Zmiany parametrów mieszaniny gazu ziemnego z wodorem w trakcie eksploatacji komory magazynowej w kawernie solnej

• Autorzy: Budak Paweł , Szpunar Tadeusz

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2020.11.05

Warianty tytułu

EN

How does the composition of natural gas/hydrogen mixture fluctuates during exploitation of a gas cavern

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Podziemne magazyny gazu ziemnego budowane są w wyeksploatowanych złożach gazu lub w kawernach solnych wykonanych metodą ługowania soli ze złóż pokładowych lub wysadów solnych. Magazyny gazu ziemnego wykonane w masywie solnym umożliwiają bardzo szybkie dostarczenie do sieci dystrybucyjnej dużych ilości gazu oraz pozwalają na szybkie wprowadzenie do komory magazynowej nadmiaru gazu ziemnego obecnego na rynku. Gaz do komór magazynowych wprowadzany jest w razie jego nadmiaru na rynku oraz pobierany w przypadku potrzeby pokrycia zapotrzebowań szczytowych. Magazynowanie gazu ziemnego pozwala więc na zniwelowanie fluktuacji zapotrzebowania na gaz, które są szczególnie wyraźne w okresie zimowym. Gaz ziemny pobierany z komory magazynowej musi spełniać odpowiednie wymagania dotyczące jego parametrów energetycznych przed wprowadzeniem go do sieci dystrybucyjnej – musi on mieć odpowiednie ciepło spalania i wartość opałową, a dodatek wodoru do gazu obniża te parametry, tak więc znajomość parametrów gazu aktualnie obecnego w komorze magazynowej ma znaczenie zasadnicze. Oprócz dodatku wodoru na parametry energetyczne mieszaniny gazów aktualnie zmagazynowanej w komorze wpływają również skład i parametry wprowadzanej do komory porcji gazu zmieszanego z wodorem, gdyż dostarczany do magazynu gaz ziemny może pochodzić z różnych źródeł. Zawartość poszczególnych składników gazu zatłaczanego do podziemnych magazynów gazu musi być utrzymywana w granicach ustalonych przez operatora. W artykule przedstawiono algorytm i program do obliczeń ciepła spalania, wartości opałowej oraz liczby Wobbego, jak również procentowej zawartości wodoru w gazie w komorze magazynowej oraz gazie pobieranym w dowolnym momencie z komory. Uwzględniono możliwość obecności składników niepalnych w mieszaninie oraz ich wpływ na ciepło spalania / wartość opałową. Podano przykład obliczeniowy.

EN

Underground gas stores are built in depleted gas reservoirs or in salt domes or salt caverns. In the case of salt caverns, the store space for gas is created by leaching the salt using water. Gas stores in salt caverns are capable to provide the distribution network with large volumes of gas in a short time and cover the peak demand for gas. The salt caverns are also capable to store large volumes of gas in case when there is too much gas on a market. Generally, the salt caverns are used to mitigate the fluctuation of gas demand, specifically during winter. The gas provided to the distribution network must satisfy the requirements regarding its heating value, calorific value, volumetric content of hydrogen and the Wobbe number. Large hydrogen content reduces the calorific value as well as the heating value of gas and thus its content must be regulated to keep these values at the acceptable level. One should also remember that every portion of gas which was used to create the gas/hydrogen mixture may have different parameters (heating value and calorific value) because it may come from different sources. The conclusion is that the hydrogen content and the heating value must be known at every moment of gas store exploitation. The paper presents an algorithm and a computer program which may be used to calculate the hydrogen content (volumetric percentage), heating value and calorific value (plus the Wobbe number) of gas collected from the salt cavern at every moment of cavern exploitation. The possibility of the presence of non-flammable components in the mixture and their effect on the heat of combustion / calorific value were considered. An exemplary calculation is provided.

Słowa kluczowe

PL

komora magazynowa; gaz ziemny; wodór; ciepło spalania; wartość opałowa; liczba Wobbego

EN

gas storage cavern; natural gas/hydrogen mixture; natural gas; hydrogen; heating value; net calorific value; Wobbe number

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2020
• Tom: R. 76, nr 11
• Strony: 799--806
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz.

Twórcy

autor

Budak Paweł

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Szpunar Tadeusz

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Atkins P., De Paula J., 2006. Physical Chemistry. 8th ed. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-8700-2.
• Bertolino A., Stagnic A., Cuoci A., Faravelli T., Parente A., Frassoldati A., 2019. Prediction of flammable range for pure fuels and mixtures using detailed kinetics. Combustion and Flame, 207: 120–133. DOI: 10.1016/j.combustflame.2019.05.036.
• EIGA European Industrial Gas Association, 2014. Hydrogen pipeline systems. IGC Doc 121/14.
• Entropia. <https://epodreczniki.open.agh.edu.pl/tiki-index.php?page=Entropia> (dostęp: 09.2019).
• Entropy (information theory). <https://en.wikipedia.org/Wiki/Entropy> (dostęp: 09.2019).
• Entropy and the second law. <http://physics.bu.edu/~duffy/py105/Secondlaw.html> (dostęp: 09.2019).
• Haynie D.T., 2001. Biological Thermodynamics. Cambridge University Press, Cambridge. ISBN: 9780521795494.
• Makridis S.S., 2016. Hydrogen storage and compression. [W:] Carriveau R., Ting D. S-K. (eds.). Methane and Hydrogen for Energy Storage. Wyd. Stevenage: IET. 1–28. DOI: 10.1049/PBPO101E_ch1.
• Melaina M.W., Antonia O., Pener M., 2013. Blending hydrogen into natural gas pipeline networks: A review of key issues. National Laboratory of US Department of Energy. DOI: 10.2172/1219920.
• Molnarne M., Mizsey P., Schröder V., 2005. Flammability of gas mixtures: Part 2: Influence of inert gases. Journal of Hazardous Materials, 121(1–3): 45–49. DOI: 10.1016/j.jhazmat.2005.01.033.
• Ozarslan A., 2012. Large-scale energy storage in salt caverns. International Journal of Hydrogen Energy, 37: 14265–14277. DOI:10.1016/j.ijhydene.2012.07.111.
• Uehara I., 2009. Hydrogen and natural gas mixture. [W:] Ohta T. (ed.). Energy Carriers and Conversion Systems With Emphasis On Hydrogen – Volume 1. EOLSS Publications: 283–289.
• Van den Schoor F., Hermanns R.T., Van Oijen J.A., Verplaetsen F., De Goey L.P., 2008. Comparison and evaluation of methods for the determination of flammability limits, applied to methane/hydrogen/air mixtures. Journal of Hazardous Materials, 150(3): 573–581. DOI:10.1016/j.jhazmat.2007.05.006.
• Yaws C.L., Braker W., 2001. Matheson Gas Data Book. 7 edition. McGraw Hill Professional.
• Zasada wzrostu entropii. <http://e-fizyka.info/index.php?t=13&id=267> (dostęp: 09.2019).
• Akty prawne i normatywne
• ISO 10156:2010 Gases and gas mixtures – Determination of fire potential and oxidizing ability for the selection of cylinder valve outlets.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).