Magazynowanie gazu ziemnego stanowi kluczowy element systemu gazowego, zapewniający elastyczność i bezpieczeństwo dostaw. W Polsce, gdzie sezonowość zapotrzebowania na gaz jest znacząca, a dywersyfikacja źródeł dostaw stała się priorytetem strategicznym, technologie magazynowania zyskują na znaczeniu. W niniejszym artykule porównamy różne rozwiązania stosowane przez polskie firmy gazowe, omówimy ich zalety i wady oraz przyjrzymy się planom inwestycyjnym w tym obszarze.
Rola magazynów gazu w systemie gazowym
Magazyny gazu pełnią w systemie gazowym szereg istotnych funkcji:
Bilansowanie sezonowych różnic w zapotrzebowaniu
Zapotrzebowanie na gaz ziemny charakteryzuje się znaczną sezonowością - zimą jest znacznie wyższe niż latem. Magazyny umożliwiają zatłaczanie nadwyżek gazu w okresie letnim i pobieranie go zimą, co pozwala na optymalizację wykorzystania infrastruktury przesyłowej i importowej.
Zabezpieczenie w sytuacjach kryzysowych
Magazyny gazu stanowią strategiczną rezerwę na wypadek zakłóceń w dostawach spowodowanych awariami, sytuacjami politycznymi czy anomaliami pogodowymi. W kontekście dywersyfikacji dostaw i odchodzenia od zależności od gazu z kierunku wschodniego, ich rola jako elementu bezpieczeństwa energetycznego jest nie do przecenienia.
Elastyczność operacyjna
Magazyny pozwalają na szybkie reagowanie na zmiany zapotrzebowania, zarówno dobowe, jak i sezonowe. Umożliwiają pokrywanie szczytowego zapotrzebowania oraz bilansowanie systemu w czasie rzeczywistym.
Optymalizacja ekonomiczna
Możliwość zakupu gazu w okresach niższych cen i wykorzystania go w okresach wyższych cen daje operatorom magazynów potencjał do optymalizacji kosztów.
Typy magazynów gazu wykorzystywane w Polsce
W Polsce wykorzystywane są różne technologie magazynowania gazu, różniące się parametrami technicznymi, pojemnością, elastycznością pracy oraz kosztami.
Podziemne magazyny gazu w wyeksploatowanych złożach (PMG)
Jest to najbardziej rozpowszechniony typ magazynów w Polsce. Wykorzystuje naturalne, wyeksploatowane złoża gazu lub ropy, które ze względu na swoją geologiczną charakterystykę doskonale nadają się do magazynowania gazu.
Zasada działania
Gaz jest zatłaczany do porowatej struktury skalnej pod wysokim ciśnieniem, zajmując miejsce wcześniej wydobytego surowca. Podczas poboru gaz jest wydobywany na powierzchnię, oczyszczany i kierowany do systemu przesyłowego.
Główne magazyny tego typu w Polsce
- PMG Wierzchowice - największy magazyn w Polsce o pojemności czynnej około 1,2 mld m³, zlokalizowany w województwie dolnośląskim
- PMG Husów - o pojemności około 500 mln m³, znajdujący się w województwie podkarpackim
- PMG Strachocina - o pojemności około 360 mln m³, również w województwie podkarpackim
- PMG Swarzów - o pojemności około 90 mln m³, zlokalizowany w województwie małopolskim
- PMG Brzeźnica - o pojemności około 65 mln m³, w województwie podkarpackim
Zalety
- Duża pojemność magazynowa
- Stosunkowo niskie koszty eksploatacji
- Minimalne oddziaływanie na środowisko
- Wykorzystanie istniejącej infrastruktury po zakończeniu wydobycia
Wady
- Ograniczona elastyczność - stosunkowo niska moc zatłaczania i odbioru
- Długi czas reakcji na zmiany zapotrzebowania
- Lokalizacja ograniczona do miejsc występowania złóż
Podziemne magazyny gazu w kawernach solnych (KPMG)
To drugi typ magazynów wykorzystywanych w Polsce. Kawerny solne to sztuczne podziemne komory utworzone w złożach soli kamiennej poprzez ich ługowanie (rozpuszczanie) wodą.
Zasada działania
W pierwszym etapie tworzy się kawernę poprzez kontrolowane ługowanie złoża solnego wodą. Następnie komora jest osuszana i przygotowywana do magazynowania gazu. Gaz jest zatłaczany do kawerny pod wysokim ciśnieniem, tworząc poduszkę gazową, która utrzymuje stabilność komory.
Główne magazyny tego typu w Polsce
- KPMG Mogilno - składający się z 14 kawern o łącznej pojemności czynnej około 600 mln m³, zlokalizowany w województwie kujawsko-pomorskim
- KPMG Kosakowo - obecnie składający się z 5 kawern o pojemności około 145 mln m³, docelowo planowane jest 10 kawern o łącznej pojemności 250 mln m³, znajduje się w województwie pomorskim
Zalety
- Wysoka elastyczność pracy - duża moc zatłaczania i odbioru
- Szybki czas reakcji na zmianę zapotrzebowania
- Możliwość wielokrotnych cykli zatłaczania i odbioru w ciągu roku
- Dobre parametry dla pokrywania szczytowego zapotrzebowania
Wady
- Mniejsza całkowita pojemność w porównaniu do magazynów w złożach
- Wyższe koszty inwestycyjne i operacyjne
- Długi czas budowy (proces ługowania kawern trwa kilka lat)
- Lokalizacja ograniczona do występowania odpowiednich struktur solnych
Instalacje LNG małej skali
Choć nie są klasyfikowane jako tradycyjne magazyny gazu, instalacje LNG małej skali pełnią podobną funkcję w systemie gazowym, szczególnie w obszarach oddalonych od głównej sieci przesyłowej.
Zasada działania
Gaz ziemny jest schładzany do temperatury około -162°C, w której przechodzi w stan ciekły (LNG), zmniejszając swoją objętość około 600 razy. LNG jest przechowywany w kriogenicznych zbiornikach, a w momencie zapotrzebowania jest regazyfikowany i kierowany do sieci dystrybucyjnej.
Instalacje w Polsce
- Terminal LNG w Świnoujściu - choć jest to przede wszystkim instalacja importowa, posiada również dwa zbiorniki magazynowe o łącznej pojemności 160 000 m³ LNG (co odpowiada około 96 mln m³ gazu ziemnego)
- Stacje regazyfikacji LNG - w Polsce funkcjonuje kilkadziesiąt lokalnych stacji wyposażonych w zbiorniki LNG o pojemności od kilkudziesięciu do kilkuset m³
Zalety
- Możliwość lokalizacji praktycznie w dowolnym miejscu
- Elastyczność operacyjna
- Możliwość szybkiego uruchomienia
- Niezależność od infrastruktury przesyłowej
Wady
- Wysokie koszty inwestycyjne i operacyjne
- Ograniczona pojemność
- Straty energii związane z procesami skraplania i regazyfikacji
- Wymagania dotyczące bezpieczeństwa
Porównanie technologii magazynowania gazu w Polsce
Każda z omówionych technologii magazynowania ma swoje unikalne cechy, które determinują jej zastosowanie w systemie gazowym. Poniżej przedstawiamy porównanie kluczowych parametrów:
Pojemność magazynowa
- PMG (złoża): Największa pojemność - od kilkudziesięciu do ponad miliarda m³
- KPMG (kawerny): Średnia pojemność - od kilkudziesięciu do kilkuset mln m³
- LNG: Najmniejsza pojemność - zazwyczaj do kilkudziesięciu mln m³
Elastyczność pracy
- PMG: Niska - długi czas reakcji, ograniczona moc zatłaczania/odbioru
- KPMG: Wysoka - szybki czas reakcji, duża moc zatłaczania/odbioru
- LNG: Bardzo wysoka - natychmiastowa reakcja, ograniczona jedynie mocą instalacji regazyfikacyjnych
Cykliczność pracy
- PMG: Zazwyczaj jeden cykl rocznie (zatłaczanie latem, odbiór zimą)
- KPMG: Możliwe wielokrotne cykle w ciągu roku
- LNG: Praktycznie nieograniczona cykliczność
Koszty inwestycyjne
- PMG: Umiarkowane - wykorzystanie istniejących struktur geologicznych
- KPMG: Wysokie - konieczność utworzenia kawern
- LNG: Bardzo wysokie w przeliczeniu na jednostkę objętości
Koszty operacyjne
- PMG: Niskie
- KPMG: Umiarkowane
- LNG: Wysokie - koszty energii do utrzymania niskiej temperatury
Operatorzy magazynów gazu w Polsce
W Polsce funkcjonuje kilka podmiotów odpowiedzialnych za magazynowanie gazu ziemnego:
Gas Storage Poland (GSP)
Spółka należąca do Grupy PGNiG (obecnie część Grupy Orlen), która jest głównym operatorem magazynów gazu w Polsce. GSP zarządza wszystkimi dużymi instalacjami magazynowymi w kraju, w tym:
- Wszystkimi PMG: Wierzchowice, Husów, Strachocina, Swarzów, Brzeźnica
- Magazynami kawernowymi: Mogilno i Kosakowo
Gaz-System
Spółka pełniąca funkcję operatora systemu przesyłowego, która również zarządza magazynami w terminalu LNG w Świnoujściu.
Inne podmioty
Lokalne instalacje LNG są często zarządzane przez mniejsze podmioty, takie jak Polska Spółka Gazownictwa (PSG) czy prywatne firmy energetyczne.
Aktualne inwestycje i plany rozwojowe
Polski sektor magazynowania gazu jest w fazie intensywnego rozwoju. Oto najważniejsze inwestycje i plany:
Rozbudowa istniejących magazynów
- KPMG Kosakowo - trwa budowa kolejnych kawern, które zwiększą pojemność magazynu do docelowych 250 mln m³
- PMG Wierzchowice - planowana jest dalsza rozbudowa do pojemności około 2 mld m³
- Terminal LNG w Świnoujściu - w ramach rozbudowy terminalu planowana jest budowa trzeciego zbiornika LNG
Nowe projekty
- Terminal FSRU w Zatoce Gdańskiej - pływający terminal regazyfikacyjny, który poza funkcjami importowymi będzie pełnił również rolę magazynową
- PMG Damasławek - nowy magazyn w strukturach solnych w województwie kujawsko-pomorskim, o planowanej pojemności około 800 mln m³
- Sieć lokalnych magazynów LNG - rozbudowa sieci małych instalacji LNG w miejscach oddalonych od głównej sieci przesyłowej
Modernizacja i digitalizacja
Oprócz budowy nowych obiektów, istotnym elementem rozwoju są inwestycje w modernizację istniejących magazynów:
- Zwiększenie elastyczności pracy PMG poprzez zwiększenie mocy zatłaczania i odbioru
- Integracja systemów zarządzania magazynami z systemami zarządzania siecią przesyłową
- Wdrażanie rozwiązań z zakresu przemysłu 4.0, w tym zaawansowanych systemów monitorowania i predykcyjnego utrzymania infrastruktury
- Przygotowanie infrastruktury magazynowej do potencjalnego magazynowania gazów odnawialnych i niskoemisyjnych, takich jak biometan czy mieszaniny z wodorem
Magazynowanie gazu a transformacja energetyczna
W kontekście transformacji energetycznej i dążenia do gospodarki niskoemisyjnej, rola magazynów gazu będzie ewoluować:
Wsparcie dla energetyki odnawialnej
Magazyny gazu mogą pełnić rolę bufora energetycznego, kompensującego zmienność produkcji energii z OZE:
- W okresach nadwyżek produkcji z OZE, energia może być wykorzystywana do produkcji wodoru lub syntetycznego metanu, który następnie jest magazynowany
- W okresach niedoboru, zmagazynowany gaz może być wykorzystany do produkcji energii elektrycznej
Magazynowanie gazów odnawialnych
Istniejąca infrastruktura magazynowa może być w przyszłości dostosowana do magazynowania::
- Biometanu - oczyszczonego biogazu o parametrach odpowiadających gazowi ziemnemu
- Mieszanin gazu ziemnego z wodorem - w ograniczonych proporcjach
- W dalszej perspektywie potencjalnie czystego wodoru - wymaga to jednak znaczących modyfikacji
Rozwiązania hybrydowe
Możliwe jest również łączenie różnych technologii magazynowania energii:
- Integracja magazynów gazu z magazynami energii elektrycznej (np. baterie, elektrownie szczytowo-pompowe)
- Systemy Power-to-Gas-to-Power, gdzie energia elektryczna jest przekształcana w gaz, magazynowana, a następnie ponownie wykorzystywana do produkcji energii elektrycznej
Wyzwania i perspektywy
Sektor magazynowania gazu w Polsce stoi przed szeregiem wyzwań, ale też posiada znaczny potencjał rozwoju:
Kluczowe wyzwania
- Zmieniający się rynek gazu - stopniowe odejście od długoterminowych kontraktów na rzecz obrotu krótkoterminowego wymaga większej elastyczności magazynów
- Regulacje unijne - w tym wymogi dotyczące obowiązkowych zapasów gazu oraz przepisy pakietu zimowego
- Optymalizacja kosztowa - poprawa efektywności ekonomicznej magazynowania
- Techniczne ograniczenia - w szczególności w kontekście potencjalnego magazynowania wodoru
Perspektywy rozwoju
- Wzrost znaczenia strategicznego - w kontekście zwiększania bezpieczeństwa energetycznego Polski
- Nowe modele biznesowe - rozwój usług elastycznościowych i bilansujących
- Integracja z innymi sektorami - szczególnie z elektroenergetyką w ramach sektorowego łączenia (sector coupling)
- Innowacje technologiczne - w tym technologie magazynowania wodoru, CAES (Compressed Air Energy Storage) czy P2G (Power-to-Gas)
Podsumowanie
Magazynowanie gazu stanowi nieodzowny element systemu gazowego Polski, zapewniający bezpieczeństwo dostaw i elastyczność operacyjną. Różnorodność stosowanych technologii - od klasycznych magazynów w strukturach geologicznych, przez kawerny solne, po instalacje LNG - pozwala na dopasowanie rozwiązań do różnych potrzeb i uwarunkowań.
W obliczu transformacji energetycznej i zmian geopolitycznych, znaczenie magazynów gazu będzie rosło, a ich funkcjonalność będzie ewoluować. Polskie firmy gazowe, świadome tych wyzwań, już teraz intensywnie inwestują w rozbudowę i modernizację swoich instalacji magazynowych.
Kluczowym wyzwaniem na przyszłość będzie adaptacja infrastruktury magazynowej do wymogów gospodarki niskoemisyjnej, w tym potencjalnego magazynowania gazów odnawialnych i niskoemisyjnych. Jednocześnie, magazyny gazu mogą odegrać istotną rolę w integracji różnych sektorów energetycznych, wspierając rozwój energetyki odnawialnej i zwiększając elastyczność całego systemu energetycznego.