Partnerzy
serwisu

BOŚ Bank logo Instytut Polityki Energetycznej logo

Merxu maj

Merxu maj mobile

Partnerzy
Merytoryczni

IGEOS logo
Podziemne magazyny gazu w Polsce
Podziemne magazyny gazu w Polsce, rys. PGNiG

Podziemne magazyny gazu w Polsce a bezpieczeństwo energetyczne

Podziemne magazyny gazu wykorzystywane w Polsce i innych krajach Europy stanowią bardzo ważną infrastrukturę ze względów gospodarczych oraz politycznych. Te strategiczne obiekty są jednymi z najistotniejszych elementów umożliwiających osiągnięcie samowystarczalności gazowej, która z kolei jest niezbędna dla zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego kraju.

Podziemne magazyny gazu w Ukrainie

Podziemne magazyny gazu w Ukrainie stanowią największą w Europie sieć tego typu obiektów, których pojemność wynosi 31 mld m³. Są one używane przez Gazprom od czasów ZSRR jako swego rodzaju dodatek do magistrali obsługującej przesył gazu do krajów Europy Zachodniej. Podziemne magazyny gazu w Ukrainie to obiekty o strategicznym znaczeniu zarówno w kontekście doniesień, że rosyjskie wojska celują w naziemne rurociągi w całym kraju (w początkowej fazie inwazji mieli zniszczyć duży gazociąg w Charkowie – 27.02.2022), jak i wzmocnienia bezpieczeństwa energetycznego Polski w zakresie dostępności gazu ziemnego po ustaniu kontraktu jamalskiego czy nieplanowanych przerwach w czasie jego trwania. Wykorzystanie funkcjonujących w Polsce i Europie podziemnych magazynów gazu ukazuje, jak ważną infrastrukturę stanowią w wielu wymiarach gospodarczych oraz politycznych.

Samowystarczalność gazowa

Gaz ma szereg zalet, dzięki którym jego rola w najbliższych latach będzie rosła (pomimo retoryki unijnej, że to paliwo przejściowe. Oprócz niższej o 60% emisji CO2 w stosunku do węgla charakteryzuje się również niższą emisją szkodliwych substancji lotnych oraz stałych (siarka, pył, metale ciężkie itp.) w porównaniu do innych paliw kopalnych. Po spalaniu gazu nie pozostają także żadne pozostałości stałe, zatem nie ma konieczności zagospodarowania niepalnych resztek. Ponadto, gaz jest substancją możliwą do transportu z wykorzystaniem gazociągów lub drogą morską i lądową w postaci skroplonej (LNG). Gaz ziemny jest również surowcem możliwym do magazynowania, co z kolei stanowi istotny czynnik w zakresie zapewnienia bezpieczeństwa energetycznego.

Samowystarczalność gazowa będąca składową stanu bezpieczeństwa energetycznego definiowana jest jako stosunek ilości gazu ziemnego wydobywanego z polskich złóż do krajowego zużycia wyrażona została poniższym wzorem (na podstawie M. Ruszel, „Bezpieczeństwo energetyczne Polski. Wymiar teoretyczny i praktyczny”, wydawnictwo Rambler, 2014 Warszawa). Wzór ten można zmodyfikować dodając do krajowego wydobycia zdolności magazynowe, co pozwoli wyjaśnić , jak ważne są podziemne magazyny energii.

Podziemne magazyny energii - wzór obliczeniowy

gdzie:
Ws – wskaźnik samowystarczalności,
P – wydobycie gazu ziemnego w danym roku,
Zk – krajowe zużycie gazu ziemnego (paliwo dostarczane – zapasy krajowe).

Stosunek ten można ocenić jako najprostszy wskaźnik bezpieczeństwa surowcowego kraju, w tym przypadku związanego z sektorem gazu ziemnego. Z definicji samowystarczalność jest wynikową poziomu wydobycia danego surowca do jego zużycia, które równe jest sumie ilości dostarczonych na rynek krajowy paliw gazowych pomniejszone o saldo zapasów krajowych. Na poniżej zaprezentowanym wykresie przedstawiono dwa warianty tego parametru. W pierwszym zwizualizowanym w kolorze niebieskim przedstawiono wartość samowystarczalności bez uwzględnienia wartości magazynowych, a kolorem pomarańczowym wartości procentowe samowystarczalności (ze zmodyfikowanego wzoru) z uwzględnieniem pojemności podziemnych magazynów gazu od 2000 r. Z wykresu można wysnuć następujące wnioski:

  • wysoki (powyżej 50%) wskaźnik samowystarczalności gazowej obserwowany był do początku lat 80. XX w., co wynikało z relatywnie niskiego zużycia gazu w przemyśle (6–10 mld m³ rocznie) oraz wysokiego wydobycia (5–7 mld m³ rocznie),
  • wskaźnik samowystarczalności utrzymywał się na poziomie 30–50% w latach 1981–2007, a następnie zaczął spadać, aby w 2018 r. osiągnąć wartość poniżej 20%, co wynikało ze zmniejszenia udziału surowca wydobywanego w kraju o ok. 1 mld m³ do poziomu 4–5 mld m³, a także ze wzrostu zapotrzebowania wynikającego z rozwoju gospodarczego kraju (wg danych Banku Światowego PKB Polski urosło od 2006 do 2021 r. o ponad 75%).
Podziemne magazyny gazu - wskaźniki samowystarczalności gazowej
Wskaźnik samowystarczalności energetycznej w % dla sektora gazu ziemnego w Polsce w latach 1970–2020, rys. opracowanie własne autora na podstawie BP Statistical Review 2021 oraz M. Ciechanowska „Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy Podziemne magazyny gazu elementem bezpieczeństwa energetycznego Polski”

Uwzględnienie pojemności czynnej podziemnych magazynów gazu od 2000 r. przyczynia się do podniesienia wskaźnika o 3–5 punktów procentowych. Choć pierwszy PMG w Europie powstał w 1954 r. w Polsce w miejscowości Roztoki (znajdujący się w częściowo wyeksploatowanym złożu gazu ziemnego koło Jasła), to dopiero na przełomie wieków przy rosnącym imporcie gazu i związanym z tym ryzykiem niestabilności dostaw rozpoczęto pracę nad zwiększeniem możliwości magazynowych w kraju.

Podziemne magazyny gazu a samowystarczalność gazowa

Podziemne magazyny gazu ziemnego zwiększają poziom samowystarczalności w obecnych uwarunkowaniach o ok. 20% i stały się istotnym elementem łańcucha dostaw tego paliwa, w którym pierwotnie pracowały jedynie w celu zrównoważenia podaży i popytu, optymalizacji wielkości sieci przesyłowych oraz zapewnienia bezpieczeństwa dostaw. Wraz z rozwojem i liberalizacją rynków magazynowanie zyskało dodatkowo funkcję handlową, jako narzędzie wspierające obrót gazem.

Podziemne magazyny gazu spełniają również inne funkcje, takie jak:

  • zapewnienie stabilnej pracy gazowego systemu przesyłowego, dzięki pokryciu potrzeb Operatora Systemu Przesyłowego w zakresie zdolności magazynowych,
  • bilansowanie dostaw i poborów gazu, dzięki magazynowaniu nadwyżek gazu w okresach zmniejszonego popytu i jego oddawanie w przypadku wzrostu zapotrzebowania na to paliwo oraz zmiennych cen tego surowca,
  • zapewnienie stabilnej pracy kopalni gazu ziemnego poprzez odbiór wydobywanego gazu ziemnego, bez względu na aktualne zapotrzebowanie rynku na to paliwo,
  • zapewnienie bezpieczeństwa dostaw gazu (zdolność do realizacji zobowiązań kontraktowych przy stosunkowo stałych kontraktach zakupowych i zmiennym zapotrzebowaniu na gaz ziemny odbiorców),
  • wywiązywanie się ze zobowiązań zakupu minimalnych ilości gazu ziemnego w określonym czasie (umowy typu take or pay, takie jak kontrakt jamalski – po jego ustaniu straci na znaczeniu),
  • wsparcie energetyki wiatrowej poprzez umożliwienie dostarczania energii elektrycznej produkowanej w oparciu o gaz ziemny w okresach, gdy wiatr nie wieje z odpowiednia siłą (praca elektrowni gazowych jako stabilizatorów krajowego systemu elektroenergetycznego).

 

Podziemne magazyny gazu w Polsce

Podziemne magazyny energii są kluczowym elementem w kontekście wciąż ogromnego uzależnienia Polski od sprowadzanego gazu z kierunku rosyjskiego. Możliwości magazynowania gazu ziemnego w Polsce zapewnia 7 podziemnych magazynów gazu wysokometanowego, w tym 4 znajdujące się na Podkarpaciu, na obecnej trasie przesyłu gazu z Ukrainy, a trzy pozostałe w pobliżu węzłów sieci w głębi kraju (Dolny Śląsk, Kujawy, Pomorze). Obecna pojemność czynna podziemnych magazynów gazu wysokometanowego zarządzanych przez PGNiG wynosi 3 174,80 mln m³ (https://pgnig.pl/podziemne-magazyny-gaz), co stanowi ok. 17% rocznego zapotrzebowania Polski.

Podziemne magazyny gazu w Polsce można podzielić na dwa główne typy – magazyny kawernowe (wykorzystujące kawerny solne) oraz złożowe. Te pierwsze zlokalizowane są w Kosakowie (województwo pomorskie), o pojemność 239,40 mln m³ (docelowo 295 mln m³ do końca 2022 r.) oraz w Mogilnie (województw kujawsko-pomorskie), o pojemności czynnej 585,40 mln m³ (docelowo 800 mln m³ do 2027 r.). Podziemne magazyny gazu tego typu ze względu na swoją specyfikę są swoistymi bezpiecznikami systemu gazowego, ponieważ można do niech zatłaczać oraz wytłaczać gaz w dowolnej sekwencji i z regulowaną szybkością. Umożliwia to świadczenie usługi dla uczestników rynku gazu zawierających krótkoterminowe transakcje, które czasami wymagają szybkiego odebrania lub dostarczenia gazu. Magazyny kawernowe doskonale sprawdzają się też w sytuacjach awaryjnych (przykładowo w czerwcu 2017 r., kiedy w gazie przesyłanym z Rosji gazociągiem jamalskim pojawiła się woda i na 3 dni wstrzymano jego odbiór), kiedy mogą posłużyć do niwelowania skutków niekorzystnych zdarzeń związanych z przerwami w dostawach tego surowca.

Drugim typem są podziemne magazyny gazu złożowe. W Polsce zlokalizowanych jest 5 tego typu obiektów, które znajdują się w miejscowościach Husów, Strachocina, Brzeźnica, Swarzów i Wierzchowice. Zapewniają one kompensację nierównomierności zapotrzebowania na gaz ziemny w sezonie letnim i zimowym, realizację zobowiązań wynikających z kontraktów importowych zawierających klauzulę take or pay (np. kontrakt jamalski), ciągłość i bezpieczeństwo dostaw gazu, a także wywiązanie się z zawartych z odbiorcami umów sprzedaży.

Podziemne magazyny tego typu są również wykorzystywane na potrzeby wywiązania się z obowiązku utrzymania zapasów obowiązkowych nałożonych ustawą z dnia 14 lutego 2020 r. o zapasach ropy naftowej, produktów naftowych i gazu ziemnego oraz zasadach postępowania w sytuacjach zagrożenia bezpieczeństwa paliwowego państwa i zakłóceń na rynku naftowym. (art. 24 tej ustawy nakłada na „Przedsiębiorstwo energetyczne wykonujące działalność gospodarczą w zakresie obrotu gazem ziemnym” obowiązek utrzymania zapasów obowiązkowych gazu ziemnego w wielkości odpowiadającej co najmniej 30-dniowemu średniemu dziennemu przywozowi tego gazu).

Czytaj też: Kontrakt jamalski – zabezpieczenie dostaw gazu ziemnego po jego ustaniu

Podziemne magazyny gazu w formie kawern solnych

Podziemne magazyny gazu w formie kawern solnych (po raz pierwszy znalazły zastosowanie w USA w 1961 r.) charakteryzują się niewielką zajmowaną powierzchnią w stosunku do pozostałych rodzajów magazynów. Zapewnia to ich łatwiejsze monitorowanie i obsługę, a także krótszy czas realizacji. Budowa kawern solnych w przeliczeniu na otrzymaną pojemność czynną jest bardziej kosztowna (z uwagi na proces ługowania kawern z soli) niż w przypadku wyeksploatowanych złóż ropy naftowej, gazu ziemnego czy warstw wodonośnych, ale w przeliczeniu na moc odbioru w odniesieniu do jednostki pojemności czynnej jest dużo tańsza w stosunku do innych typów magazynów. Co ważne, podziemne magazyny gazu w formie kawern solnych mogą wykonywać wiele cykli zatłaczania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na znaczne zmniejszenie kosztów w przeliczeniu na jednostkę zmagazynowanego gazu. Pomimo tego, iż są najdroższe w budowie i utrzymaniu to stanowią bardzo dobre zabezpieczenie w przypadku gwałtownego wzrostu zapotrzebowania na gaz ziemny.

Zalety magazynów w kawernach solnych:

  • bardzo duża moc zatłaczania i odbioru (o wiele większa niż w przypadku magazynów w wyeksploatowanych złożach i warstwach wodonośnych),
  • zdolność do wykonywania wielu cykli napełniania i odbioru w ciągu roku, co pozwala na równoważenie mniejszych wahań popytu i podaży gazu zimnego (np. dobowych),
  • niskie ryzyko nieszczelności magazynu.

 

Wady magazynów w kawernach solnych:

  • wysokie nakłady inwestycyjne konieczne przy budowie,
  • ograniczone możliwości zagospodarowania lub zrzutu solanki powstającej w czasie ługowania kawern,
  • utrata pojemności czynnej w wyniku konwergencji (rocznie około 0,15%).

 

Podziemne magazyny gazu złożowe

Podziemne magazyny gazu tego typu realizuje się w wyeksploatowanych złożach. Mają one bardzo długi cykl napełniania i opróżniania. Gaz jest zatłaczany do nich przez pół roku (najczęściej w ciepłych miesiącach), a odbierany w czasie większego zapotrzebowania. Proces technologiczny, głównie z powodów właściwości geologicznych, nie może być przyspieszany, a co najwyżej wstrzymany przez odstawienie specjalistycznych sprężarek. Podziemne magazyny gazu złożowe są wpisane w roczny, naturalny cykl pracy całego systemu gazowego i stanowią bufor objętościowy, który wraz ze wzrostem zapotrzebowania będzie musiał być rozbudowywany (największy podziemny magazyn gazu w Wierzchowicach ma pojemność czynną 1 300 mln m³, jednak trwają analizy nad możliwością jej zwiększenia do 2 000 mln m³).

We wspomniany cykl systemu gazowego, który ma sezonowy charakter (występowanie tzw. szczytu poboru gazu zimą oraz doliny poboru latem) wpisują się również dwa podziemne magazyny przeznaczone dla gazu zaazotowanego wydobywanego na Niżu Polskim, zlokalizowane w miejscowościach Daszewo i Bonikowo (o pojemności odpowiednio 30 mln i 200 mln m³). Ich cechą charakterystyczną jest fakt, iż w procesie eksploatacji złóż w okresie letnim gaz ziemny jest zatłaczany do wyeksploatowanego złoża na głębokości ok. 2300–2500 m, a w zimowym odbierany i kierowany do celów grzewczych w gospodarstwach domowych oraz przemyśle. Ich głównym zadaniem jest optymalizacja wydobycia gazu zaazotowanego w rejonie Niżu Polskiego i z tego powodu pojemności magazynowe są wyłączone z definicji instalacji magazynowej w rozumieniu Ustawy „Prawo Energetyczne”.

Podziemne magazyny gazu złożowe cechują się następującymi zaletami:

  • zazwyczaj mają połączenia z głównymi gazociągami, co wpływa na zwiększenie elastyczności krajowego systemu dystrybucyjnego,
  • na obszarze złoża istnieją już odwierty, które można wykorzystać oraz infrastruktura naziemna, co znacznie obniża koszty ich budowy,
  • mniejsze nakłady inwestycyjne na budowę PMG, dzięki istnieniu w złożu pewnych niewydobytych ilości gazu, które po przekształceniu złoża na magazyn będą stanowiły pojemność buforową (poduszkę gazową).

 

Z kolei do wad magazynów w wyeksploatowanych złożach możemy zaliczyć:

  • zdolność do wykonywania tylko jednego cyku napełniania i odbioru w ciągu roku,
  • otwory i infrastruktura naziemna takich złóż są zazwyczaj stosunkowo stare i wymagają kosztownej modernizacji.

 

Podstawowe parametry techniczne podziemnych magazynów gazu umożliwiające dokonanie charakterystyki tych obiektów to oprócz wskazanej dla polskich magazynów pojemności czynnej wyrażonej w mln m³ m.in.:

  • pojemność udostępniana rynkowi przez operatora systemu magazynowania gazu,
  • pojemność buforowa,
  • techniczna pojemność niezbędna do prawidłowego działania magazynu w postaci tzw. poduszki gazowej,
  • moc napełniania,
  • maksymalny godzinowy strumień gazu możliwy do wtłaczania oraz odbioru do górotworu,
  • moc odbioru gazu,
  • zakres ciśnień roboczych wynikający z budowy geologicznej magazynu.

 

Perspektywy rozwoju podziemnych magazynów gazu

Rozbudowa zdolności magazynowych związanych z realizacją założeń „Ustawy o zapasach” jest zasadna mając na uwadze perspektywę wzrostu (o 50%) zużycia gazu ziemnego przez polską gospodarkę do 30 mld m³ rocznie do 2030 r. Dlatego oprócz planów rozbudowy obecnie istniejących magazynów planowane są nowe podziemne magazyny gazu w kawernach solnych w miejscowości Damasławek. Tego typu realizacje mogą być również rozpatrywane jako wspomagające proces derusyfikacji dostaw gazu do Polski oraz przygotowanie do rewolucji wodorowej.

Polska po ustaniu kontraktu jamalskiego ma możliwość zabezpieczenia kierunków dostaw dzięki inwestycjom, takim jak rozbudowywany terminal LNG w Świnoujściu, będący na ukończeniu gazociąg Baltic Pipe czy interkonektory z państwami sąsiadującymi. Wspomniane rozwiązania w konotacji do rosnącego zapotrzebowania i utrzymującego się poziomu wydobycia warunkują konieczność zwiększenia mocy regazyfikacyjnych (w celu redundancji dla terminala w Świnoujściu) poprzez planowaną (do 2028 r.) budowę terminala pływającego FSRU (ang. Floating Storage Regasification Unit) na wodach Zatoki Gdańskiej. W perspektywie 6 najbliższych lat proces inwestycyjny może być za długi biorąc pod rozwagę obecną sytuację. Alternatywą umożliwiającą szybsze zwiększenie możliwości pozyskiwania gazu drogą morską jest przykład budowy terminala LNG na łotewskim obszarze portowym Skulte, gdzie powstać ma FRU (ang. Floating Regasification Unit), czyli jednostka regazyfikacyjna nieposiadająca zdolności magazynowych. W założeniu ta instalacja za pomocą gazociągu o długości 34 km przesyłać będzie gaz w postaci lotnej do miejscowości Inčukalns, w której znajdują się podziemne magazyny gazu. Istotne jest, że ten proces trwa znacznie krócej niż budowa pełnoskalowej jednostki FSRU. Rozwiązanie kilka lat temu prezentowane przez Gaz-System S.A. zakładało połączenie terminala z PMG Kosakowo, jednak rozwiązanie szybszej budowy instalacji FRU wraz z rozbudową zdolności magazynowych kawern w Kosakowie w dzisiejszych uwarunkowaniach wydaje się równie zasadne.

Rozwój podziemnych magazynów gazu na północy kraju również jest pożądany w obliczu rosnącej presji na produkcję i konsumpcję czystego wodoru. Planowane realizacje Morskich Farm Wiatrowych oraz budowa pierwszej elektrowni jądrowej na Pomorzu pozwala przypuszczać, że produkowany z OZE wodór mógłby być zatłaczany i mieszany w zbiornikach na północy Polski, skąd rozbudowywaną siecią dystrybucyjną trafiałby do odbiorców w głębi kraju.

Podsumowując, podziemne magazyny gazu pełnią istotną rolę w zapewnieniu bezpieczeństwa energetycznego. Zabezpieczają ważną w dzisiejszych rynkowych uwarunkowaniach elastyczność, uodporniając polską gospodarkę od dużych wahań cen gazu i zapewniając większe możliwości obrotu tym surowcem z krajami sąsiednimi.

Publikacja artykułu: kwiecień 2022 r.

Ocena:

5/5 - (4 ocen)

MOŻE CI SIĘ SPODOBAĆ

W POZOSTAŁYCH SERWISACH

hale przemysłowe plus

Serwis branżowy poświęcony zagadnieniom związanym z halami przemysłowymi, na które składają się m.in. budowa i wynajem, instalacje, automatyka i logistyka czy wyposażenie.