KONFERENCJA BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE KRAJU CZY PORADZIMY SOBIE SAMI?

Transkrypt

1 KONFERENCJA BEZPIECZEŃSTWO ENERGETYCZNE KRAJU CZY PORADZIMY SOBIE SAMI? MOŻLIWOŚCI BEZPIECZNEGO PODZIEMNEGO MAGAZYNOWANIA WĘGLOWODORÓW / PALIW W STRUKTURACH GEOLOGICZNYCH NA OBSZARZE POLSKI dr GRZEGORZ CZAPOWSKI Państwowy Instytut Geologiczny, ul Rakowiecka 4, Warszawa grzegorz.czapowski@pgi.gov.pl Warszawa, Pałac Kultury i Nauki, 7 czerwca 2006 r.

2 Polska, jako kraj Unii Europejskiej, zobowiązana jest dyrektywą 98/93/EC (z dn ), do posiadania stałych zapasów ropy i paliw w ilości odpowiadającej co najmniej 90-dniowemu zapotrzebowaniu kraju na te produkty w roku poprzednim (w 2005 roku rezerwy te winny wynosić ok. 4,5 mln ton ropy oraz ponad 2 mln ton benzyn i oleju napędowego, w przypadku gazu ziemnego szacować je można na ok. 2,9 mld m3). Szacunki pojemności istniejących zbiorników (stan z 1998 r.) wskazują na braki w tym zakresie (ocena na 2005 r.) rzędu do 3,5 mln ton dla ropy naftowej i do 0,8 mln ton dla benzyn i olejów. Zapewnienie podobnych pojemności w magazynach powierzchniowych jest wyjątkowo trudne, ponadto ew. awaria (czy też atak terrorystyczny?) takich magazynów może spowodować straty ludzkie i katastrofy ekologiczne (ze względu na odbiorców są one zwykle lokowane w pobliżu większych miast i aglomeracji miejskich) oraz perturbacje gospodarcze (utrata zapasów paliwa). Znacznie bezpieczniejsze jest gromadzenie w/w paliw w magazynach podziemnych w strukturach geologicznych, gdzie paliwo zatłaczane jest do naturalnych lub sztucznych, szczelnie izolowanych przestrzeni w skałach na znacznych głębokościach, a infrastruktura powierzchniowa jest zminimalizowana do systemów zatłaczania i odbioru (jej awaria/zniszczenie nie zagraża samemu zbiornikowi). Światową tendencją jest rosnący udział jako paliwa gazu ziemnego (przewidywany jest wzrost jego zużycia od 2,1 bln m3 w 1995 r. do 4 bln m3 w 2020 r.) uznawanego za paliwo ekologiczne XXI-go wieku (niebagatelną rolę odgrywają większe światowe rozprzestrzenienie i zasoby złóż gazu niż ropy). Polska ma ograniczone zasoby ropy naftowej (89 złóż, zasoby ok. 19,5 mld ton, wydobycie roczne to 0,8 mln ton) i gazu ziemnego (256 złóż, zasoby 154 mld m3, wydobycie roczne rzędu 5,2 mld m3 ze 183 złóż pokrywa 43,2% krajowego zapotrzebowania, złoża są w ponad 60% wyczerpane) i skazana jest na import tych paliw (podobnie jak cała Europa) z odległych rejonów. Budowa magazynów na importowane paliwa jako powszechna tendencja na świecie i w Europie pozwala: (a) zminimalizować efekty fluktuacji cenowych na światowym rynku paliw, (b) zróżnicować dostawców (tzw. dywersyfikacja ogranicza możliwe presje polityczne), (c) zapewnić rezerwy energetyczne własnej gospodarce (w zespolonym systemie w ramach np. Unii Europejskiej bezpieczeństwo krajom członkowskim) oraz (d) zarabiać na sprzedaży nadwyżek paliw.

3 Podziemne magazynowanie węglowodorów jako paliw (ciekłych: ropa naftowa i produkty jej przetworzenia w postaci benzyn i oleju opałowego oraz gazowych: gaz ziemny oraz propan-butan zwykle w formie ciekłej) jest na świecie prowadzone w: a) wyeksploatowanych złożach gazu i ropy naftowej, b) w wybranych poziomach zawodnionych i wodonośnych, c) w wyrobiskach wykonanych w złożach soli kamiennej, d) w wyrobiskach starych kopalń czy maturalnych grotach skalnych. Podstawowe wymogi takich magazynów to ich bezwzględna szczelność oraz brak reakcji paliwa ze skałą otaczającą (zmiany parametrów paliwa), pożądane zaś cechy to lokalizacja w pobliżu głównego odbiorcy (aglomeracje miejskie i przemysłowe) i nafto-gazociągów, stosunkowo niewielka głębokość występowania (dla ropy, oleju i benzyn łatwiejsze zatłaczanie i odbiór) oraz duża pojemność. W przypadkach a i b wykorzystywana jest naturalna porowatość bądź szczelinowatość skał (głównie wapieni, dolomitów i piaskowców), które pierwotnie były/są skałą zbiornikową dla węglowodorów czy wód, zatem zatłaczanie tam wymienionych mediów, zwykle pod ciśnieniem panującym w danym złożu czy poziomie wodonośnym, jest niejako powrotem do stanu wyjściowego złoża przed podjęciem jego eksploatacji. Wykorzystywanie do magazynowania wyrobisk nieczynnych podziemnych kopalń (np. węgla, rud czy soli na obszarze śląsko-krakowskim i przedkarpackim) jest wyjątkowo trudne, gdyż większość ich wyrobisk jest zawalona, podsadzona lub zalana, zaś pozostałe wymagają specjalnego uszczelnienia. Długotrwała eksploatacja górotworu zwykle znacząco zmieniła jego strukturę i mogą następować nieoczekiwane przemieszczenia, rozszczelniające wyrobiska magazynowe. Dlatego też kopalnie węgla Dolnego i Górnego Śląska, podobnie jak kopalnie rud regionu śląsko-krakowskiego, nie są dotychczas wykorzystywane jako magazyny (wyjątkiem jest osadzenie metalowego zbiornika gazu w szybie KWK MORCINEK). Planowane jest też wykorzystanie na magazyn gazu (ok. 10 mln m3 na głębokości 450 m) wyrobisk nieczynnej kopalni soli mioceńskich Siedlec-Moszczenica na południe od Krakowa. Magazynowanie węglowodorów, głównie gazu, w wybranych poziomach zawodnionych i wodonośnych jest dość kosztowne (wykonanie bardzo dużej ilości otworów kontrolnych i obserwacyjnych, oszacowanie i prowadzenie monitoringu szczelności warstwy magazynowej), stąd też w Polsce takich inwestycji dotąd nie

4 realizowano. Ponadto zasoby wód podziemnych, szczególnie z płytko zalegających osadów kenozoicznych, pokrywających większość obszaru kraju, są wyjątkowo cenne i chronione zwłaszcza w rejonie wielkich aglomeracji miejskich, gdzie potrzebne są podziemne magazyny paliw. Dogodne warunki do magazynowania oferują głębiej zalegające (ponad kilkaset metrów) pewne mezozoiczne poziomy wodonośne (np. jurajskie i kredowe w obrębie antyklin: Tuszyn i Gostynin w rejonie Łodzi, Kałuszyn, Bielsk, Bodzanów i Drobin koło Warszawy oraz Chabowo koło Szczecina), jednak koszt takich inwestycji byłby b. wysoki. Najpowszechniejsza (pow. 75% obiektów na świecie) i stosunkowo tania forma magazynowania węglowodorów (szczególnie gazowych) to zatłaczanie ich do wyeksploatowanych złóż ropy i gazu. Granicą opłacalności tych inwestycji jest głębokość zalegania złoża (do 3000 m, w Polsce głębokości sczerpanych złóż to m) i koszt gazu buforowego, koniecznego do odzyskania zatłoczonego gazu aktywnego (zwykła proporcja obu to 1:1). Zaletą takich magazynów są ogromne pojemności rzędu setek mil do mld m3 gazu (np. magazyn gazu w złożu Wierzchowice ma pojemność ponad 4 mld m3. 6 istniejących w Polsce magazynów gazu ziemnego (Wierzchowice, Starchocina, Husów, Jaśminy Północ, Brzeźnica i Swarzów; łączna pojemność to 4,66 mld m3) to głównie mezo-kenozoiczne złoża gazowe. Istniejące w kraju, w znacznym stopniu wyeksploatowane złoża ropy (45 złóż w Karpatach i zapadlisku przedkarpackim oraz 40 złóż na Niżu) i gazu (117 złóż w Karpatach i zapadlisku przedkarpackim oraz 135 złóż na Niżu), zlokalizowane w utworach głównie permu, rzadziej kambru, dewonu, karbonu (Niż: środkowa i południowa Wielkopolska oraz Pomorze Zachodnie) oraz jury, kredy i trzeciorzędu (Karpaty i zapadlisko przedkarpackie) są korzystnymi obiektami magazynowymi i szereg z nich może szybko zachowując pozostałe zasoby węglowodorów jako izolator czy gaz buforowy zostać zmienionych na podziemne magazyny paliw (koncepcja R. Reinischa [2000] zagłębi podziemnych magazynów gazu w Polsce południowo-wschodniej np. złoże Tuligłowy [do 4 mld m3 gazu] i zachodniej np. złoża Wierzchowice-Brzostowo [do 10 mld m3 gazu] czy Załecze i Żuchlów. Mniejsze złoża np. złoże ropy Karlino mogą służyć jako małe magazyny gazu dla lokalnych potrzeb. Szczególny rodzaj podziemnych magazynów stanowią kawerny wyługowane w utworach solnych (ok. 9% magazynów na świecie). Magazyny te, choć droższe od ulokowanych w złożach ropy i gazy, mają wiele atutów: nie wymagają obecności

5 medium buforowego (pobór z kawern przez zatłaczanie solanki lub naturalny odbiór gazu pod ciśnieniem), oferują bardzo szybki i pełny odbiór paliwa i brak zmian jego parametrów (sól nie reaguje z paliwem), zaciskające się komory solne wywierają dodatkowe ciśnienie na paliwo, a duże zmiany kształtu mogą być korygowane ługowaniem. Ponadto zakończeniu funkcji magazynowej kawerny solne mogą służyć jako składowiska uciążliwych i niebezpiecznych odpadów. Korzystne warunki do budowy takich kawern oferują: (a) miąższe (pow. 100 m grubości) złoża pokładowe soli kamiennej o jednorodnej i prostej budowie (w Polsce są to cechsztyńskie złoża soli w rejonie Zatoki Puckiej np. złoże Mechelinki [możliwe wykonanie kilkuset kawern głębokości m) i monokliny przedsudeckiej np. Bytom Odrzański) i (b) kompleksy cechsztyńskich soli kamiennych w wysadach solnych (tu grubość soli sięga kilkuset metrów, lecz wysady cechuje bardzo skomplikowana budowa wewnętrzna, utrudniająca wykonanie wielu kawern). W Polsce funkcjonuje nowoczesny kawernowy magazyn gazu na wysadzie Mogilno (8 kawern wysokości ok. 250 m, pojemność ok. 416 mln m3, docelowo 20 kawern o łącznej pojemności aktywnej 1,15 mld m3 gazu) oraz planuje się wyługować dla magazynowania ropy i paliw (benzyna, oleje) kawerny solne na terenie kopalni otworowej na wysadzie Góra (docelowo 10 kawern na 3,5 mln ton ropy i 0,75 mln ton paliw). Spośród kilkudziesięciu rozpoznanych, a dotąd niezagospodarowanych struktur wysadowych na obszarze zachodniej i centralnej Polski jedynie 7 (Rogóźno, Damasławek, Lubień, Łanięta, Goleniów, Izbica Kujawska i Dębina) spełnia aktualnie stawiane kryteria dla wykonania kawern (maksymalna głębokość występowania serii solnej i minimalna jej grubość to 1000 m), lecz stopień rozpoznania ich budowy geologicznej, warunkujący prawidłową lokalizację przyszłych wyrobisk, jest w większości przypadków niewystarczający. WYBRANA LITERATURA ŹRÓDŁOWA CZAPOWSKI G Geologia permskich struktur i złóż solnych w Polsce aktualny stan wiedzy i perspektywy zagospodarowania. Prz. Geol., vol. 54, no 4, s Warszawa. KARNKOWSKI P., 1993 Złoża gazu i ropy naftowej w Polsce, tomy 1 i 2. Wyd. Geosynoptyków Geos AGH, 214 ss ss. Kraków.

6 KARNKOWSKI P., 1999 Oil and gas deposits in Poland. Wyd. Geosynoptyków Geos AGH, 380 ss. Kraków. KUNSTMANN A., POBORSKA MŁYNARSKA K., URBAŃCZYK K., 2002 Zarys otworowego ługownictwa solnego. Ucz. Wyd. Nauk.-Dydaktyczne AGH, 145 ss. Kraków. PIEŃKOWSKI G., 2006 Magazynowanie węglowodorów w strukturach solnych w Polsce w świetle założeń projektu NATO-CCMS Prz. Geol., vol. 54, no 4, s Warszawa. PRZENIOSŁO ST. (ed.), 2005 Bilans zasobów kopalin i wód podziemnych w Polsce wg stanu na 31 XII 2004 r. Wyd. Państw. Inst. Geologicznego, 459 ss. Warszawa. REINISCH R., 2000 Wybrane aspekty podziemnych magazynów gazu (u progu XXI wieku). Wyd. PLJ, 301 ss. Warszawa. ŚLIZOWSKI K., SAŁUGA P., Surowce mineralne Polski. Surowce chemiczne - sól kamienna. 178 ss. Wyd. Centrum PPGSMiE PAN, Kraków.