Aspekty ekologiczne w gazownictwie

Gaz ziemny Gaz ziemny to paliwo kopalne gromadzące się w skorupie ziemskiej, powstałe w wyniku rozkładu materii organicznej lub w wyniku innych procesów chemicznych w warunkach podwyŜszonej temperatury, ciśnienia i braku tlenu. Gaz ziemny moŜe występować w złoŜach samodzielnie, albo łącznie z ropą naftową. Jest bezbarwny, bezwonny i lŜejszy od powietrza. Gaz ziemny jest paliwem wygodnym w uŜyciu, jednak trudnym w transporcie i magazynowaniu. Jest on rozprowadzany przede wszystkim gazociągami. Jednak moŜe on być równieŜ transportowany w postaci skroplonej lub spręŜonej.

Gaz ziemny - charakterystyka Podstawowym składnikiem gazu ziemnego jest metan. Oprócz niego w gazie występują wyŜsze homologi metanu (etan, propan, n-butan, i-butan, itd.) Oprócz węglowodorów w gazie występują w niewielkich ilościach azot, ditlenek węgla, a w przypadku gazu zaazotowanego, pochodzącego z niŜu polskiego równieŜ gazy szlachetne – hel i argon. Ze względu na skład chemiczny gazu oraz wynikające z niego parametry takie jak ciepło spalania, wartość opałowa czy liczba Wobbego, gazy ziemne podzielono na podgrupy. DSG sp. z o.o. rozprowadza gazy naleŜące do podgrupy E (GZ-50 według starej nomenklatury), Lw (GZ-41.5) oraz Ls (GZ-35). Obszary w których rozprowadzane są gazy naleŜące do poszczególnych podgrup są fizycznie rozdzielone i stanowią odrębne obszary dystrybucji gazu.

Gaz ziemny - charakterystyka Przykładowy skład chemiczny rozprowadzanych gazów przedstawia tabelka:

Źródło. Wyniki badań gazu przeprowadzonych przez Wydziałowy Zakład Chemii i Technologii Paliw Politechniki Wrocławskiej. Średni skład gazu w maju 2010; gaz E- Wrocław Wyścigowa, Lw – Polkowice RG, Ls - Borzęcin

Gaz ziemny - złoŜa Aktualnie eksploatowane złoŜa gazu ziemnego naleŜą do złóŜ konwencjonalnych. ZłoŜa te zdeponowane są w skałach osadowych charakteryzujących się zdolnością do magazynowania gazu oraz jego przepuszczalnością. Dzięki temu moŜliwe jest efektywne wydobywanie zdeponowanego w skałach gazu. ZłoŜa gazu konwencjonalnego zlokalizowane są na terenie południowo – wschodniej Polski ( Karpaty, Zapadlisko przedkarpackie, lubelszczyzna) oraz zachodniej i północnozachodniej Polski (obszar przedsudecki, wielkopolski i pomorski).

Gaz ziemny - złoŜa ZłoŜa gazu ziemnego w Polsce [2008]:

Źródło PIG

W 2008 wydobyto ze złóŜ krajowych 5,2 mld m3 gazu (4,1 mld m3 gazu przeliczonego na gaz E) , co stanowi około 30% krajowego zapotrzebowania na gaz. W celu pokrycia zapotrzebowania na gaz zaimportowano 9,36 mld m3 gazu z kierunku wschodniego, 0,859 mld m3 gazu z Niemiec oraz niewielkie ilości gazu z Czech (0,3 mln m3 gazu) i Ukrainy (4,8 mln m3 gazu).

Gaz ziemny – złoŜa niekonwencjonalne Oprócz konwencjonalnych złóŜ gazu w Polsce występują złoŜa niekonwencjonalne. Są to:
gaz zamknięty (tight gas)
gaz w łupkach (gaz łupkowy, shale gas)
metan pokładów węgla

Szczególnie duŜe zainteresowanie związane jest ze złoŜami gazu łupkowego w Polsce. ZłoŜa te zawierają gaz ziemny, który jest trudny do wydobycia metodami klasycznymi. Wynika to z faktu, Ŝe gaz łupkowy uwięziony jest w skale o niskiej przepuszczalności. Rozwój technologii wydobycia gazu ziemnego (wykorzystanie odwiertów kierunkowych, technologia kruszenia hydraulicznego) umoŜliwiły rozpoczęcie działań mających na celu wydobywanie gazu łupkowego na szeroką skalę.

Gaz łupkowy Obszary, na które wydano koncesje na poszukiwanie gazu ziemnego

Gaz łupkowy Podjęte działania mają na celu udokumentowanie wielkości złóŜ gazu oraz rozpoznanie moŜliwości ekonomicznie uzasadnionej eksploatacji tych złóŜ.

Według szacunków zasoby gazu ziemnego zgromadzonego w łupkach na terenie Polski mogą wynosić od 1000 do 3000 mld m3.

Eksploatacja tak duŜych złóŜ umoŜliwiłaby całkowite pokrycie zapotrzebowania na gaz na wiele lat.

Metan pokładów węgla Metan pokładów węgla występuje w postaci cząsteczek gazu zaabsorbowanych na ziarnach węgla. Pod wpływem działalności górniczej, ciśnienie w górotworze ulega obniŜeniu, co powoduje desorpcję i gromadzenie się metanu w wyrobiskach. W ostatnich latach opracowano technologię wydobywania metanu z pokładów węgla. Polega ona na wykonaniu szeregu odwiertów, rozszczelinowaniu pokładu i wypełnieniu szczelin materiałem przepuszczalnym (np. piaskiem). Odpompowanie wody złoŜowej prowadzi do obniŜenia ciśnienia górotworu, co powoduje uwolnienie metanu, który za pomocą stworzonych szczelin moŜe być pobierany.

Metan pokładów węgla Metan pokładów węgla występuje w złoŜach Górnośląskiego Zagłębia Węglowego. ZłoŜa Dolnośląskiego Zagłębia Węglowego zawierają znacznie niŜsze koncentracje metanu. Udokumentowano występowanie zasobów MPW w 51 złoŜach. Zasoby wydobywalne wynoszą ok. 99 mld m3. Zasoby przemysłowe określone zostały dla 22 złóŜ zagospodarowanych i wynoszą 5,5 mld m3. Wydobycie metanu pokładów węgla wyniosło w 2008 r. 587mln m3. W tym samym roku emisja metanu do atmosfery ze złóŜ węgla kamiennego Górnośląskiego Zagłębia Węglowego o udokumentowanych zasobach metanu wyniosła 89 mln m3. Zasoby wydobywalnego metanu pokładów węgla w złoŜach górnośląskich mogą wynosić 150 mld m3. Dla pozostałych obszarów zasoby te są znacznie mniejsze lub ich określenie wymaga badań.

Biogaz Biogaz to gaz powstający w procesie fermentacji metanowej. W warunkach naturalnych biogaz powstaje w procesach zachodzących na dnach zbiorników wodnych, podczas rozkładu nawozów naturalnych (obornik, gnojowica). Fermentacja metanowa ma złoŜony przebieg i zachodzi w kilku fazach. Faza hydrolityczna – powoduje rozkład złoŜonych związków zawartych w biomasie na prostsze składniki (aminokwasy, cukry proste, kwasy tłuszczowe, alkohole). Faza acidogenna (kwasogeneza) – powoduje rozkład produktów hydrolizy do lotnych kwasów tłuszczowych (mrówkowy, octowy, propionowy, masłowy, walerianowy), do alkoholi (metylowy, etylowy), do aldehydów oraz substancji gazowych (CO2, H2).

Biogaz Faza acetogenna (octanogeneza) – przetwarzanie etanolu oraz lotnych kwasów tłuszczowych w kwas octowy i octany. Aktywność bakterii acetogennych uczestniczących w tym procesie silnie zaleŜy od pH środowiska. Faza metanogenna – proces wytwarzania metanu przez bakterie metanowe. 2/3 wytworzonego metanu powstaje w wyniku przemian octanów lub alkoholi. Pozostała 1/3 ilość wytworzonego metanu powstaje w wyniku reakcji CO2 z H2. Ilość i skład chemiczny wytworzonego biogazu zaleŜy od składu fermentowanej biomasy. Oprócz głównych składników w biogazie mogą się pojawić, inne związki chemiczne, mające wpływ na właściwości gazu. W wyniku fermentacji metanowej oprócz biogazu uzyskiwany jest kompost. Jest on cennym nawozem zawierającym pierwiastki biogenne w postaci łatwej do przyswojenia dla roślin.

Biogaz Skład chemiczny biogazu:

Źródło: Oleszkiewicz, 1999.

Skład chemiczny biogazu znacznie róŜni się od składu rozprowadzanego gazu ziemnego. W przypadku wprowadzania biogazu do sieci dystrybucyjnej konieczne jest ciągłe prowadzenie kontroli jakości odbieranego biogazu, w celu niedopuszczenia do obniŜenia standardów jakościowej obsługi odbiorców. Ze względu na znaczny koszt badań (wymagane jest badanie składu chemicznego metodą chromatografii gazowej), konieczność ta moŜe stanowić przeszkodę we wprowadzaniu biogazu do sieci gazowej. Istnieje moŜliwość dystrybuowania gazu wydzielonymi fragmentami sieci i doprowadzanie go odpowiednio przystosowanych odbiorników.

Gaz ziemny jako paliwo ekologiczne Gaz ziemny jest paliwem łatwym w wykorzystaniu i zalicza się do paliw ekologicznych. Podczas spalania stechiometrycznego gazu oprócz dwutlenku węgla powstaje para wodna. Stąd emisja CO2 przypadająca na ilość wytworzonej energii jest znacznie niŜsza od emisji pochodzącej ze spalenia węgla ( podstawowego surowca energetycznego) przy wytworzeniu tej samej ilości energii. Ze względu na stabilność źródeł zaopatrzenia, gaz ziemny rozprowadzany siecią charakteryzuje się duŜą stabilnością składu chemicznego oraz jego parametrów (jak ciepło spalania, wartość opałowa, ilość powietrza potrzebna do stechiometrycznego spalania gazu). Stabilność składu gazu umoŜliwia precyzyjną regulacją urządzeń odbiorczych oraz pozwala na optymalizację procesu spalania, co wpływa na minimalizację emisji CO i NOx oraz uzyskanie wysokiej sprawności energetycznej.

Gaz ziemny jako paliwo ekologiczne Spaliny z urządzeń wykorzystujących gaz ziemny nie wymagają oczyszczania. W przeciwieństwie do urządzeń zasilanych paliwem stałym (węgiel kamienny, węgiel brunatny) nie ma tu potrzeby montaŜu instalacji do oczyszczania spalin. Nie są wytwarzane w procesie oczyszczania odpady i nie jest zuŜywana dodatkowa energia. W procesie uŜytkowania paliwa gazowego nie powstają odpady (ŜuŜel, popioły). Gazowe urządzenia odbiorcze są proste w obsłudze. Ich pracę moŜna zautomatyzować, dzięki czemu moŜliwe jest dostosowanie odbioru paliwa do aktualnego zapotrzebowania. Dzięki temu moŜliwe jest oszczędzanie energii.Stosunkowo prosta konstrukcja tych urządzeń zapewnia ich duŜą niezawodność.

Gaz ziemny jako paliwo ekologiczne Korzyści ekologiczne związane z uŜytkowaniem gazu ziemnego przedstawia tabela. Wielkość emisji zanieczyszczeń do atmosfery przy wytworzeniu 1GJ energii.

Źródło PGNiG S.A.

Gaz ziemny jako paliwo ekologiczne DSG sp. z o. o. jako operator sieci dystrybucyjnej na terenie Dolnego Śląska jest Spółką Prawa Handlowego. Oznacza to, Ŝe kaŜde działanie powinno uwzględniać nie tylko aspekty ekologiczne, ale równieŜ rachunek ekonomiczny. W swoich działaniach DSG sp. z o.o. prowadzi szereg działań mających aspekty środowiskowe. Są to między innymi:
Poprawa niezawodności pracy systemu dystrybucyjnego, poprzez monitorowanie pracy systemu, reagowanie na zdarzenia występujące na sieci oraz wprowadzanie nowych technologii w zakresie budowy i renowacji istniejących elementów systemu dystrybucyjnego. Efektem tych działań powinno być ograniczenie kosztów eksploatacji systemu dystrybucyjnego poprzez minimalizowanie strat gazu. Efektem ekologicznym powinno być ograniczenie emisji gazu do atmosfery wynikające ze zdarzeń i awarii w systemie dystrybucyjnym oraz emisji niezorganizowanej.

Gaz ziemny jako paliwo ekologiczne


Gazyfikacja miejscowości, z wykorzystaniem konwencjonalnych technologii lub technologii LNG. Dzięki gazyfikacji potencjalny odbiorca uzyskuje dostęp do stosunkowo taniego, wygodnego i ekologicznego źródła energii.
Rozwój technologii związanych z niekonwencjonalnym wykorzystaniem gazu ( energetyka zawodowa, CNG jako paliwo do silników spalinowych).
Rozwój inteligentnego opomiarowania (smart metering, smart grids).

Gaz ziemny – monitorowanie pracy systemu W celu zwiększenia niezawodności pracy, konieczny jest rozwój opomiarowania i monitorowania pracy systemu dystrybucyjnego. System taki budowany jest w celu pozyskania i wizualizacji informacji o bieŜącym stanie systemu dystrybucyjnego w celu podjęcia działań w przypadku zaburzeń w jego pracy. Dane do systemu pochodzą z urządzeń pomiarowych zainstalowanych na wybranych elementach systemu dystrybucyjnego ( punkty wejścia i wyjścia z systemu, SRP na sieci dystrybucyjnej). Dane te są zdalnie przekazywane za pośrednictwem łącz komutowanych, GSM/GPRS, GSM/SMS i są gromadzone w bazach danych. Dane pomiarowe są wymieniane pomiędzy serwerami uczestników rynku gazowego (PGNiG S.A.,OGP Gaz System). Oprócz pozyskiwania danych pomiarowych DSG sp. z o.o. wdroŜyła system zdalnego sterowania pracą terminala LNG w Świętoszowie.

Gaz ziemny – monitorowanie pracy systemu Ekran do monitorowania pracy fragmentu systemu dystrybucyjnego

Gaz ziemny – sterownie terminalem LNG Ekran do monitorowania i sterowania terminalem LNG

System dystrybucyjny – technologie stosowane obecnie. DSG sp. z o. o. do budowy gazociągów dystrybucyjnych pracujących na ciśnieniu do 0.5 MPa stosuje polietylen duŜej gęstości. Materiał ten jest odporny na korozję, lekki, tani i łatwy w montaŜu. Ze względu na duŜą gładkość powierzchni charakteryzuje się niskimi spadkami ciśnienia gazu przy jego transporcie. Wadą tego materiału jest niska odporność na uszkodzenia mechaniczne (np. sprzętem budowlanym) Stosowanie zróŜnicowanych metod renowacji gazociągów, ma na celu przywrócenie pełnej zdolności przepustowej eksploatowanego gazociągu oraz minimalizacji strat gazu wynikających z emisji niezorganizowanej. Technologie te polegają na naniesieniu na wewnętrzną powierzchnię gazociągu folii z tworzywa sztucznego lub wprowadzenie do oczyszczonego gazociągu rury polietylenowej.

System dystrybucyjny – technologie stosowane obecnie. Ochrona powierzchni gazociągów stalowych przed korozją poprzez naniesienie farb i materiałów izolacyjnych odpowiedniej jakości, zapewniających dalszą wieloletnią eksploatację. Ochrona katodowa gazociągów stalowych przed korozją wywołaną prądami błądzącymi. Celem ochrony przed korozją jest ograniczenie do minimum występowania awarii na sieci gazowej oraz emisji niezorganizowanej z gazociągów.

Stosowanie mało inwazyjnych metod układania gazociągów (wąskie wykopy, przeciski) na terenach zurbanizowanych w celu zmniejszenia uciąŜliwości inwestycji dla ludzi i środowiska naturalnego.

System dystrybucyjny – technologie zwiększające podaŜ gazu. Zwiększenie podaŜy gazu, przy zachowaniu korzystnych relacji cenowych w stosunku do innych źródeł energii, wywoła korzyści ekologiczne polegające na skorzystaniu przez odbiorców z gazu ziemnego, jako nośnika energii przyjaznego środowisku naturalnemu. Oprócz standardowej rozbudowy sieci gazowej realizowanie są inne projekty, oparte o nowe technologie, które zwiększą podaŜ paliwa gazowego. W przypadku miejscowości oddalonych od sieci przesyłowej, których gazyfikacja wymaga budowy długiego gazociągu, wykorzystywana jest technologia skroplonego gazu ziemnego (LNG). Gaz ziemny po skropleniu przewoŜony jest w cysternach do stacji regazyfikacji, gdzie paliwo gazowe odzyskuje pierwotną, gazową postać.

System dystrybucyjny – technologie zwiększające podaŜ gazu. Do napędu silników spalinowych wykorzystywana jest technologia spręŜonego gazu ziemnego CNG. Gaz ziemny dostarczany jest siecią dystrybucyjną do stacji CNG, gdzie jest on spręŜany do ciśnienia ok. 20 – 25 MPa. W tej postaci moŜe on być wykorzystywany do zasilania silników spalinowych (najczęściej pojazdów samochodowych). Zastosowane w pojazdach zbiorniki pozwalają na przejechanie ok. 200 – 300 km. Jednak samochody te mogą być zasilane standardowym paliwem ciekłym. Sieć stacji CNG w Polsce jest skromna. Na terenie województwa dolnośląskiego zlokalizowanych jest 5 stacji (Wrocław, Wałbrzych, Legnica, Zgorzelec, DzierŜoniów). Ze względu na konieczność przyłączenia stacji CNG do sieci gazowej oraz wysokie koszty montaŜu i eksploatacji instalacji, moŜliwości stworzenia gęstej sieci punktów dystrybucji CNG są niewielkie. Mimo to pojazdy zasilane gazem ziemnym mogą być wykorzystywane w obrębie aglomeracji posiadającej takie stacje (komunikacja zbiorowa, słuŜby miejskie, taxi, itp.)

System dystrybucyjny – technologie zwiększające podaŜ gazu. Rozmieszczenie stacji CNG w Polsce.

System dystrybucyjny – technologie zwiększające podaŜ gazu. Zastosowanie gazu ziemnego w energetyce zawodowej. Jednym z kierunków rozwoju rynku gazu jest zastosowanie gazu ziemnego jako paliwa dla energetyki zawodowej. Wytworzenie w ten sposób energii elektrycznej lub cieplnej wiąŜe się ze zmniejszeniem uciąŜliwości dla środowiska naturalnego poprzez:





Ograniczenie emisji zanieczyszczeń do atmosfery Ograniczenie ilości odpadów powstających przy spalaniu paliwa stałego Ograniczenie ilości odpadów powstających w instalacjach do oczyszczania spalin Ograniczenie nakładów (np. energii) niezbędnych do przetransportowania paliwa

Wykorzystanie gazu w energetyce zawodowej będzie szczególnie zasadne w przypadku udokumentowania niekonwencjonalnych, krajowych złóŜ gazu, których eksploatacja będzie opłacalna.

MoŜliwości wykorzystania biogazu. Biogaz jako całkowicie odnawialne źródło energii jest cennym, ale niewykorzystanym paliwem gazowym. Ze względu na zmienność składu chemicznego wynikającą ze zmienności składu biomasy poddanej fermentacji oraz warunków prowadzenia procesu, zastosowanie tego paliwa moŜe być ograniczone. Istnieje moŜliwość bezpośredniego zaopatrywania urządzeń odbiorczych w biogaz w celu wytworzenia energii cieplnej lub elektrycznej. Urządzenia odbiorcze muszą być w tym wypadku przystosowane do składu chemicznego i parametrów paliwa w pełnym zakresie ich zmienności.

MoŜliwości wykorzystania biogazu. Drugą moŜliwością jest zaopatrywanie w biogaz lokalnego i wydzielonego fragmentu sieci dystrybucyjnej. Lokalna biogazownia staje się źródłem paliwa gazowego. Ze względu na zaostrzone wymagania dotyczące stabilności składu i parametrów gazu dostarczanego odbiorcom komunalnym, istnieje koniczność zachowania reŜimu technologicznego w celu zachowania standardów jakościowej obsługi odbiorców. Urządzenia odbiorcze na takiej sieci muszą być dostosowane do właściwości dostarczanego gazu. Istnieje teŜ moŜliwość wprowadzania biogazu do sieci dystrybucyjnej. Jednak w tym wypadku gaz dostarczany z biogazowni musi się charakteryzować nie tylko stabilnością składu i parametrów, ale wartości te powinny być zgodne z parametrami gazu rozprowadzanego w tej sieci, pochodzącego z innych źródeł Na ogół w obu przypadkach konieczna jest kontrola parametrów dostarczanego gazu (skład chemiczny, kaloryczność, ciśnienie dostawy), co w efekcie końcowym moŜe utrudnić lub uniemoŜliwić praktyczne zastosowanie rozwiązań.

Rozwój techniki pomiarowej. W celu ograniczenia emisji niezorganizowanej z systemu dystrybucji gazu stosowane są technologie kontroli szczelności gazociągów w terenie, jednak konieczny jest dalszy rozwój tych technologii. Konieczna jest rozbudowa systemu telemetrii, pozwalająca na przesyłanie informacji na temat stanu sieci gazowej oraz reagowania na sytuacje awaryjne. Dane pomiarowe powinny pochodzić nie tylko z opomiarowanych stacji gazowych, ale równieŜ z wytypowanych punktów na sieci dystrybucyjnej. Systemy komputerowe powinny bilansować sieć w czasie rzeczywistym. UmoŜliwi to zarządzanie siecią w celu ograniczenia strat gazu.

Rozwój techniki pomiarowej. Jednym z kierunków rozwoju techniki pomiarowej jest „inteligentne opomiarowanie” (smart metering). Smart metering w swoim załoŜeniu słuŜy do dwustronnej komunikacji pomiędzy odbiorcą końcowym a operatorem systemu dystrybucyjnego. Celem SM jest dostarczenie odbiorcy końcowemu informacji o bieŜącym zuŜyciu gazu i jego kosztach. Informacje te mają skłonić klienta do oszczędzania energii. W wyniku wdroŜenia systemu uzyska się następujące efekty:









klient będzie rozliczany z rzeczywistego (a nie szacunkowego czy prognozowanego) zuŜycia gazu klient będzie miał moŜliwość łatwej zmiany sprzedawcy sprzedawca będzie mógł stosować elastyczne i dostosowane do potrzeb odbiorcy taryfy powstaną oszczędności wynikające z ograniczenia do minimum liczby odczytów u klienta zmniejszone zostanie ryzyko kradzieŜy gazu wzrośnie skuteczność windykacji naleŜności będzie istniała moŜliwość bilansowania gazu w czasie rzeczywistym świadome korzystanie z gazu moŜe doprowadzić do wygładzenia krzywej poboru gazu.

Smart metering. Idea smart metering powstała i jest dedykowana elektroenergetyce. Sektor gazowy róŜni się znacznie, zarówno w charakterze rozprowadzanego medium jak i charakterze jego odbioru. WdroŜenie idei SM jest niezwykle kosztowne (koszt wdroŜenia jest oceniany na kilka mld zł). Dlatego w Izbie Gospodarczej Gazownictwa powołano zespół, którego zadaniem jest:




określenie moŜliwości wprowadzenia SM w Polsce określenie wymagań funkcjonalnych związanych z wdroŜeniem określenie standardów urządzeń, protokołów transmisji i formatu przekazywanych danych

Dziękuję za uwagę.