PODZIEMNE MAGAZYNY GAZU I ICH ROLA W GOSPODARCE GAZOWEJ

PODZIEMNE MAGAZYNY GAZU I ICH ROLA W GOSPODARCE GAZOWEJ Autorzy: Stanisław Nagy, Jakub Siemek ( Rynek Energii nr 4/2009) Słowa kluczowe: podziemny magazyn gazu, PMG, bezpieczeństwo energetyczne, regulacja rynku gazowego Streszczenie. Podziemne magazyny gazu są istotnym ogniwem stabilizacyjnym i ograniczającym ryzyko w gospodarce i handlu gazem, obejmuje to ryzyko rynkowe (ceny i wielkości dostaw), ryzyko regulacji rynku gazowego oraz polityczne ryzyko (renegocjacje umów, tranzyt). PMG spełniają kluczową rolę w pokryciu sezonowym i szczytowym wahań w zapotrzebowaniu na gaz. W Europie pojemności magazynowe wzrastają osiągając wartość do 30% zapotrzebowań rocznych. Podziemne magazyny gazy stanowią istotny element bezpieczeństwa energetycznego w zakresie dostaw gazu z importu, takŝe bezpieczeństwa publicznego. PMG stają się instrumentem rynkowym umoŝliwiającym płynne prowadzenie róŝnych form handlu gazem (swap, spot). 1. WSTĘP Definicje bezpieczeństwa energetycznego, w tym bezpieczeństwa w zaopatrywaniu regionu (np. Europy 34) w gaz, wielokrotnie były przedmiotem dyskusji i metodologicznych analiz [9, 18]. ZagroŜenie bezpieczeństwa dostaw gazu oraz sprzęŝona z tym stabilność cen wynika z zawsze istniejącego ryzyka związanego ze źródłami dostaw gazu, tranzytem i przesyłem gazu oraz z systemem gazowniczym odpowiedzialnym za dostawę gazu. Rodzaje ryzyka mogą być sklasyfikowane następująco: - krótkoterminowe dostawy w przeciwieństwie do długoterminowych dostaw oraz infrastruktur przesyłowych doprowadzających gaz na rynki konsumentów [4], - ryzyko operacyjne związane z codziennym bezpieczeństwem operacyjnym rynku gazowniczego (sytuacje wynikające np. z sezonowych lub ekstremalnych warunków pogodowych) w przeciwieństwie do bezpieczeństwa strategicznego (warunki katastroficzne, równieŝ znaczna niepewność polityczna, przerwy w dostawach gazu). JuŜ z powyŝszego wynika szczególna rola podziemnych magazynów gazu i to we wszystkich kategoriach zagroŝeń bezpieczeństwa zaopatrywania w gaz [4,12,14,19]. Pozycja podziemnych magazynów gazu w eliminowaniu lub ograniczaniu zagroŝeń bezpieczeństwa dostaw pokazano na, nieco zmodyfikowanym w stosunku do oryginału [3], rysunku 1. W okresie lat 2000-2030 wg [1] globalne nakłady na budowę podziemnych magazynów gazu osiągną wysoki poziom. Będzie to najbardziej dynamicznie rozwijający się element łańcucha lub systemu gazowniczego. Takie wysokie tempo budowy lub rozbudowy podziemnych magazynów gazu spowodowane jest koniecznością zrównowaŝenia bilansu systemów gazowniczych wobec sezonowych zmian klimatycznych (ogrzewanie i klimatyzacja pomieszczeń w sektorze komunalnym, bytowym, handlowym, generacja energii elektrycznej) ale takŝe moŝliwością dostarczania duŝych ilości gazu w krótkim czasie (magazyny strategiczne). Rys. 1. Bezpieczeństwo dostaw zagroŝenia i rozwiązania

2. FUNKCJE PMG PMG stanowią, nie tylko o bezpieczeństwie systemu gazowniczego, są czasami ogniwem systemu produkującym gaz. Spełniają róŝnorodne role w funkcjonowaniu rynku gazowniczego np. handlu gazem na zasadach wymiany (swap) lub kontraktów krótkoterminowych (30-40 dni spot). Mogą być traktowane równieŝ jako instrumenty rynkowe zapewniające jego płynność. PMG mogą wreszcie być włączone do systemu publicznych słuŝb, ale tylko wtedy, gdy pojawia się zagroŝenie interesu publicznego [2]. W 2000 r., wg [1], stan PMG ze względu na ilość i pojemności czynne je pokazana w tab. 1. Widoczna jest regionalizacja rozmieszczenia PMG, tak ze względów klimatycznych, jak równieŝ handlowych i cywilizacyjnych. Ten ostatni czynnik odgrywa niebagatelną rolę w krajach silnie ekonomicznych o zamoŝnych społeczeństwach (Płn. Ameryka, Europa). Zgodnie z prognozami, do 2030 r., pojemności w świecie zwiększyłyby się o ok. 2,1 do 2,6 razy (w stosunku do 2000 r.), natomiast nakłady inwestycyjne wyniosłyby od 60 do 150. Tabela 1 Pojemności magazynowe w świecie (2000) [1] Wartość, Ilość Pojemność, 10 9 m 3 Wsch. Europa 48 103 41 i Płn. Azja Płn. Ameryka 451 85 34 (USA, Kanada) Centralna 102 70 23 i Zach. Europa Wsch. Azja 6 5 2 Płd.-Wsch. 4 1 0,5 Azja i Oceania Razem 611 264 100,5 Obraz nakładów kapitałowych w w świecie na rozwój przemysłu gazowniczego, w tym infrastruktury podziemnych magazynu gazu przedstawiono, wg [2], w zestawieniu w tabeli 2. W zestawieniu tym ujęto równieŝ nakłady na poszukiwania i zagospodarowanie złóŝ gazu ziemnego. Oryginalna tabela pochodzi z raportu IEA/2003. NajwyŜsze nakłady mają być poniesione w okresie 2011-20, czyli w okresie kończenia budowy wielkich magistrali przesyłowych gazu ziemnego. Bardziej szczegółowy profil infrastruktury magazynowej oraz alokację nakładów w regionach świata pokazano w tabeli 3, natomiast na rys. 2 [1] przedstawiono procentowy udział całkowitych nakładów inwestycyjnych na poszczególne ogniwa łańcucha gazowniczego, w tym na infrastrukturę PMG (7%). Tabela 2 Nakłady kapitałowe na rozwój PMG [2] 2001-2011- 2021- Suma 2010 2020 2030 Poszukiwania 478 575 678 1 731 i wydobycie LNG skraplanie 46 32 38 116 LNG regazyfikacja 21 21 25 67 LNG tankowce 30 16 22 68 Przesył 201 196 182 579 Dystrybucja 135 160 194 489 Podziemne 36 41 17 94 magazynowanie Suma 947 1 041 1 156 3 144

Rys. 2. Allokacja rozkładów w przemyśle gazowniczym 2001-2030 wg [1] Tabela 3 Pojemności magazynowe (PMG) w mld m 3, nakłady całkowite na inwestycje oraz renowację w infrastruktury magazynowej w okresie 2001-2030 2001-2010 2011-2030 2001-2030 2001-2030 Regiony Pojemność mld m 3 Nakłady na rozwój Pojemność mld m 3 Nakłady na rozwój Nakłady na renowację infrastruktury PMG Całkowite nakłady Afryka 0-1 0-0 1-2 0-1 0-0 0-1 Wsch. Europa i Płn. Azja 123-138 8-14 168-221 18-33 24,6 50,6-71,6 Środkowy Wschód 4-6 2-2 10-15 3-4 0,0 5-6 Płn. Ameryka 90-140 2,4-22 240-270 5,4-40 20,4 28,2-82,4 Płd. Ameryka 1,5-1,9 0,6-0,8 4,5-6 1,2-1,6 0,0 1,8-2,4 Centralna i Zachodnia 86-93 3-5 95-115 3-5 16,8 22,8-26,8 Europa Wschodnia Azja 14-18 3-5 34-40 7-8 1,2 11,2-14,2 Płd. Azja 1-2 0,2-0,4 4-7 0,6-1 0,0 0,8-1,4 Płd.-Wsch. Azja i Oceania 4-6 1-2 9-15 2-3 0,3 3,3-5,3 Razem 324-406 20,2-51,2 565,5-691 40,2-96,6 63,3 123,7-211,1 Analizując dane zamieszczone w tabeli 3 moŝna zauwaŝyć, Ŝe: - największa rozbudowa pojemności magazynowych (PMG) nastąpi w krajach Wschodniej Europy i Północnej Azji (Rosja, Ukraina i Kazachstan), a więc eksportujących gaz ziemny i będących krajami tranzytowymi, w Północnej Ameryce oraz w Centralnej i Zachodniej Europie w krajach importujących gaz. - stosunkowo duŝe nakłady zostaną poniesione na utrzymanie i renowację podziemnych magazynów gazu, bo aŝ od ok. 30% do 51%, - największe nakłady na renowację wystąpią tam, w starszych systemach transportowych, a więc przede wszystkim w krajach eksportujących od dawna duŝe ilości gazu np. w Rosji, ale równieŝ w Płn. Ameryce i Europie. Okres eksploatacji PMG to ok. 50 lat, - przyjmując prognozę zuŝycia gazu w świecie w 2003 r., wg IGU [2], jako równą 4800 mld m 3 /rok, pojemność magazynowa wynosiłaby ponad 14% tej objętości. Natomiast identyczna wielkość dla Europy-34 (778 mld m 3 /rok w 2030r.) jest równa ok. 14,8%, a więc średnia światowa jest równa średniej europejskiej. Dla Polski wielkość ta wynosi ok. 10% (pojemność czynna PMG ok. 1,66 mld m 3, zuŝycie roczne ok. 14 mld m 3 ). Powstaje problem niewystarczających pojemności magazynowych dla Europy-34. Nasuwa się

wniosek o koniecznych inwestycjach dla zwiększenia poziomu bezpieczeństwa energetycznego Europy wobec prognozowanego wzrostu zuŝycia gazu do roku 2030 [13,16]. 3. MAGAZYNY GAZU W EUROPIE Rozmieszczenie podziemnych magazynów gazu w Europie przedstawiono w tabeli 4 [1,8,18]. Najbardziej rozwiniętą sieć PMG mają kraje zuŝywające i importujące duŝe ilości gazu, a więc: Niemcy, Francja, Włochy, ale równieŝ kraje mniejsze będące krajami tranzytowymi gazociągów magistralnych z Rosji do Europy, a więc Słowacja, Republika Czeska, Austria i równieŝ Węgry. Tabela 4 Podziemne magazyny gazu w Europie (2006) (na podstawie: [6,7]) Pojemność czynna Pojemność czynna w % Sczerpane złoŝa Warstwy Kawerny (2006) w odniesieniu do: Kraj gazu ziemnego zawodnione solne mld m 3 rocznego importu rocznego zuŝycia 2002 2002 zuŝycia 2006 Dania 1 1 1,00 17 789 21,7 Łotwa 1 2,300 144 160 135,3 Belgia 1 2 * 0,55 3,2 3,1 3,1 Francja 12 3 11,643 25,6 24,6 Niemcy 13 12 21 19,068 22 23,3 21,2 Holandia 4 5 5,7 11,8 12,2 U.K. 3 6 3,267 3,8 78 3,4 Słowacja 2 2,198(2,75**) 31 31,3 3,.7 Czechy 4 1 1 2,321 24,2 23,4 32,1 Austria 5+1** 2,82(4,230**) 30 34,1 20,6 Węgry 5 3,61 25,6 31,68 19,1 Polska 6 1,57 11,3 18 11,7 Bułgaria 1 0,56 16,5 16 19,3 Rumunia 8 2,30 (2,69)** 9,1 34 13,2 Chorwacja 1 0,55 22 53 23,2 Hiszpania 2(8**) 1,891(4,14**) 4,9 4,9 5,3 (11,6*) Włochy 10 17,415 21,9 26,1 21,1 - zaniechane kopalnie węgla, - wg innych źródeł ([6,15]). We wszystkich tych krajach stosunek pojemności czynnej magazynów do rocznego zuŝycia gazu przewyŝsza 20%, najwyŝszy jest we Czechach równy 32%, a więc ilość gazu pozostającego w PMG moŝe wystarczyć na ponad 4 miesięczne pokrycie zapotrzebowania kraju. Pod względem technologii, na 135 magazynów 73 zostało wytworzonych w sczerpanych złoŝach gazu ziemnego, pozostałe w warstwach zawodnionych oraz w wysadach i złoŝach solnych. Niewątpliwie, duŝe pojemności magazynowe podnoszą stopień bezpieczeństwa energetycznego w krótkim okresie, ale jednak w sytuacjach kryzysowych jest to czynnik czasem decydujący. Z drugiej strony nie moŝna zapomnieć o kosztach eksploatacji i utrzymania PMG, stąd teŝ magazynowanie zbyt wysokich zapasów gazu równieŝ nie jest racjonalnym. W czterech krajach (Francja, Dania, Holandia, Włochy) kontrolę nad magazynowaniem gazu sprawiają firmy państwowe. Natomiast w pozostałych krajach magazyny pozostają własnością firm prywatnych (Belgia, Hiszpania, Niemcy, Wielka Brytania). W innych państwach Europy sieć podziemnych magazynów gazu jest traktowana jako istotny element bezpieczeństwa energetycznego i znajdują się pod kontrolą firm państwowych lub z przewagą udziałów państwa. Inne oszacowania odnoszące się do pojemności magazynowych oraz nakładów inwestycyjnych w Europie-34 wraz z Turcją moŝna znaleźć w [4]. Po przeprowadzeniu symulacji rozwoju gospodarki gazowej wg czterech scenariuszy (niskie zuŝycie, wysokie zuŝycie gazu, BAU podstawowy, średnie zuŝycie oraz przesunięcia

inwestycyjnego) uzyskano rezultaty przedstawione na rys.3 i rys.4. Nakłady na nowe inwestycje PMG mieszczą się w granicach od 9,5 16,5 mld, a więc powyŝej liczby podanej, wg IGU, w tabeli 1 (6 10 ). Jeszcze większe rozbieŝności pozostają w stosunku do pojemności czynnej europejskich magazynów w 2030 r. Nowe pojemności magazynowe mieszczą się pomiędzy 62 a 123 mld m 3, co wraz z istniejącymi juŝ PMG, w 2030 r. dałoby wielkości odpowiednio od 132 do 193 mld m 3 (w stosunku do 95 mld m 3 i 115 mld m 3, wg IGU). Maksymalne nakłady byłyby poniesione w okresie 2015-2020. RozbieŜności w oszacowaniu pojemności PMG [4] wynikają z róŝnic w prognozowaniu rocznego zuŝycia gazu oraz wielkości importu gazu do Europy (778 mld m 3 /563 mld m 3 import w 2030 r. wg IGU, 815 mld m 3 /652 mld m 3 import w 2030 r.. W prognozach wielkości PMG wg IGU uwzględniono te magazyny, które są sprzęŝone sieciami dystrybucyjnymi, natomiast inne PMG np. wyłącznie związane z przesyłem pominięto. Jednak przytoczone liczby orientują o wielkościach pojemności, wskazują na trend powiększania stosunku pojemności czynnej PMG do zuŝycia gazu do ponad 23% w 2030 r.[4]. Na rys.5 przedstawiono źródła pokrycia wahań sezonowych zapotrzebowań na gaz, a na rys. 6 są przedstawiono projekty inwestycyjne dotyczące projektowania kawernowych magazynów gazu w Niemczech i na Morzu Północnym. Rys. 7 pokazuje zmiany procentowe wykorzystania pojemności magazynowych przeznaczone do celów strategicznych, a rys. 8 przedstawia prognozy rozwoju magazynów gazu o róŝnych funkcjach - przeznaczone do budowy w następnych latach. ZauwaŜa się znaczący wzrost udziałów zasobów gazu przeznaczonych do celów strategicznych. Rys. 3. Nakłady na infrastrukturę gazowniczą w Europie (34 kraje) i Turcji (2005-2030) wg [4] (deferral planowane, high/low demand wysokie/niskie zapotrzebowanie na gaz, BAU Business-asUsual bez gwałtownych zmian w zapotrzebowaniu gazu) Rys. 4. Inwestycje PMG pojemności czynne Europa (34 kraje) i Turcja (2005-2030) wg [4] (deferral planowane, high/low demand wysokie/niskie zapotrzebowanie na gaz, BAU Business-asUsual bez gwałtownych zmian w zapotrzebowaniu gazu)

Rys. 5. Pokrycie zapotrzebowań sezonowych (lato zima) w okresie (2005-2030) wg [4] (deferral planowane, high/low demand wysokie/niskie zapotrzebowanie na gaz, BAU Business-as Usual bez gwałtownych zmian w zapotrzebowaniu gazu) Salt Caverns Aquifer Rys. 6. Projektowane kawernowe magazyny gazu w Niemczech i na Morzu Północnym [10] 100% 90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 strategiczne komercyjne sezonowe wielocykliczne dobowe Rys. 7. Wykorzystanie PMG do celów strategicznych i bieŝącej działalności w latach 2001-2007 [10] dobowe szczytowe sezonowe strategiczne inne 5 4 5 10 20 60 30 30 20 16 2006 2007 Rys. 8. Prognozowane na podstawie ankiet- rodzaje PMG rozwaŝane do budowy w przyszłości [10]

4. PODSUMOWANIE Podziemne magazyny gazu są istotnym ogniwem stabilizacyjnym i ograniczającym ryzyko w gospodarce i handlu gazem, obejmuje to ryzyko rynkowe (ceny i wielkości dostaw), ryzyko regulacji rynku gazowego oraz polityczne ryzyko (renegocjacje umów, tranzyt). Prognozy sporządzane przez róŝne organizacje (np. IGU, IEA) eksponują silny trend rozwojowy w inwestycjach PMG. W stosunku do roku 2000 wskaźnik ten wynosi w skali globalnej 2,1 2,6 a w Europie ta wielkość to 1,6 2,7. W obecnej chwili obserwuje się znaczne zwiększenie nakładów inwestycyjnych na budowę nowych podziemnych magazynów gazu w Europie. PMG spełniają kluczową rolę w pokryciu sezonowym i szczytowym wahań w zapotrzebowaniu na gaz. W Europie pojemności magazynowe osiągając w granicy wartość 25-30% zapotrzebowań rocznych (Czechy, Słowacja, Węgry, Francja). NaleŜy zauwaŝyć, Ŝe magazyn na Łotwie o pojemności 135% rocznego zapotrzebowania na gaz będzie prawdopodobnie wykorzystywany o magazynowania gazu tranzytowego z Rosji do Europy Zachodniej i Środkowej. Podziemne magazyny stanowią takŝe istotny element bezpieczeństwa energetycznego w zakresie dostaw gazu z importu, takŝe bezpieczeństwa publicznego. PMG stają się coraz bardziej istotnym instrumentem rynkowym umoŝliwiającym płynne prowadzenie róŝnych form handlu gazem (swap, spot). Prognozy odnoszące się do zuŝycia gazu a w konsekwencji do wielkości pojemności czynnych róŝnią się między sobą, stąd bardziej pewne są te sporządzane przez organizacje o uznanym autorytecie (IGU, IEA, WEC) [11]. Niewątpliwe korekty w odniesieniu do trendów rozwoju gospodarki światowej sprzed roku będą prawdopodobnie powodowały nieznaczne przejściowe obniŝenie tempa zuŝycia gazu ziemnego jako nośnika energii. LITERATURA [1] 22 nd World Gas Conference. Tokyo, Japan 2003. Report of IGU Working Committee 9 Gas Prospects, Strategies and Economics. [2] 23 nd World Gas Conference. Amsterdam, Netherland 2006, Report of Programme Committee B, Strategy, Economy and Regulation. [3] Egberts P.: Balancing and Supply in a Gas Network Using VOS. Netherlands Institute voor Toegepaste Geow etenschappen TNO, 2004. [4] Energy Corridor Optimization for European Markets of Gas. Electricity and Hydrogen. EU Sixth Framework Programme Scientific Support Policy OME, October 2006. [5] Frąckowiak i inni: Konsultanci Sp. z o.o. Przegląd rozwiązań systemowych rynku gazu w krajach UE. 2004. [6] http://www.gie.eu.com (Gas Storage Data) (2009/05/04) [7] http://www.wingas.de (2009/03/02) [8] International Gas Union, Statistical Data, 2003. [9] Kolenda Z., Siemek J.,1999, Energy Security of Countries. Arch. Min. Sci.; 1999 vol. 44 iss. 2. [10] Kreft P.: Underground Gas Storage Market Trends. Prezentacja na ATW UGS SPE, Krakow 28-31 May, 2007. [11] Mokrzycki E., Ney R., Siemek J.: Światowe zasoby surowców energetycznych wnioski dla Polski. Rynek Energii 2008, nr 6. [12] Nagy S., Rychlicki S., Siemek J.: Import as Assurance of Security Gas Supply to Poland. Polityka Energetyczna, 2005 t. 8. [13] Nagy S., Rychlicki S., Siemek J.: Stan aktualny i ewolucja stosunków gazowych Rosji z Unią Europejską i Polską. Polityka Energetyczna, 2009, t.12( w druku). [14] Nagy S., Siemek J., Rychlicki S.: Underground Gas Storages (UGS) as an Element of the Safety Energy System in: 19th World Petroleum Congress :Madrid, 29.06-3.07.2008. London : WPC, 2008.

[15] Sedlacek R.: Untetage-Gasspeicherung in Deutchland. Erdoel Edrgas Kohle, Vol. 124, Jg. 2008, H.11 [16] Siemek J., Nagy S., Rychlicki, S.: Estimation of Natural-gas Consumption in Poland Based on the Logisticcurve Interpretation. Applied Energy, 2003 vol. 75. [17] Siemek J., Nagy S., Rybicki C.: Integrated management in Underground Gas Storage. Proc. of 1st Technical Conf. Gas Storage, Krakow 1999 (in Polish). [18] Stern J.: Security of European Natural Gas Supplies. Royal Institute of International Affairs, London, UK, 2002. [19] Tek M. R.: Underground Storages of Natural Gas. Gulf Publish. Comp., Houston Texas 1987. UNDERGROUND GAS STORAGES AND THEIR FUNCTION IN GAS SECTOR Key words: Underground Gas Storage, UGS, energetic security, gas sector regulation Summary. Underground gas storages are an important element stabilizing and limiting the risk in gas economics and market, including market (prices and magnitude of deliveries), risk of regulation of gas market and political risk (renegotiations of contracts, transit). In Europe, the storing capacities may cover as much as 30% of annual demand. This would be a significant aspect of energy safety as far as imported gas delivery and public safety are concerned. UGS becomes a market instrument facilitating fluent gas trade (swap, spot). Stanisław Nagy, dr hab. inŝ., prof. nzw., Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra InŜynierii Gazowniczej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: nagy@agh.edu.pl. Specjalista w zakresie inŝynierii gazowniczej i termodynamiki. Autor licznych publikacji naukowych Jakub Siemek, prof. zw. dr hab. inŝ., Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Wiertnictwa, Nafty i Gazu, Katedra InŜynierii Gazowniczej, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, e-mail: siemek@agh.edu.pl Członek Polskiej Akademii Nauk, członek Polskiej Akademii Umiejętności. Specjalista w zakresie inŝynierii złóŝ ropy naftowej i gazu ziemnego. Autor wielu publikacji naukowych.