złożach ropy naftowej i gazu ziemnego, które stanowią ponad 80% pojemności czynnych

PMG ogółem. Magazyny w warstwach wodonośnych posiadają ponad 12% udział w

pojemnościach czynnych ogółem, a PMG w kawernach solnych niemal 4%. Magazyny w

kawernach skalnych i opuszczonych kopalniach nie odgrywają znaczącej roli.

Rysunek 1. Udział poszczególnych typów magazynów w pojemności czynnej ogółem.

Kawerny solne wykorzystywane są do przechowywania gazów. Urządzone w ten sposób

magazyny charakteryzują się bardzo wysokimi wartościami mocy zatłaczania i odbioru gazu

w stosunku do pojemności czynnych. Ponadto takie magazyny nie wymagają dużej zabudowy

naziemnej, wybudowanie instalacji jest znacznie tańsze i szybsze niż w przypadku

klasycznych magazynów gazu, łatwiej je monitorować i obsługiwać. Magazyny gazu

urządzone w kawernach solnych mogą wykonywać wiele cykli zatłaczania i odbioru w ciągu

roku. Mają też stosunkowo wysoki poziom bezpieczeństwa pod względem szczelności.

4. Sposób działania kawern solnych.

Kawerny solne działają podobnie jak magazyny powierzchniowe. Gdy magazynowany jest

gaz pod ciśnieniem to „odkręca się kurek” lub zatłacza się do zbiornika solankę, która

wypiera magazynowane medium i można w ciągu doby odzyskać prawie cała zatłoczoną

objętość gazu. Pozwala to na szybkie pokrycie niedoborów paliw na rynku, dlatego pełnią

rolę one magazynów operacyjnych.

Sól nie reaguje z zatłoczonym do kawern paliwem, nie zmieniają się zatem jego własności

chemiczne ani fizyczne.

Wielkość i kształt takich solnych magazynów można dowolnie kształtować przez

wypłukiwanie soli z wnętrza komory.

Po zakończeniu eksploatacji komory solnej można w niej bezpiecznie składować odpadu

promieniotwórcze lub toksyczne.

5. Występowanie kawern solnych .

W Polsce funkcjonuje jeden duży magazyn solny koło Inowrocławia, służący do

przechowywania gazu. Tworzy go 8 kawern o wysokości po około 250m każda i łącznej

pojemności około 416mln. m

3

. W Polsce kawerny najliczniej występują na obszarze Wyżyny

Krakowsko-Częstochowskiej, są bardzo częste w złożach rud Zn-Pb w rejonie olkuskim.

Wypełnione są tam wtórnymi węglanami lub galmanami

.