Warum speichern wir Gas unter Tage?

Heute unterliegt der Gasverbrauch großen saisonalen Schwankungen zwischen Sommer und Winter sowie kurzfristigen Bedarfsänderungen beim Handel von Gas. Durch das Speichern von Gas in großem Umfang in unseren Untertage-Speicheranlagen gleichen wir diese aus. Die Gasspeicher spielen zudem eine wichtige Rolle bei der Aufrechterhaltung der Stabilität in den Gasnetzen, um Verbrauchsspitzen im Winter kurzfristig und sicher kompensieren zu können.

In der dekarbonisierten Energieversorgung der Zukunft mit einem großen Anteil Erneuerbarer Energien entstehen zusätzlich Schwankungen, wenn etwa Sonne und Wind nicht zur Verfügung stehen. Deshalb ist es zukünftig noch wichtiger, dass wir auf steigende Bedarfsschwankungen flexibel reagieren  können, indem wir beispielsweise grünen Wasserstoff in Salzkavernen speichern.

Im Vergleich zu Speichermöglichkeiten an der Oberfläche, können unterirdische Gasspeicher weitaus größere Mengen Gas speichern. Wir unterscheiden zwei Arten von Untertage-Erdgasspeichern: Porenspeicher sind natürliche Lagerstätten in porösem Gestein, in dem das Erdgas ähnlich einem stabilen Schwamm in sehr großen Mengen gespeichert werden kann. Bei Kavernenspeichern handelt es sich um künstlich angelegte Hohlräume in unterirdischen Salzstöcken, die übern eine hohe Ein- und Ausspeicherleistung verfügen. Diese Kavernen können Höhen von mehreren hundert Metern erreichen. Einige sind mehr als doppelt so hoch wie der Eiffelturm.

Wie funktioniert Gasspeicherung unter Tage?

Über Fernleitungen wird das Gas zur Speicherstation transportiert. Im Zuge der Einspeicherung wird das Gas im Stationseingang zunächst gefiltert und anschließend hinsichtlich seiner Qualität und Menge gemessen. Mit den nachfolgenden Verdichtereinheiten wird das Gas komprimiert, anschließend gekühlt und – abhängig vom jeweiligen Speicherstandort – in einen Kavernen- oder Porenspeicher geleitet.

Bei der Ausspeicherung wird das Gas zunächst mit Abscheidern von freien Flüssigkeiten und Feststoffen befreit. Anschließend wird das Gas vorgewärmt, um bei der anschließenden Druckreduzierung auf den Fernleitungsdruck die Bildung von Gashydraten zu vermeiden. Ist das Gas auf Fernleitungsdruck reduziert, erfolgt die Konfektionierung des Gases entsprechend der rechtlichen Anforderungen mit einer Gastrocknungsanlage. Anschließend werden erneut Menge und Qualität des Gases gemessen bevor es in die Fernleitung eingespeist wird.

Die interaktive Grafik beschreibt die einzelnen über- und untertägigen Bestandteile des Speichers im Detail. Fahren Sie dazu mit der Maus über die Grafik.

Einspeicherung und Ausspeicherung

In diesem Video wird der Ein- und Ausspeicherungs-Prozess am Beispiel unseres Erdgasspeichers ESE in Etzel erklärt. Über Fernleitungen wird Gas über mehrere Tausend Kilometer zum Speicher transportiert. Auf diesem Weg kann es zu Verunreinigungen durch Rückstände aus der Fernleitung kommen. Der Abscheider ist die erste Station auf dem Weg in den Speicher und befreit das Gas von unerwünschten Begleitstoffen. Die Messanlage als zweite Station ermittelt neben der Menge des Gases auch dessen Brennwert. Der Druck des Gases ist im Speicher deutlich höher als im Fernleitungsnetz, um eine möglichst große Menge Gas platzsparend speichern zu können. Um das Gas zu komprimieren, werden Verdichter eingesetzt, die das Herzstück der Anlage darstellen.

Durch die Verdichtung des Gases erhitzt sich das Gas abhängig vom Druckverhältnis auf Temperaturen jenseits von 100°C. Über nachgeschaltete Gaskühler wird das Gas vor dem Einspeichern auf eine Temperatur von ca. 30-40°C rückgekühlt. In diesem Zustand kann das Gas zum Speicher geleitet und eingespeichert werden. Sobald der Bedarf ansteigt, wird das Gas ausgespeichert und somit zurück in das Fernleitungsnetz geleitet. Während das Gas unter Tage gespeichert wurde, hat es unter anderem Feuchtigkeit aufgenommen. Der Wasserabscheider entfernt das freie Wasser sowie Feststoffe aus dem Gasstrom. Hierzu wird das Gas im Wasserabscheider in Rotation versetzt, wodurch Flüssigkeiten und Feststoffe an die Behälterwand geschleudert und anschließend ausgeschleust werden können. Im nächsten Schritt wird das Gas durch den Vorwärmer erhitzt, um die Abkühlung des Gases bei der Reduzierung des Drucks zu kompensieren. Die Wärme dafür wird im Kesselhaus erzeugt. Anschließend wird der Druck des Gases auf Fernleitungsniveau reduziert. Die Glykoltrocknung konfektioniert das Gas entsprechend der spezifizierten Anforderungen, sodass es nach der Mengen- und Qualitätsmessung wieder dem Fernleitungsnetz zugeführt werden kann.

Speichertypen

Cushion gas and working gas

Kissengas und Arbeitsgas

Die insgesamt im Speicher enthaltene Gasmenge lässt sich in Arbeitsgas und Kissengas unterteilen. Das Gas selbst ist das gleiche, den Unterschied macht die Funktion.

Das Arbeitsgas – der eigentliche Zweck eines Gasspeichers- ist die Gasmenge, die ein- und ausgespeichert werden kann. Dieser Anteil ist demnach das nutzbare Gasvolumen, das vermarktet werden kann.

Das Kissengas sorgt für den notwendigen Druck, um auch bei niedrigen Speicherfüllständen das Arbeitsgas mit hohen Raten aus dem Speicher entnehmen zu können. Zudem ist die Aufrechterhaltung eines minimalen Druckes notwendig, um in Kavernenspeichern langfristige Integrität sicherzustellen. In Porenspeichern mit Aquifereinfluss verhindert das Kissengas ein übermäßiges Eindringen von Wasser in den für die Gasspeicherung genutzten Porenraum. Um diese Funktionen zu erfüllen, verbleibt das Kissengas permanent im Speicher und hat einen Anteil von einem Drittel bis zur Hälfte am gesamten Speichervolumen. Die Kissengasgrenze ist eine durch behördliche Auflagen oder durch geologisch/technische Bedingungen festgelegte Untergrenze der Entleerung eines Gasspeichers.

Technische Speicher-Kennlinien

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Technical storage curves

Die Speicherkennlinien bilden die Ein- und Ausspeicherleistung des Speichers abhängig vom Speicherfüllstand ab.

Die verfügbare Anlagenkapazität wird maßgeblich vom Druck und der Temperatur des Speichergases beeinflusst. Allerdings sind  diese nicht konstant, sondern ändern sich in Abhängigkeit vom Speicherfüllstand und der Speicherfahrweise.

Die Anlagenkomponente mit der geringsten Leistungsfähigkeit bei einem angenommen Speicherfüllstand und bestimmten Druck- und Temperaturbedingungen bestimmt die verfügbare Speicherkapazität. Der Verlauf der Speicherkennlinie wird – abhängig von Druck und Temperatur – durch die unterschiedlichen Komponenten des Speichers beeinflusst, wie zum Beispiel Abscheider, Verdichter und die Bohrungen.

Ein weiterer Faktor, der die Speicherkapazität beeinflusst, ist der Druck des Ferngasnetztes, aus dem entweder eingespeichert oder in das ausgespeichert wird.

Zukunftsoption Wasserstoff

Wir rüsten unsere Speicher für eine CO2-neutrale Zukunft. Die Untertagespeicherung von Erdgas ist seit Jahrzehnten erprobt und etabliert. Wir gehen davon aus, dass uns Erdgas als Brücke zu einer zukünftig völlig dekarbonisierten Energiewelt noch lange erhalten bleibt. Parallel dazu bereiten wir schon heute unsere Speicher für die Energiequellen der Zukunft vor. Wasserstoff gilt als Schlüssel zur Energiewende und hat den Vorteil, dass es sich, ebenso wie Erdgas, unterirdisch speichern lässt. Eine Untertage-Wasserstoffspeicherung im großen Maßstab ist für den europäischen Wasserstoffmarkt unverzichtbar und wird zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit beitragen. Wir verfügen über geeignete Speicheranlagen für den Wasserstoffmarkt und haben bereits damit begonnen, die Umsetzbarkeit zu prüfen. Nun ist ein klares regulatorisches Umfeld erforderlich, um die Umnutzung und Entwicklung neuer unterirdischer Wasserstoffspeicher zu ermöglichen.

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Hydrogen as a future option

Prozesssicherheit

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Process safety

Uniper spielt eine führende Rolle bei der Förderung von Best Practice‐Strategien in den Bereichen Gesundheit, Arbeitssicherheit, Unternehmenssicherheit, Umweltschutz & Nachhaltigkeit (Health, Safety, Security, Environment & Sustainability = HSSE‐S), wo immer wir tätig sind. Wir sind fest davon überzeugt, dass dies der Gesellschaft, unseren Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern und ihren Familien zugutekommt. So haben wir uns zum Beispiel im Rahmen von OGMP 2.0 auch freiwillig selbstverpflichtet, unsere Methanemissionen kontinuierlich und transparent nach festgelegten Standards zu berichten und weiterhin zu senken. Wir wollen Menschen und Umwelt vor Schäden schützen, Risiken minimieren, die Sicherheit erhöhen und so sicherstellen, dass sich jeder bei Uniper in seinem Job sicher fühlt und am Ende eines jeden Tages sicher nach Hause zurückkehrt. Das ist unsere oberste Priorität. Unser Engagement für Gesundheit und Sicherheit bezieht selbstverständlich auch Geschäftspartner, Nachbarn und Besucher mit ein.

Überwachung aus der Ferne

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Monitoring from a distance

Als Besonderheit in der Betriebsführung unserer Speicher verwenden wir die Netzleittechnik in erster Linie zur Überwachung aus der Ferne, teilweise auch zur Steuerung. Diese Prozessleittechnik beinhaltet die Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik für die Bedienung unserer Speicher und liefert dem Betriebspersonal, bei uns Dispatcher genannt, die notwendigen Daten, um zielgerichtet Entscheidungen treffen zu können und Routinearbeiten zu erleichtern. Die Speicher werden aus der Ferne in unserer 24/7 besetzten Dispatching-Zentrale überwacht, dabei müssen auf Störsituationen reagiert und Ein- und Ausspeicherprozesse gesteuert werden. Hierzu werden Prozessinformationen wie Zählwerte, Messwerte und Meldungen an unsere Dispatching-Leitzentrale übertragen, dort bedienergerecht aufbereitet und dargestellt. Von dort werden dann in Gegenrichtung Steuer- und Stellbefehle an den Prozess gerichtet. Die generelle Bedienung des Speichers ist natürlich nach wie vor auch am Speicher möglich. Diese Art der Überwachung und Steuerung der Gasspeicherungsprozesse bringt viele Vorteile und eine große Flexibilität mit sich.

Unsere globale Präsenz

Wir verstärken weiterhin unsere Präsenz in Schlüsselmärkten, entwickeln innovative Lösungen und erwerben Unternehmen in prioritären Bereichen. Die Lösungen von Uniper werden in über 100 Ländern verkauft und wir sind derzeit in über 40 Ländern tätig.