So funktionieren unterirdische Gasspeicher: Geeignete Methoden zur Speicherung von Erdgas

Es scheint, dass das Wissen darüber, wie unterirdische Gasspeicher konzipiert sind, für den Durchschnittsnutzer keine praktische Bedeutung hat.Aber die Menschheit ist zu sehr auf „blauen“ Treibstoff angewiesen und wir wollen wirklich sicher sein, dass es nie zu Unterbrechungen bei der Versorgung kommt. Stimmt das nicht?

Und jeder Landsmann kann durch die Informationen über unterirdische Gasspeicher (UGS) beruhigt sein – solange diese voll sind, wird es keine Probleme mit der Gasversorgung geben. Lesen Sie mehr über den Speicheraufbau und die Speicherfunktionen in unserem Artikel.

Bau von unterirdischen Gasspeicheranlagen

Wenn Eigentümer von Privathäusern Gas zur Speicherung von Gas für den Eigenbedarf nutzen Gastanks, dann sprechen wir bundesweit von ganz anderen Speichermöglichkeiten. Offiziell handelt es sich bei unterirdischen Gasspeichern also um Komplexe von Ingenieurbauwerken, die der Einspeisung, Speicherung und Entnahme von „blauem“ Brennstoff dienen. Sie bestehen aus oberirdischen und unterirdischen Komponenten.

ZU Boden betreffen:

• Gasverteilungspunkt, das dazu dient, den Gasstrom auf mehrere technologische Prozesse zu verteilen;
• Kompressorwerkstattwo Kraftstoff (durch Druckerhöhung) für die Injektion in Bohrlöcher vorbereitet wird;
• Gasreinigungsanlagen.

Unter Tage UGS-Komponenten sind: Brunnen, Anlagen, Tanks. Und der letzte Punkt (Behälter) ist der interessanteste – wie der Gasspeicher selbst angeordnet ist, hängt davon ab, wo der „blaue“ Kraftstoff gelagert wird.

Moderne unterirdische Gasspeicher ähneln in ihrer Erscheinung großen Fabriken. Um die Einspritzung/Entfernung des Kraftstoffs sicherzustellen, ist der Einsatz leistungsstarker Kompressoren, Reinigungs- und anderer Geräte erforderlich. Die von Hunderten oder sogar Tausenden von Spezialisten betreut wird

Überprüfung von Gasspeichertanks

Gas nimmt bei gleichem Gewicht viel größere Flächen ein als alle Feststoffe. Und da es in großen Mengen verbraucht wird, werden für die Lagerung dieselben Behälter benötigt.

Darüber hinaus haben Experten vor einem Jahrhundert auf die Speicherung von Gas in künstlichen oberirdischen Lagerstätten verzichtet.

Der Grund dafür ist, dass dies Folgendes erfordern würde:

• besetzen weite Gebiete des Planeten mit Komplexen zur Lagerung von „blauem“ Niederdrucktreibstoff;
• Verwenden Sie teure und explosive Hochdruckgastanks.

Um die oben aufgeführten negativen Aspekte zu neutralisieren, hat man sich daher für unterirdische Lagereinrichtungen entschieden, wobei es sich dabei um Behälter handelt, die sich in erheblicher Tiefe befinden. Die liegt in den meisten Fällen zwischen 300 und 1000 Metern. Und dort kann man Treibstoff in von der Natur geschaffenen Tanks lagern.

Insgesamt haben Ingenieure gelernt, sieben Arten von Erdgasspeichertanks erfolgreich einzusetzen:

• in wassergesättigten porösen Formationen gebildet;
• konserviert nach der Produktion von Kohlenhydraten, nämlich Gas, Öl;
• gebildet in Steinsalzvorkommen;
• entstanden in den Minenanlagen;
• erstellt in haltbaren Permafrostgesteinen;
• mit einer Eisschale mit niedriger Temperatur;
• entstand nach unterirdischen Atomexplosionen.

Obwohl es viele Optionen gibt, unterscheiden sich nur die ersten vier Methoden der Gasspeicherung in ihrer Praktikabilität.Die übrigen Tankoptionen sind nur theoretisch geeignet.

Der unterirdische Gasspeicher Nord-Stawropol ist der größte der Welt und die dort gespeicherten Gasreserven können den jährlichen Brennstoffbedarf eines so großen Landes wie Frankreich decken. Denn die Lagerfläche beträgt bis zu 680 km²

Der Grund, warum die verbleibenden drei Optionen unpraktisch sind, ist folgender:

• Gas kann in gefrorenem Gestein gespeichert werden, wie mehrere bestehende Speicheranlagen in den nördlichen Regionen des Planeten belegen. Ihre Mengen sind jedoch äußerst unbedeutend, weshalb sie heute keine industrielle Bedeutung mehr haben.
• Durch unterirdische Atomexplosionen entstandene Behälter eignen sich durchaus zur Lagerung erheblicher Gasreserven, was bereits experimentell nachgewiesen wurde. Der Punkt ist jedoch, dass mächtige Waffen außerhalb der Wohnorte der Menschen getestet wurden. Daher gibt es dort in der Regel keine Verbraucher oder Versorgungsunternehmen.

Daher sind diese Art von Behältern schlichtweg unbrauchbar.

Obwohl unterirdische Gasspeicher als Speicheranlagen bezeichnet werden, ist die Gaseinsparung nicht ihre primäre Aufgabe. Denn der darin enthaltene Inhalt dient meist dazu, Ungleichmäßigkeiten im Verbrauch auszugleichen. Das kann täglich, wöchentlich oder saisonal sein. Nur als letztes Mittel werden UGS-Anlagen geschaffen, um die Folgen von Umständen höherer Gewalt abzumildern.

Als nächstes werden wir jede der Optionen zur unterirdischen Speicherung von Gas genauer betrachten.

Option Nr. 1 – Lagerung in wassergesättigten Formationen

Speicheranlagen in wassergesättigten Formationen sollen die Auswirkungen saisonaler Ungleichmäßigkeiten im Gasverbrauch ausgleichen. Und auch um strategische Reserven zu schaffen.

Ein wichtiges Merkmal der Gestaltung solcher Lagereinrichtungen ist die minimale menschliche Beteiligung – meist in der Phase der Erstellung von Bohrlöchern, die für die Gasinjektion erforderlich sind.

Die Karte Russlands zeigt, dass sich unterirdische Gasspeicher in der Nähe von Hauptgaspipelines und großen besiedelten Gebieten befinden. Und das ist kein Zufall, denn Speicheranlagen sind darauf ausgelegt, die Stabilität des Gasverbrauchs zu gewährleisten, weshalb sie in unmittelbarer Nähe zu großen Objekten liegen sollten

Diese Behälter werden in artesischen Formationen gesucht. Gasspeicher entstehen dort, wo die Gesteinsstruktur durchlässig und porös ist. Die verbleibende Flüssigkeit wird durch Gas entfernt, das sie komprimiert und anschließend herausdrückt.

Die sogenannten Kraftstofflagertanks selbst sind eigentlich keine solchen. Genauer gesagt sind sie überhaupt nicht da – sie dienen als Stauraum Hohlräume in porösen Schichten. Und der gesamte Prozess zur Schaffung eines Gasspeichers besteht darin, einen Teil des Wassers an die Peripherie zu verdrängen. Sie tun dies, um Platz für „blauen“ Kraftstoff zu schaffen.

Der oben beschriebene Vorgang kann nur abgeschlossen werden, wenn mehrere Faktoren dazu beitragen:

• Die poröse, durchlässige Schicht ist mit einer Kuppel (Kappe) aus gasundurchlässigem Gestein bedeckt, bei dem es sich in der Regel um komprimierten Ton handelt.
• Der Grundwasserleiter erstreckt sich von den Grenzen des Speichers über Dutzende Kilometer. Und noch besser ist es, wenn es Zugang zur Oberfläche hat. All dies ermöglicht es dem Gas, das Wasser in der Formation erfolgreich herauszudrücken.
• Die Länge der Kuppel reicht aus, um erhebliche Gasmengen speichern zu können.
• Die Porosität und Durchlässigkeit des Gesteins gewährleistet eine akzeptable Gaskapazität und die Fähigkeit, dieses während der Entwicklung freizusetzen.

Wenn mindestens eine der Bedingungen nicht erfüllt ist, ist die Errichtung eines unterirdischen Speichers nicht möglich.

Das Funktionsprinzip moderner unterirdischer Speicheranlagen ist einfach. Die Besonderheiten können am Beispiel großer unterirdischer Gasspeicher untersucht werden, die zur Glättung saisonaler Unregelmäßigkeiten eingesetzt werden.

Daher wird in der warmen Jahreszeit normalerweise die erforderliche Menge Gas hineingepumpt. Was erst mit Beginn der Heizperiode weggenommen wird. Darüber hinaus wird keine große Menge Gas in die Hauptleitung geleitet, sondern eine durchschnittliche Menge, die aus Betriebserfahrungen vergangener Winter bekannt ist.

Und wenn die Temperatur plötzlich stark sinkt und der tägliche Verbrauch um eine Größenordnung höher wird, wird ein großer unterirdischer Gasspeicher die Entnahmemenge immer noch nicht erhöhen. Und der Mangel wird durch kleine Lager gedeckt, die den täglichen und wöchentlichen Verbrauch ausgleichen sollen. Der Grund dafür ist, dass die Auswahl einfacher und schneller ist.

Als optimal gelten Container mit einer Fläche von mehreren Quadratkilometern. Mit einem Höhenunterschied zwischen der Unterseite und der Oberseite der Kuppel innerhalb von 10-15 Metern

Der Vorteil von UGS-Anlagen in wassergesättigten Formationen ist ihre erhebliche Kapazität. Ein Nachteil besteht darin, dass Geologen bei der Untersuchung der Eigenschaften des Grundwasserleiters möglicherweise einige wichtige Faktoren nicht identifizieren oder berücksichtigen. Dadurch wird der Speicher unbrauchbar.

Und das Schlimmste ist, dass sich dies oft erst nach enormen Investitionen in den Bau ober- und unterirdischer Infrastruktur zeigt. Nicht selten treten auch kleinere Störungen auf, wodurch der Betrieb von unterirdischen Gasspeichern in wassergesättigten Gesteinen mit erheblichen ungeplanten Kosten einhergeht.

Option Nr. 2 – Container nach der Kohlenwasserstoffproduktion

Zu diesem Typ gehörende Technikkomplexe dienen dazu, saisonale Schwankungen im Verbrauch von „blauem“ Kraftstoff auszugleichen. Und auch um strategische Reserven zu schaffen.

Untertagespeicher sind gefragt, da ihre Errichtung und ihr Betrieb wirtschaftlich am rentabelsten sind. Und wenn es nicht möglich ist, Hauptgasleitungen von unterirdischen Gasspeichern zu nutzen, kommen riesige oberirdische Gastanks (siehe Foto) zum Einsatz. Darüber hinaus wird in den auf dem Foto gezeigten Behältern meist nur Flüssiggas gelagert

Der Aufbau derartiger Lagerstätten ist der gleiche wie bei Analoga, die in wassergesättigten Formationen entstehen. Das heißt, der Brennstoff wird in den Hohlräumen poröser Gesteine ​​gespeichert.

UGS-Anlagen, die in Gesteinen errichtet wurden, in denen sich einst Kohlenwasserstoffe befanden, sind die am häufigsten vorkommenden der Welt. Ihre Zahl erreicht also beachtliche 70 %, was auf eine Reihe von Vorteilen zurückzuführen ist.

Dazu gehören: erhebliche Kapazitäten und Einsparungen bei Kapitalinvestitionen in die Exploration, die Schaffung der Infrastruktur oder zumindest eines Teils davon, Bohrungen – am Standort der Errichtung solcher unterirdischer Gasspeicheranlagen wurde bereits Öl- und Gasförderung durchgeführt.

Es sollte klar sein, dass vergrabene Gastanks keine unterirdischen Lagereinrichtungen sind. Denn sie sollen ganz andere Probleme lösen. Und sie landen nur deshalb unter der Erde, um bei starkem Frost die Verdampfung von Flüssiggas effizienter zu machen. Und das ohne Kosten. Und auch die bedingt unterirdische Platzierung von Gastanks ermöglicht es Ihnen, irgendwo auf Ihrem persönlichen Grundstück nützlichen Platz zu sparen

Aber die nach der Kohlenwasserstoffproduktion erhaltenen Behälter können nicht als ideal bezeichnet werden.

Sie haben viele Nachteile:

• Probleme mit der Dichtheit alter Bohrlöcher – dies gilt insbesondere für ehemalige Ölfelder;
• unzureichende Porosität, Durchlässigkeit von Gesteinen;
• Vermischen von Gas mit Ölrückständen – was teilweise zu erheblichen Verlusten führt, da das resultierende Gemisch nicht mehr verwendet werden kann.

Außerdem entwickelt Gas in Ölfeldern häufig eine gefährliche Verunreinigung in Form von Schwefelwasserstoff. Das ist schädlich für die menschliche Gesundheit und zerstört auch alle Arten von Stahlkonstruktionen, auch solche aus Edelstahl.

Der Betrieb von unterirdischen Gasspeicheranlagen auf der Grundlage von Gebieten mit erschöpften Kohlenwasserstoffvorkommen ist möglich, da das Gas bei der Injektion das verbleibende Öl aus der gewünschten Formation verdrängt. Darüber hinaus wirkt es wie Wasser komprimierbar und beweglich, was die Anordnung des Behälters erleichtert. Manchmal wird Öl unter Gasdruck nicht in das Gestein gedrückt, sondern steigt nach oben, was zu einer zusätzlichen Gewinnquelle wird.

Option Nr. 3 – Stauseen in Steinsalzlagerstätten

Solche Behälter mit Gas dienen dazu, die tägliche und wöchentliche Ungleichmäßigkeit der Nutzung auszugleichen und tragen auch zur Nivellierung der saisonalen Ungleichmäßigkeit bei. Darüber hinaus erfüllen Speicheranlagen in Salzformationen erfolgreich die Rolle einer Ersatzquelle für wichtige Verbraucher.

Es gibt nur zwei beliebte Möglichkeiten, Gas unter der Erde zu speichern. Nämlich in durchlässigen porösen Schichten und ausgewaschenen Kavernen in Salzlagerstätten. Die erste Option wird verwendet, wenn Sie einen großen Speicher erstellen müssen, die zweite nur zur Lösung lokaler Probleme

Die genannten UGS-Anlagen entstehen durch Auswaschen eines Teils der Salzablagerungen, um einen Hohlraum der erforderlichen Größe zu schaffen. Hierzu werden zunächst mehrere Brunnen gebohrt, durch die über einen längeren Zeitraum Wasser zugeführt wird.

Obwohl das beschriebene Verfahren langwierig und teuer ist, lohnt es sich, da das eingespeiste Erdgas verlustfrei gespeichert wird. Der Grund dafür ist, dass Salzgrotten luftdicht sind. Darüber hinaus haben sie die Wirkung Selbstheilung — Tektonische und andere Risse werden schnell mit Salzablagerungen überwuchert.

Der Vorteil beim Bau solcher unterirdischer Gasspeicher besteht darin, dass die benötigte Brennstoffmenge nahezu ohne Geschwindigkeitsbeschränkungen entnommen wird. Das ist um ein Vielfaches höher als bei der Durchführung der gleichen Vorgänge in Containern anderer Typen. Ein weiterer wichtiger Vorteil von UGS-Anlagen in Salzhöhlen ist der hohe Anteil der Gasförderung – einer der höchsten aller Arten.

Der Stein für die Gasspeicherung sollte wie auf dem Foto gezeigt sein. Das heißt, sie sind durchlässig und haben genügend Platz, um eine große Menge Kraftstoff aufzunehmen. Darüber hinaus sollte die Struktur der Formation eine leichte Verdrängung von Wasser- und Ölrückständen ermöglichen

Die Anzahl der Kavernen in Salzschichten übersteigt jedoch nicht 2 % der Gesamtzahl der Speichereinrichtungen.

Dieser Indikator wird durch eine Reihe negativer Aspekte beeinflusst:

• Vorhandensein großer Mengen Salzwasser nach dem Auswaschen der Höhlen, um Gas zu sparen. Wenn also kein Meer oder zumindest Salzverarbeitungsanlagen in der Nähe sind, kann die Flüssigkeit nirgendwo abgelegt werden. Was ist der Hauptgrund für die geringe Menge dieser Art von UGS?
• Reduzierung des Nutzvolumens während des Betriebs. Dieses Phänomen wird durch die Verdunstung von Salz an Orten mit höherem Druck und die Ansammlung dort verursacht, wo der Druck niedriger ist.
• Das Auftreten von Verunreinigungen im Gas, die oft zu Resten von Flüssigkeiten werden, die zuvor zum Auswaschen der Höhle verwendet wurden.
• Kleinere Bände, wodurch es nicht möglich ist, Reserven in ausreichender Menge zu bilden.

Aus diesem Grund werden Salzlageranlagen in der Regel nur dort eingesetzt, wo der Einsatz der oben aufgeführten Behältertypen nicht möglich ist.

Option Nr. 4 – UGS in Minenanlagen

Ihre Volumina sind unbedeutend. Dennoch lagern die Schweden und Norweger einen Teil ihrer strategischen Gasreserven in solchen Containern.

PVC in Bergwerken ist der einzige Gasspeicher, der vollständig von Menschen ausgestattet wurde. So entsteht in einer der Minen durch Explosionen ein Behälter, der dann mit Stahlblechen ausgekleidet wird.

So sehen Salzkavernen aus, in denen Gas gespeichert wurde. Sie sind hermetisch dicht und zuverlässig, haben aber begrenzte Abmessungen und eignen sich daher für den Bau kleinvolumiger UGS-Anlagen. Und ausschließlich zur Lösung lokaler Probleme. In Russland beispielsweise sind von den heute 27 genutzten Lagerstätten nur zwei Salzlager.

Obwohl es aufgrund des hohen Prozentsatzes und der hohen Entnahmerate rentabel ist, unterirdische Gasspeicher in stillgelegten Bergwerken zu betreiben, wird deren Zahl in naher Zukunft nicht wesentlich zunehmen. Der Grund liegt darin, dass die beschriebenen Speicheranlagen schwierig zu bauen sind. Da es nicht immer möglich ist, eine vollständige Dichtheit zu erreichen, führt dies zu erheblichen Verlusten.

Dies geschieht aufgrund der Tatsache, dass während des Betriebs der Mine versucht wird, dort die maximale Luftmenge zuzuführen. Warum entsteht ein Lüftungssystem mit vielen Ausgängen zur Oberfläche, die bei der Einrichtung eines Lagerraums nicht immer abgedichtet werden können?

Daher gibt es heute nur wenige erfolgreiche Beispiele für die Umsetzung der Idee der Gasspeicherung in stillgelegten Bergwerken (in Schweden, Norwegen, Deutschland).

Sind die Lagerräume luftdicht?

Kraftstofflecks sind häufige Vorgänge, die sich nicht vermeiden lassen. Weil es zu viele Gründe gibt.

Der Einfachheit halber sind sie in drei Kategorien unterteilt:

• geologisch;
• technologisch;
• technisch.

Zur Gruppe geologisch Gründe dafür Dazu gehören die Heterogenität der UGS-Bedeckung, das Vorhandensein tektonischer Verwerfungen sowie Merkmale der Hydrodynamik und Geochemie. Beispielsweise kann Gas einfach durch die Formation wandern, und Spezialisten werden dies in keiner Weise beeinflussen.

Technologisch Ursachen gehören zu den häufigsten, da es bei der Beurteilung von Sachverhalten regelmäßig zu Fehlern kommt. Zum Beispiel die Wirksamkeit von Hydrofallen, Gasreserven und laufenden physikalischen und chemischen Prozessen.

Um an die gewünschten Schichten zu gelangen, werden häufig Brunnen gebohrt. Darüber hinaus unterscheidet sich seine Technologie nicht von ähnlichen Verfahren beim Versuch, an Gas- und Ölvorkommen zu gelangen

Technische Gründe hängen am häufigsten mit dem Zustand der verwendeten Bohrlöcher zusammen, durch die Gas injiziert wird.

Merkmale der Schaffung unterirdischer Gasspeicheranlagen

In 95 % der Fälle werden unterirdische Speicheranlagen angelegt Wasser mit Gas auspressen, Ölrückstände aus porösen Formationen. Auf diese Weise entstehen „Behälter“ zur Lagerung von „blauem“ Kraftstoff.

Und das Wichtigste: Die zum Auspressen von Flüssigkeiten verwendete Gasmenge kann anschließend nicht für die Lieferung an Verbraucher verwendet werden. Seine Aufgabe besteht darin, zu verhindern, dass Wasser- und Kohlenwasserstoffrückstände an ihren alten Platz zurückkehren. Andernfalls wird das Repository einfach nicht mehr existieren.

Das heißt, das angegebene Gas ist Puffer. In der Regel beträgt es mindestens die Hälfte der gesamten in unterirdische Gasspeicher gepumpten Menge. Und in manchen Fällen ist dreimal mehr Puffergas vorhanden, als für die Versorgung der Verbraucher verwendet werden kann, was man nennt aktiv.

Interessant ist, dass die Menge an Puffergas nicht im Voraus berechnet werden kann.Das heißt, alles wird ausschließlich experimentell getestet. Was in vielen Fällen Jahre dauert. Wenn das Ergebnis jedoch nicht zufriedenstellend ist, kann das Puffergas vollständig abgepumpt werden.

Vorgehensweise zum Befüllen des Lagers

Nachdem Geologen eine Formation untersucht und entschieden haben, dass an der richtigen Stelle ein Gasspeicher errichtet werden kann, bauen Gasproduzenten einen technischen Komplex.

Moderne unterirdische Gasspeicher sind die sicherste Art, Gasreserven zu speichern. Doch die häufigen Lecks stellen ein großes Problem für Gasarbeiter und Umweltschützer dar, die solche Fälle als erhebliches Problem für die Umwelt betrachten. Und es passiert auch, wie auf dem Foto zu sehen ist (in der Ferne ist ein Brand in einem der ungarischen unterirdischen Gasspeicher zu sehen).

Und dann beginnt die Einspeisung von „blauem“ Treibstoff in den künftigen unterirdischen Gasspeicher, der vom nächstgelegenen Standort versorgt wird Hauptleitung. Und es geht zur Reinigungsstelle, wo alle Arten von mechanischen Verunreinigungen entfernt werden.

Der Dosier- und Dosierstelle wird sauberer Kraftstoff zugeführt. Und danach in die Kompressorenwerkstatt, wo die Verdichtung durchgeführt wird – so nennt man die Vorbereitung des Gases für die Einspeisung in den Speicher. Es stellt eine Erhöhung des Gasdrucks auf den gewünschten Wert dar.

Anschließend wird es zu Gasverteilungspunkten transportiert. Dabei wird der Gesamtstrom in mehrere aufgeteilt und verschiedenen technologischen Linien zugeführt. Von dort wird es durch Fahnen zu Brunnen geleitet, wo es injiziert wird.

Während des gesamten Prozesses überwachen Spezialisten eine Reihe von Parametern, darunter Gasdruck und -temperatur sowie die Produktivität jeder Bohrung.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Das unten angehängte Video ist dem Thema der Schaffung unterirdischer Gasspeicher gewidmet, um den ungleichmäßigen Kraftstoffverbrauch auszugleichen, der über die Gaspipeline Power of Siberia geliefert wird.

Unterirdische Gasspeicher sind die zuverlässigste und profitabelste Möglichkeit, einen ungleichmäßigen Gasverbrauch auszugleichen und im Falle höherer Gewalt eine stabile Versorgung sicherzustellen. Und das Interessanteste ist, dass wir dies nicht dem menschlichen Genie zu verdanken haben, sondern der Natur, die mit Bedacht die dafür geeigneten Gesteinsschichten geschaffen hat.

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