Jak jsou uspořádána podzemní plynová úložiště: vhodné způsoby skladování zemního plynu

Zdálo by se, že znalosti o tom, jak jsou uspořádána podzemní plynová úložiště, nemají pro běžného uživatele praktický význam. Ale lidstvo je příliš závislé na „modrém“ palivu a tak bychom chtěli mít jistotu, že nikdy nedojde k přerušení jeho dodávek. Je to tak?

A každého krajana může uklidnit informace o plynových úložištích umístěných pod zemí (PZP) – dokud jsou plná, problémy s dodávkami plynu nebudou. Více podrobností o zařízení úložišť a zvláštnostech skladování si přečtěte v našem článku.

Zařízení podzemních plynových úložišť

Pokud pro skladování plynu pro domácí potřeby majitelé soukromých domů používají plynojemy, pak v měřítku státu jde o zcela jiné možnosti skladování. Oficiálně jsou podzemní plynová úložiště komplexy inženýrských a technických staveb, které slouží k vtláčení, skladování a odběru „modrého“ paliva. Skládají se z nadzemních a podzemních komponentů.

K nadzemním patří:

• plynový distribuční bod, který slouží k rozdělení plynového toku na několik technologických proudů;
• kompresorovna, kde probíhá příprava paliva (zvyšováním tlaku) k vtláčení do vrtů;
• zařízení pro čištění plynu.

Podzemními komponenty PZP jsou: vrty, důlní díla, zásobníky. A poslední bod (zásobníky) je nejzajímavější – na tom, kde je „modré“ palivo skladováno, závisí, jak je samo plynové úložiště uspořádáno.

Moderní podzemní plynová úložiště navenek připomínají velké továrny. Protože k zajištění vtláčení/odběru paliva je nutné používat výkonné kompresorové, čisticí a další zařízení, které obsluhují stovky, ne-li tisíce specialistů.

Přehled zásobníků pro skladování plynu

Při stejné hmotnosti zabírá plyn mnohem větší plochy než jakákoli pevná tělesa. A protože se používá v obrovských množstvích, jsou k jeho skladování potřeba stejně velké zásobníky.

Navíc od skladování plynu v člověkem vytvořených nadzemních rezervoárech odborníci upustili už před staletím.

Důvodem je, že by k tomu bylo zapotřebí:

• zabírat obrovské plochy planety areály pro skladování „modrého“ paliva nízkého tlaku;
• používat nákladné a výbušné plynojemy vysokého tlaku.

V důsledku toho, aby se vyrovnaly výše uvedené negativní aspekty, byla volba učiněna ve prospěch podzemních zásobníků, za které se považují nádrže nacházející se ve značné hloubce. Ta ve většině případů činí 300 až 1000 metrů. A skladovat tam palivo lze v rezervoárech vytvořených přírodou.

Celkem se inženýři naučili úspěšně využívat 7 druhů přírodních rezervoárů pro skladování plynu:

• vytvořené ve vodou nasycených porézních vrstvách;
• zachované po těžbě uhlovodíků, konkrétně stejného plynu, ropy;
• vytvořené v usazeninách kamenné soli;
• vytvořené v důlních dílech dolů;
• vytvořené v pevných věčně zmrzlých horninách;
• s nízkoteplotním ledově-horninovým pláštěm;
• vytvořené po podzemních atomových výbuchech.

Ačkoli je možností mnoho, praktičností se vyznačují pouze první 4 způsoby skladování plynu. Ostatní varianty rezervoárů jsou vhodné jen teoreticky.

Severo-stavropolské PZP je největší na světě a zásoba tam uskladněného plynu je schopna uspokojit roční potřebu paliva tak velké země, jako je Francie. Protože plocha zásobníku činí celých 680 km²

Důvod nepraktičnosti zbývajících tří variant je následující:

• Ve zmrzlých horninách lze plyn skladovat, což potvrzuje několik fungujících zásobníků v severních oblastech planety. Jejich objemy jsou však extrémně malé, a proto dnes nemají žádný průmyslový význam.
• Nádrže vzniklé podzemními jadernými výbuchy jsou zcela vhodné pro skladování značných zásob plynu, což je již experimentálně prokázáno. Jde však o to, že silné zbraně byly testovány daleko od míst pobytu lidí. Proto tam obvykle nejsou spotřebitelé ani inženýrské sítě.

V důsledku toho jsou uvedené druhy nádrží prostě nepoužitelné.

Ačkoli se PZP nazývají zásobníky, ve skutečnosti uchovávání plynu není jejich prvotním úkolem. Protože plyn v nich je z větší části používán k vyhlazování nerovnoměrností spotřeby. Ta může být denní, týdenní, sezónní. Až v poslední řadě se PZP vytvářejí pro zmírnění následků vyšší moci.

Dále se podíváme podrobněji na každou z variant skladování plynu pod zemí.

Varianta #1 – úložiště ve vodou nasycených vrstvách

Zásobníky ve vodou nasycených vrstvách jsou určeny ke zmírnění důsledků sezónní nerovnoměrnosti při používání plynu. A také k vytváření strategických rezerv.

Důležitou vlastností zařízení takových zásobníků je minimální účast člověka – nejčastěji ve fázi vytváření vrtů potřebných pro vtláčení plynu.

Na mapě Ruska je vidět, že PZP jsou umístěny v blízkosti hlavních plynovodů a velkých sídel. A to není náhoda, protože zásobníky jsou určeny k zajištění stability spotřeby plynu, a proto musí být v bezprostřední blízkosti velkých objektů.

Tyto kapacity se hledají v artézských vrstvách. Zásobníky plynu se vytvářejí tam, kde je struktura horniny propustná a pórovitá. Zbytky kapaliny se odstraňují plynem, který ji stlačí a poté vytlačí.

Samotné takzvané kapacity pro skladování paliva ve skutečnosti takovými nejsou. Přesněji řečeno, vůbec neexistují. Jako místo pro skladování se využívají dutiny v pórovitých vrstvách. A celý postup vytvoření plynového zásobníku spočívá v vytlačení části vody na periferii. Děje se tak s cílem vytvořit prostor pro „modré“ palivo.

Popsaný postup je možné provést pouze tehdy, pokud tomu napomáhá řada faktorů:

• Pórovitá propustná vrstva je pokryta kupolí (těsnícím krytem) z plynonepropustných hornin, kterými jsou obvykle lisované jíly.
• Vodonosná vrstva se rozprostírá od hranic zásobníku desítky kilometrů. Ještě lépe, pokud má výstup na povrch. Vše výše uvedené umožňuje plynu úspěšně vytlačovat vodu nacházející se ve vrstvě.
• Rozsah kupole je dostatečný k tomu, aby umožnil skladovat značné objemy plynu.
• Pórovitost a propustnost horniny zajišťuje přijatelnou kapacitu plynu a schopnost jej uvolňovat při těžbě.

Pokud není splněna alespoň jedna z podmínek, pak není možné vytvořit podzemní zásobník.

Princip fungování moderních podzemních zásobníků je jednoduchý. Jeho specifika lze prozkoumat na příkladu velkých PZP, které se používají k vyrovnání sezónních výkyvů.

Tak například v teplém období se do nich vtláčí potřebné množství plynu. Ten se začne odebírat až s nástupem topné sezóny. Do hlavního potrubí je přitom směrováno nikoli obrovské množství plynu, ale průměrné, známé z provozních zkušeností z předchozích zim.

A pokud náhle teplota prudce klesne a denní spotřeba se stane řádově vyšší, velký PZP stejně nebude zvyšovat objemy odběru. Nedostatek pokryjí malé zásobníky určené k vyrovnání denní a týdenní spotřeby. Důvodem je, že z nich je odběr jednodušší a rychlejší.

Za optimální se považují kapacity o rozloze od několika čtverečních kilometrů. S rozdílem výšek dna a vrcholu kupole v rozmezí 10–15 metrů.

Výhodou PZP ve vodou nasycených vrstvách je značná kapacita. Nevýhodou je, že geologové při studiu vlastností vodonosné vrstvy mohou neodhalit a nezohlednit nějaký důležitý faktor. V důsledku čehož se zásobník ukáže jako nevhodný k použití.

To nejhorší na tom je, že se to často odhalí až po obrovských kapitálových investicích do výstavby nadzemní a podzemní infrastruktury. Poměrně často se vyskytují i méně významné problémy, v důsledku čehož je provoz podzemních zásobníků plynu (PZP) ve vodou nasycených horninách doprovázen značnými neplánovanými náklady.

Varianta #2 — zásobníky po vytěžení uhlovodíků

Inženýrské komplexy, které patří k tomuto typu, slouží k vyrovnávání sezónních výkyvů spotřeby «modrého» paliva. A také k vytváření strategických zásob.

Podzemní zásobníky jsou žádané proto, že jejich vytvoření a provoz jsou ekonomicky nejvýhodnější. A obrovské nadzemní plynojemy (zobrazené na fotografii) se používají, pokud není možné použít hlavní plynovody s PZP. Kromě toho se v nádržích zobrazených na fotografii obvykle skladuje výhradně zkapalněný plyn.

Uspořádání zásobníků tohoto typu je stejné jako v případě analogů vytvořených ve vodou nasycených vrstvách. To znamená, že palivo je skladováno v dutinách porézních hornin.

Podzemních zásobníků plynu (PZP) vytvořených v horninách, kde se kdysi nacházely uhlovodíky, je na světě nejvíce. Jejich počet dosahuje významných 70%, příčinou je řada výhod.

Mezi ně patří: značná kapacita a úspory na kapitálových investicích do průzkumu, vytvoření infrastruktury nebo alespoň její části, vrtání — na místě vytvoření těchto PZP již probíhala těžba ropy a plynu.

Je třeba si uvědomit, že zakopané plynojemy nejsou podzemními zásobníky. Jsou totiž určeny k řešení zcela jiných úkolů. A pod zemí se ocitají jen proto, aby bylo odpařování zkapalněného plynu účinnější při silných mrazech. A to bez jakýchkoli nákladů. A také podmíněně podzemní umístění plynojemů umožňuje ušetřit užitný prostor, někde na pozemku u domu.

Ale zásobníky, které zůstaly po vytěžení uhlovodíků, nelze označit za ideální.

Mají mnoho nedostatků:

• problémy s těsností starých vrtů – zejména to platí pro bývalá ložiska ropy;
• nedostatečná pórovitost, propustnost hornin;
• míchání plynu se zbytky ropy – což někdy vede k podstatným ztrátám, protože výslednou směs již nelze použít.

A také se na ropných ložiskách v plynu často objevuje nebezpečná příměs v podobě sirovodíku. Ten je škodlivý pro lidské zdraví a dále ničí různé ocelové konstrukce, a to i ty z nerezové oceli.

Provoz PCHG založených na místech vyčerpaných ložisek uhlovodíků je možný díky tomu, že plyn při zavádění vytlačuje zbytky ropy z potřebného souvrství. Kromě toho má stejně jako voda vlastnost stlačitelnosti a pohyblivosti, což usnadňuje úkol uspořádání kapacity. Někdy je ropa tlakem plynu vytlačována nikoliv do horniny, ale stoupá nahoru, což se stává dodatečným zdrojem zisku.

Varianta #3 – rezervoáry v ložiskách kamenné soli

Takové zásobníky s plynem slouží k vyhlazování denní a týdenní nerovnoměrnosti jeho spotřeby a také se podílejí na vyrovnávání sezónní nerovnoměrnosti. Kromě toho si zásobníky v solných vrstvách úspěšně poradí s rolí rezervního zdroje pro důležité odběratele.

Existují pouze 2 žádané způsoby skladování plynu pod zemí. A to v propustných porézních vrstvách a v kavernách vymytých v ložiscích soli. První varianta se používá, když je třeba vytvořit velký zásobník, druhá – pouze pro řešení lokálních úkolů.

Uvedené PCHG se vytvářejí metodou vymývání části solných ložisek za účelem vytvoření dutiny požadované velikosti. K tomu se nejprve vyvrtá několik vrtů, kterými je po delší dobu přiváděna voda.

Ačkoli je popsaný postup zdlouhavý a nákladný, vyplácí se, protože skladování vstřikovaného zemního plynu probíhá beze ztrát. Důvodem je, že solné jeskyně jsou těsné. Kromě toho mají účinek samozacelení – tektonické a další praskliny poměrně rychle zarůstají solnými usazeninami.

Výhodou uspořádání těchto podzemních zásobníků plynu je, že odběr potřebného objemu paliva probíhá prakticky bez omezení rychlosti. Ta je několikanásobně vyšší než při provádění stejných operací v zásobnících jiných typů. A také důležitou předností PCHG vybudovaných v solných jeskyních je vysoké procento odběru plynu – jedno z nejvyšších mezi všemi jeho druhy.

Hornina pro skladování plynu musí být taková, jak je ukázáno na fotografii. To znamená propustná a musí mít dostatek prostoru pro umístění velkého objemu paliva. Kromě toho musí struktura souvrství umožňovat snadné vytlačování vody a zbytků ropy.

Ale počet kaveren v solných vrstvách nepřesahuje 2 % z celkového počtu zásobníků.

Na tento ukazatel má vliv řada negativních aspektů:

• Přítomnost obrovského množství slané vody po vymytí jeskyní pro uskladnění plynu. V důsledku toho, pokud není v blízkosti moře nebo alespoň solných zpracovatelských závodů, není kam kapalinu dát. To je hlavním důvodem malého množství PCHG tohoto druhu.
• Snížení užitného objemu během provozu. K tomuto jevu vede odpařování soli v místech s vyšším tlakem a hromadění tam, kde je tlak nižší.
• Výskyt nečistot v plynu, kterými se často stávají zbytky kapaliny dříve použité k vymývání jeskyně.
• Nevýznamné objemy, což neumožňuje vytvářet zásoby v dostatečném množství.

V důsledku toho se solné zásobníky obvykle používají pouze tam, kde není možné použít výše uvedené druhy nádob.

Varianta #4 – PZP v hornických dílech

Jejich objemy jsou nepatrné. Nicméně Švédové a Norové uchovávají část svých strategických zásob plynu v zásobnících právě tohoto typu.

PZP v důlních dílech — jediné plynové úložiště zcela vybudované člověkem. Například v jedné ze šachet pomocí výbuchů vytvoří zásobník, který je poté obložen ocelovými plechy.

Takto vypadají solné kaverny používané pro skladování plynu. Jsou hermetické a spolehlivé, ale mají omezené rozměry, proto jsou vhodné pro vytvoření PZP nepatrného objemu. A to výhradně pro řešení lokálních úkolů. Například v Rusku z 27 dnes používaných zásobníků jsou pouze 2 solné.

Ačkoli je provoz PZP v opuštěných šachtách výhodný kvůli vysokému procentu a rychlosti odběru, v blízké budoucnosti se jejich počet výrazně nezvýší. Důvodem je, že popsaná úložiště je obtížné stavět. Protože ne vždy se podaří dosáhnout úplné těsnosti, což vede k významným ztrátám.

Děje se tak proto, že při provozu dolu se snaží přivést maximální množství vzduchu. K tomu se vytváří ventilační systém s mnoha vývody na povrch, které při zařizování skladiště není vždy možné utěsnit.

V důsledku toho existuje dnes jen několik úspěšných příkladů realizace myšlenky skladování plynu v opuštěných šachtách (na území Švédska, Norska, Německa).

Jsou úložiště těsná?

Úniky paliva jsou častými procesy, kterým se nelze vyhnout. Důvodů je příliš mnoho.

Pro přehlednost se dělí do 3 kategorií:

• geologické;
• technologické;
• technické.

Do skupiny geologických příčin patří nehomogenita krytů PZP, přítomnost tektonických zlomů a také zvláštnosti hydrodynamiky a geochemie. Například plyn může jednoduše migrovat po vrstvě a odborníci na to nijak neovlivní.

Technologické příčiny patří k nejčastějším, protože pravidelně dochází k chybám při hodnocení některých skutečností. Například účinnosti hydropastí, zásob plynu, probíhajících fyzikálně-chemických procesů.

Nejednou se k dosažení potřebných vrstev používá vrtání vrtů. Jeho technologie se přitom nijak neliší od obdobných postupů při pokusu o dosažení ložisek plynu a ropy.

Technické příčiny jsou nejčastěji spojeny se stavem používaných vrtů, pomocí kterých se uskutečňuje injektáž plynu.

Zvláštnosti vytváření PZP

V 95 % případů se PZP vytvářejí vytlačováním vody plynem, zbytků ropy z porézních vrstev. Tímto způsobem vznikají „kapacity“ pro skladování „modrého“ paliva.

A nejdůležitější vlastností je, že objem plynu použitý k vytlačování kapalin nemůže být dále použit pro dodávky spotřebitelům. Jeho úkolem je zabránit návratu vody a zbytků uhlovodíků na původní místo. V opačném případě by zásobník prostě přestal existovat.

To znamená, že uvedený plyn je nárazový. Je ho zpravidla nejméně polovina z celkového objemu vstřikovaného do PZP. A v některých případech je nárazového plynu 3krát více než toho, který lze použít pro dodávky spotřebitelům, a který se nazývá aktivní.

Je zajímavé, že množství nárazového plynu nelze předem vyčíslit. To znamená, že vše se ověřuje výhradně experimentálně. Na to se v mnoha případech vynaloží roky. Ale přesto, pokud je získaný výsledek neuspokojivý, lze nárazový plyn zcela odčerpat.

Postup plnění úložiště

Poté, co geologové provedli průzkum nějaké vrstvy a rozhodli, že na potřebném místě lze vytvořit plynový zásobník, plynáři postaví inženýrský komplex.

Moderní PZP jsou nejbezpečnějším způsobem skladování zásob plynu. Jeho časté úniky jsou však velkým problémem pro plynáře a ekology, kteří takové případy považují za významný problém pro životní prostředí. A stává se i to, co je zobrazeno na fotografii (v dálce je vidět požár na jednom z maďarských PZP).

A dále začíná vstřikování „modrého“ paliva do budoucího PZP, které je přiváděno z nejbližšího hlavního potrubí. A vstupuje na čistící plošinu, kde dochází k odstraňování nejrůznějších mechanických nečistot.

Čisté palivo je přiváděno na místo účetnictví a měření. A poté do kompresní dílny, kde probíhá komprimace – tak se nazývá příprava plynu ke vstřikování do zásobníku. Představuje zvýšení tlaku plynu na potřebnou hodnotu.

Poté je transportován na plynárenské distribuční body. Kde se celkový tok rozděluje na několik a vstupuje do různých technologických linek. Odtud je po sběračích směřován do vrtů ke vstřikování.

Během celého procesu specialisté kontrolují řadu parametrů, mezi nimi tlak a teplotu plynu, výkon každého vrtu.

Závěry a užitečné video k tématu

Přiložený níže uvedený video materiál je věnován tématu vytváření PZP pro vyhlazení nerovnoměrné spotřeby paliva, které bude dodávat plynovod „Sila Sibiri“.

Podzemní zásobníky plynu jsou nejspolehlivějším a nejvýhodnějším způsobem vyrovnávání nerovnoměrné spotřeby plynu a jeho stabilní dodávky při mimořádných událostech. A nejzajímavější je, že za to nemůžeme děkovat lidskému géniovi, ale přírodě, která předvídavě vytvořila vhodné horninové vrstvy.

Osobně jste se podílel na vytváření podzemních zásobníků plynu a chcete doplnit výše uvedený materiál užitečnými informacemi? Nebo jste si všimli nesrovnalostí v faktech? Zanechte své připomínky a komentáře – blok zpětné vazby se nachází níže pod článkem.