Kako so urejena podzemna plinska skladišča: primerni načini shranjevanja zemeljskega plina

Zdi se, da znanje o tem, kako so urejena podzemna plinska skladišča, za povprečnega uporabnika nima praktičnega pomena. Toda človeštvo je preveč odvisno od »modrega« goriva in tako si želi biti prepričano, da do prekinitev dobave nikoli ne bo prišlo. Kajne?

Vsakega rojaka lahko pomiri informacija o podzemnih plinskih skladiščih (PPS) – dokler so polna, težav z oskrbo s plinom ne bo. Več o zgradbi skladišč in značilnostih shranjevanja preberite v našem članku.

Zgradba podzemnih plinskih skladišč

Če za shranjevanje plina za gospodinjske potrebe lastniki zasebnih hiš uporabljajo plinske rezervoarje, gre v državnem merilu za povsem druge možnosti shranjevanja. Tako so uradno podzemna skladišča plina kompleksi inženirsko-tehničnih objektov, ki služijo za črpanje, shranjevanje in odvzem »modrega« goriva. Sestavljajo jih nadzemni in podzemni deli.

K nadzemnim spadajo:

• plinska razdelilna postaja, ki služi za razdelitev plinskega toka na več tehnoloških;
• kompresorska delavnica, kjer poteka priprava goriva (s povišanjem tlaka) za črpanje v vrtine;
• naprave za čiščenje plina.

Podzemni deli PPS so: vrtine, rovi, posode. In zadnji element (posode) je najbolj zanimiv – od tega, kje se shranjuje »modro« gorivo, je odvisno, kako je urejeno samo plinsko skladišče.

Sodobna podzemna plinska skladišča so po videzu podobna velikim tovarnam. Ker je za zagotavljanje črpanja/odvzema goriva treba uporabljati močno kompresorsko, čistilno in drugo opremo. To opremo servisirajo stotine, če ne celo tisoče strokovnjakov.

Pregled posod za shranjevanje plina

Pri enaki teži plin zavzema precej večje površine kot katerakoli trdna telesa. In ker se uporablja v ogromnih količinah, so za njegovo shranjevanje potrebne prav tako velike posode.

Poleg tega so se strokovnjaki že pred stoletjem odrekli shranjevanju plina v človeških nadzemnih rezervoarjih.

Razlog je v tem, da bi za to potrebovali:

• zavzeti ogromne površine planeta s kompleksi za shranjevanje »modrega« goriva nizkega tlaka;
• uporabljati drage in eksplozivno nevarne plinohrame visokega tlaka.

Posledično so se za izravnavo zgoraj naštetih negativnih dejavnikov odločili za podzemna skladišča, pri čemer se za takšna štejejo rezervoarji, ki se nahajajo na precejšnji globini. Ta v večini primerov znaša od 300 do 1000 metrov. In gorivo je tam mogoče hraniti v rezervoarjih, ki jih je ustvarila narava.

Skupaj so se inženirji naučili uspešno uporabljati 7 vrst naravnih rezervoarjev za shranjevanje plina:

• nastali v vodonasičenih poroznih plasteh;
• ohranjeni po izčrpanju ogljikovodikov, in sicer istega plina, nafte;
• oblikovani v nahajališčih kamene soli;
• ustvarjeni v rudniških jamah;
• ustvarjeni v trdnih večnozamrznjenih kamninah;
• z nizkotemperaturno ledeno-kamnito lupino;
• nastali po podzemnih atomskih eksplozijah.

Čeprav je možnosti veliko, se le prvi 4 načini shranjevanja plina odlikujejo po praktičnosti. Ostale možnosti rezervoarjev so primerne le teoretično.

Severo-Stavropoljsko podzemno skladišče plina je največje na svetu in zaloga tam shranjenega plina lahko zadosti letnim potrebam po gorivu velike države, kot je Francija. Saj površina skladišča znaša kar 680 km².

Razlog za nepraktičnost preostalih treh možnosti je naslednji:

• V zamrznjenih kamninah je plin mogoče hraniti, kar potrjuje več delujočih skladišč v severnih predelih planeta. Vendar so njihove prostornine izjemno majhne, zato danes nimajo nobenega industrijskega pomena.
• Rezervoarji, nastali s podzemnimi jedrskimi eksplozijami, so povsem primerni za shranjevanje znatnih zalog plina, kar je bilo že eksperimentalno dokazano. Bistvo pa je, da so močno orožje preizkušali daleč od bivališč ljudi. Zato tam običajno ni porabnikov in inženirskih komunikacij.

Posledično so navedene vrste rezervoarjev preprosto neprimerne za uporabo.

Čeprav se PHG imenujejo skladišča, dejansko shranjevanje plina ni njihova prednostna naloga. Saj se plin v njih večinoma uporablja za izravnavanje neenakomernosti v porabi. Do katere prihaja dnevno, tedensko, sezonsko. Šele nazadnje se PHG ustvarjajo za blaženje posledic višje sile.

V nadaljevanju si podrobneje oglejmo vsako od možnosti shranjevanja plina pod zemljo.

Možnost #1 – skladišča v vodonosnih plasteh

Skladišča v vodonasičenih plasteh so namenjena blaženju posledic sezonske neenakomernosti pri uporabi plina. Prav tako za ustvarjanje strateških rezerv.

Pomembna značilnost ureditve tovrstnih skladišč je minimalen človeški poseg – najpogosteje v fazi izdelave vrtin, potrebnih za črpanje plina.

Na zemljevidu Rusije je razvidno, da so PPS nameščena ob glavnih plinovodih in večjih naseljih. In to ni naključno, saj so skladišča namenjena zagotavljanju stabilnosti porabe plina, zato morajo biti v neposredni bližini večjih objektov.

Omenjene kapacitete iščejo v arteških plasteh. Skladišča plina ustvarjajo tam, kjer je struktura kamnine prepustna, porozna. Ostanke tekočine odstranijo s plinom, ki jo stisne in nato iztisne.

Same, tako imenovane, kapacitete za shranjevanje goriva v resnici niso take. Natančneje, sploh ne obstajajo – kot prostor za shranjevanje uporabljajo praznine v poroznih plasteh. In celoten postopek ustvarjanja plinskega skladišča je sestavljen iz izpodrivanja dela vode na obrobje. To storijo z namenom ustvarjanja prostora za »modro« gorivo.

Zgoraj opisani postopek je mogoče izvesti le, če k temu pripomore vrsta dejavnikov:

• Porozna prepustna plast je pokrita s kupolo (pokrovom) iz plinotesnih kamnin, ki so običajno stisnjene gline.
• Vodonosnik se razprostira od mej skladišča več deset kilometrov. Še bolje pa je, če ima izhod na površje. Vse našteto omogoča plinu, da uspešno izpodriva vodo, ki je v plasti.
• Dolžina kupole je zadostna, da omogoča shranjevanje znatnih količin plina.
• Poroznost in prepustnost kamnine zagotavljata sprejemljivo zmogljivost plina in sposobnost oddajanja le-tega pri izkoriščanju.

Če vsaj en pogoj ni izpolnjen, potem ustvariti podzemno skladišče ne bo mogoče.

Načelo delovanja sodobnih podzemnih skladišč je preprosto. Značilnosti si lahko ogledamo na primeru velikih PPS, ki se uporabljajo za izravnavanje sezonskih neenakomernosti.

Tako v toplem obdobju leta vanje običajno črpajo potrebno količino plina. Ki ga začnejo odvzemati šele z začetkom kurilne sezone. Pri tem se v magistralno cev ne usmerja kakšna ogromna količina plina, temveč povprečna, znana iz izkušenj obratovanja v preteklih zimah.

In če temperatura nenadoma močno pade in dnevna poraba postane za red velikosti višja, veliko PPS kljub temu ne bo povečalo obsega odvzema. Pomanjkanje pa bodo pokrila manjša skladišča, namenjena izravnavanju dnevne, tedenske porabe. Razlog je v tem, da je iz njih lažje in hitreje opraviti odvzem.

Za optimalne veljajo kapacitete s površino od nekaj kvadratnih kilometrov. Z razliko višin dna in vrha kupole v območju 10–15 metrov.

Prednost PPS v vodonasičenih plasteh je znatna zmogljivost. Pomanjkljivost pa je, da geologi pri preučevanju značilnosti vodonosnika morda ne odkrijejo in ne upoštevajo kakšnega pomembnega dejavnika. Zaradi česar se skladišče izkaže za neprimerno za uporabo.

In najslabše pri tem je, da se to pogosto odkrije šele po ogromnih kapitalskih vložkih v gradnjo nadzemne in podzemne infrastrukture. Precej pogosto se pojavljajo tudi manjše težave, zaradi česar delovanje PHG v vodonasičenih plasteh spremljajo znatni nepredvideni stroški.

Možnost #2 — rezervoarji po izčrpanju ogljikovodikov

Inženirski kompleksi, ki spadajo v to vrsto, služijo za glajenje sezonskih nihanj porabe »modrega« goriva. Prav tako za ustvarjanje strateških zalog.

Podzemna skladišča so zaželena, ker sta njihova izgradnja in uporaba ekonomsko najbolj ugodna. Ogromni nadzemni plinohrami (prikazani na fotografiji) pa se uporabljajo, če ni možnosti uporabe magistralnih plinovodov s PHG. Poleg tega v rezervoarjih, prikazanih na fotografiji, običajno hranijo izključno utekočinjen plin.

Zgradba skladišč te vrste je enaka kot v primeru analogov, ustvarjenih v vodonasičenih plasteh. To pomeni, da se gorivo hrani v prazninah poroznih kamnin.

PHG, ustvarjenih v kamninah, kjer so bili nekoč ogljikovodiki, je na svetu največ. Tako njihovo število dosega pomembnih 70 %, razlog za to pa je vrsta prednosti.

Med katere spadajo: znatna zmogljivost in prihranek pri kapitalskih vložkih v raziskovanje, izgradnjo infrastrukture ali vsaj njenega dela, vrtanje – na mestu ustvarjanja takšnih PHG je že potekalo pridobivanje nafte in plina.

Treba je razumeti, da zakopani plinohrami niso podzemna skladišča. Ker so namenjeni reševanju povsem drugih nalog. In pod zemljo so le zato, da izhlapevanje utekočinjenega plina postane učinkovitejše v hudih zmrzalih. Pri tem brez kakršnih koli stroškov. Prav tako pogojno podzemna namestitev plinohramov omogoča prihranek uporabnega prostora, nekje na vrtu.

Toda rezervoarjev, ohranjenih po izčrpanju ogljikovodikov, ni mogoče imenovati idealnih.

Imajo precej pomanjkljivosti:

• težave s tesnjenjem starih vrtin – še posebej to velja za nekdanja naftna nahajališča;
• nezadostna poroznost, prepustnost kamnin;
• mešanje plina z ostanki nafte – kar včasih povzroči znatne izgube, saj dobljene mešanice ni več mogoče uporabiti.

Prav tako se na naftnih nahajališčih plinu pogosto pojavi nevarna primes v obliki vodikovega sulfida. Ta škoduje zdravju ljudi in uničuje različne jeklene konstrukcije, tudi tiste iz nerjavnega jekla.

Obratovanje podzemnih skladišč plina, ki temeljijo na mestih izčrpanih nahajališč ogljikovodikov, je možno, ker plin pri vbrizgavanju izpodriva ostanke nafte iz ustreznega sloja. Poleg tega ima tako kot voda učinek stisljivosti in premičnosti, kar olajša nalogo urejanja skladiščnega prostora. Včasih se nafta pod pritiskom plina ne iztisne v kamnino, ampak se dvigne na vrh, kar postane dodaten vir dobička.

Možnost #3 – rezervoarji v usedlinah kamene soli

Takšne plinske posode služijo za izravnavo dnevne in tedenske neenakomernosti porabe ter sodelujejo pri uravnavanju sezonske neenakomernosti.

Obstajata samo 2 zahtevana načina shranjevanja plina pod zemljo. In sicer v prepustnih poroznih plasteh in kavernah, izpranih v usedlinah soli. Prva možnost se uporablja, ko je treba ustvariti veliko skladišče, druga – samo za reševanje lokalnih nalog.

Navedena podzemna skladišča plina se ustvarjajo z metodo izpiranja dela usedlin soli, da se ustvari votlina potrebne velikosti. V ta namen najprej izvrtajo več vrtin, skozi katere se dalj časa dovaja voda.

Čeprav je opisani postopek dolgotrajen in drag, se povrne, saj shranjevanje vbrizganega zemeljskega plina poteka brez izgub. Razlog je v tem, da so solne jame neprepustne. Poleg tega imajo učinek samozdravljenja – tektonske in druge razpoke dovolj hitro preraščajo solne usedline.

Prednost ureditve takšnih podzemnih skladišč plina je, da se odvzem potrebne količine goriva izvaja skoraj brez omejitev hitrosti. Ta je večkrat višja kot pri izvajanju istih operacij v skladiščih drugih vrst. Pomembna prednost podzemnih skladišč plina, zgrajenih v solnih jamah, je tudi visok odstotek odvzema plina – eden najvišjih med vsemi vrstami.

Kamnina za shranjevanje plina mora biti takšna, kot je prikazano na fotografiji. To pomeni prepustna in mora imeti dovolj prostora za namestitev velike količine goriva. Poleg tega mora struktura sloja omogočati enostavno izpodrivanje vode in ostankov nafte.

Toda število kavern v solnih plasteh ne presega 2 % skupnega števila skladišč.

Na takšen kazalnik vplivajo številni negativni dejavniki:

• Prisotnost ogromne količine slanice po izpiranju jam za shranjevanje plina. Posledično, če v bližini ni morja ali vsaj tovarn za predelavo soli, tekočine ni kam dati. To je glavni razlog za majhno število tovrstnih podzemnih skladišč plina.
• Zmanjšanje uporabnega volumna med obratovanjem. Do takšnega pojava vodi izhlapevanje soli na mestih z višjim pritiskom in kopičenje na mestih, kjer je nižji.
• Pojav nečistoč v plinu, ki pogosto postanejo ostanki tekočine, prej uporabljene za izpiranje jame.
• Majhne količine, kar onemogoča ustvarjanje zadostnih zalog.

Posledično se solna skladišča običajno uporabljajo le tam, kjer ni mogoče uporabiti zgoraj naštetih vrst posod.

Možnost #4 – PPS v rudniških rovih

Njihove količine so majhne. Kljub temu Švedi in Norvežani hranijo del svojih strateških zalog plina v posodah prav te vrste.

PHG v rudniških rovih je edino plinsko skladišče, ki ga je človek v celoti zgradil. Tako v enem od rudnikov z eksplozijami ustvarijo posodo, ki jo nato obložijo z jeklenimi ploščami.

Tako izgledajo solne kaverne, ki se uporabljajo za shranjevanje plina. So tesne in zanesljive, vendar imajo omejene dimenzije, zato so primerne za ustvarjanje PHG majhnega obsega. In sicer izključno za reševanje lokalnih nalog. Na primer, v Rusiji je od 27 danes uporabljanih skladišč le dve solni.

Čeprav je PHG v zapuščenih rudnikih donosno zaradi visokega odstotka in hitrosti odvzema, se njihovo število v bližnji prihodnosti ne bo znatno povečalo. Razlog je v tem, da je opisana skladišča težko graditi. Ker ni vedno mogoče doseči popolne tesnosti, kar vodi do znatnih izgub.

To se zgodi zato, ker pri obratovanju rudnika vanj poskušajo dovesti največjo možno količino zraka. Za ta namen se ustvari prezračevalni sistem z množico izhodov na površje, ki jih pri urejanju skladišča ni vedno mogoče zatesniti.

Posledično je danes le nekaj uspešnih primerov uresničitve ideje o skladiščenju plina v zapuščenih rudnikih (na ozemlju Švedske, Norveške, Nemčije).

Ali so skladišča hermetična?

Uhajanje goriva so pogosti procesi, ki se jim ni mogoče izogniti. Ker je vzrokov preveč.

Za udobje jih delijo v 3 kategorije:

• geološke;
• tehnološke;
• tehnične.

V skupino geoloških vzrokov uvrščamo nehomogenost pokrovov PHG, prisotnost tektonskih prelomov ter značilnosti hidrodinamike in geokemije. Na primer, plin lahko preprosto migrira po plasti in strokovnjaki na to nikakor ne morejo vplivati.

Tehnološki vzroki so med najpogostejšimi, saj se redno pojavljajo napake pri ocenjevanju določenih dejstev. Na primer, učinkovitosti hidravličnih pasti, zalog plina, potekajočih fizikalno-kemijskih procesov.

Pogosto se za dosego potrebnih plasti uporablja vrtanje vrtin. Njegova tehnologija se ne razlikuje od podobnih postopkov pri poskusu dostopa do ležišč plina, nafte.

Tehnični vzroki so največkrat povezani s stanjem uporabljenih vrtin, s katerimi se izvaja vbrizgavanje plina.

Značilnosti ustvarjanja PPS

V 95% primerov se PSP ustvarjajo z iztiskanjem vode s plinom, ostankov nafte iz poroznih plasti. Tako se ustvarijo »posode« za shranjevanje »modrega« goriva.

Najpomembnejša značilnost je, da količina plina, uporabljenega za iztiskanje tekočin, kasneje ne more biti uporabljena za dobavo potrošnikom. Njegova naloga je, da prepreči vrnitev vode in ostankov ogljikovodikov na staro mesto. V nasprotnem primeru bi skladišče preprosto prenehalo obstajati.

Torej je navedeni plin puferni. Običajno ga ni manj kot polovica celotne količine, vbrizgane v PSP. V posameznih primerih je pufernega plina 3-krat več kot tistega, ki ga je mogoče uporabiti za dobavo potrošnikom in se imenuje aktivni.

Zanimivo je, da količine pufernega plina ni mogoče vnaprej izračunati. Vse se preverja izključno eksperimentalno. Za to se v mnogih primerih porabijo leta. Vendar pa, če je dobljeni rezultat nezadovoljiv, je mogoče puferni plin v celoti izčrpati.

Postopek polnjenja skladišča

Potem ko geologi opravijo raziskave določene plasti in sprejmejo odločitev, da je na ustreznem mestu mogoče zgraditi plinsko skladišče, pridobivalci plina zgradijo inženirski kompleks.

Sodobne PSP so najvarnejši način shranjevanja zalog plina. Vendar so njihova pogosta uhajanja velik problem za plinarje in ekologe, ki takšne primere štejejo za pomemben problem za okolje. Zgodi pa se tudi, kot je prikazano na fotografiji (v daljavi je viden požar na enem od madžarskih PSP).

Nato se začne vbrizgavanje »modrega« goriva v bodoče PSP, ki se dovaja iz najbližjega magistralnega plinovoda. In pride na čistilno ploščad, kjer se odstranijo vse vrste mehanskih nečistoč.

Čisto gorivo se dovaja na merilno in obračunsko točko. Nato pa v kompresorsko delavnico, kjer se izvaja komprimiranje – tako se imenuje priprava plina za vbrizgavanje v skladišče. Gre za povečanje tlaka plina na zahtevano vrednost.

Nato se transportira na plinske razdelilne točke. Kjer se skupni tok razdeli na več delov in vstopi v različne tehnološke linije. Od tam po ceveh usmeri v vrtine za vbrizgavanje.

Ves postopek strokovnjaki nadzorujejo vrsto parametrov, med katerimi so tlak in temperatura plina ter zmogljivost vsake vrtine.

Zaključki in koristen video na to temo

Spodaj priloženi video posnetek je posvečen temi ustvarjanja PSP za glajenje neenakomerne porabe goriva, ki ga bo dobavljal plinovod »Sila Sibirije«.

Podzemni plinski rezervoarji so najbolj zanesljiv in ugoden način za izravnavo neenakomerne porabe plina in njegovo stabilno dobavo v primeru višje sile. Najbolj zanimivo pa je, da za to ne gre zahvaliti človeškemu geniju, temveč naravi, ki je preudarno ustvarila ustrezne plasti kamnin.

Ali ste osebno sodelovali pri ustvarjanju podzemnih skladišč za plin in želite dopolniti zgornje gradivo z uporabnimi informacijami? Ali pa ste opazili neskladje v dejstvih? Pustite svoje pripombe in komentarje – obrazec za povratne informacije se nahaja spodaj pod člankom.