A földgázellátó rendszer felépítése és működése 2013

Átírás

1 A földgázellátó rendszer felépítése és működése 2013 Készítette Dr. Szunyog István Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem április 10. Miskolci Egyetem Műszaki Földtudományi Kar Kőolaj és Földgáz Intézet ME Kőolaj és Földgáz Intézet Szerzőtársak: Dr. Csete Jenő Horánszky Beáta Elméleti alapok 1. rész

2 Alapfogalmak a évi XL. törvény értelmezésében Földgáz Földgáz minőségű biogáz és biomasszából származó gázok, valamint egyéb gázfajták Földgáztermelő Határkeresztező gázvezeték Együttműködő földgázrendszer Szállítóvezeték Gázátadó állomás Elosztóvezeték Földgáztároló Célvezeték Kapacitás Rendszerirányítás Hidraulikai egyensúly Teljesítmény 3 Alapfogalmak a évi XL. törvény értelmezésében Fogyasztói főelzáró Felhasználási hely Csatlakozóvezeték Felhasználói berendezés Fogyasztói főcsap Fogyasztói vezeték Gázfogyasztó készülék Egybefüggő telephely Telephelyi vezeték Elszámolási mérés 4

3 A földgáz NG (natural gas) (MSZ ISO 14532: 2002 Földgáz. Fogalom meghatározások.) Több szénhidrogén keveréke, főként metán, de általában tartalmaz még etánt, propánt és lényegesen kisebb mennyiségben nagyobb szénatomszámú szénhidrogéneket és bizonyos nem éghető gázokat, például nitrogént és szén-dioxidot. 5 Szabvány szerint Nyers gáz Földgázt helyettesítő gáz (SNG Synthetic Natural Gas) Gyártott gáz Sovány gáz Dús gáz Nedves gáz Savanyú gáz Száraz földgáz Sűrített földgáz (CNG Compressed Natural Gas) Cseppfolyósított földgáz (LNG Liquified Natural Gas) 6

4 Szénhidrogének forráspontja Összetevö Metán Etán Propán i-bután n-bután Képlet CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 C 4 H 10 Forráspont atmoszférikus nyomáson -161,5 o C - 88,5 o C - 42,2 o C -12,1 o C -0,5 o C Gáz halmazállapotúak átlagos környezeti hőmérsékleten és nyomáson i-pentán n-pentán Hexán Heptán Oktán C 5 H 12 C 5 H 12 C 6 H 14 C 7 H 16 C 8 H 18 27,9 o C 36,1 o C 69,0 o C Folyadék halmazállapotúak átlagos 98,4 o C környezeti hőmérsékleten és 125,6 o C nyomáson 7 Földgázvertikum 2. rész

5 Földgázvertikum Ami előtte van: földgázkutatás; földgáztermelés; földgázelőkészítés, tranzitszállítás; LNG szállítás FÖLDGÁZELLÁTÓ RENDSZER Ami utána van: földgázfelhasználás; hőhasznosítás; égéstermékelvezetés 9 Upstream A földgáz (és más, nagy mélységű geológiai formációkban lévő fluidumok, kőolaj, termálvíz) kutatása, feltárása, termelése, gyűjtése, kezelése, előkészítése szállításra és felhasználásra. 10

6 Middlestream Földgázellátó rendszer szállító rendszer, tároló rendszer, elosztó rendszer, a liberalizált földgázpiac monopol létesítményei és a működtetésükhöz szükséges rendszerek (felügyeleti rendszerek, korrózióvédelmi rendszerek, nyomásszabályozó állomások, mérőállomások, stb). 11 Downstream Földgázfogyasztói rendszerek, háztartási, kommunális és ipari rendszerek, gázkészülékek, biztonsági és szabályozó berendezések, égéstermék-elvezető rendszerek, a földgázfelhasználás speciális formái (kombinált áram- és hőtermelés, gázautó, gázklíma, földgázzal kombinált megújuló energiahasznosító rendszerek, stb.), pébégáz forgalmazás, -szolgáltatás és -felhasználás 12

7 Csővezeték rendszerek Hazai földgáz-termelő mező Kilépési pont Import (tranzit) vezeték Országhatár Földgázszállító rendszer Földgázelosztó rendszer Telekhatár Ügyfelek, fogyasztók, gázfelhasználók 13 Upstream 3. rész

8 Földgáz fosszilis energiahordozó üledékes kőzetek idő, nyomás, hőmérséklet hidrogén + szén = szénhidrogén szén/kőolaj/földgáz a szén- és a hidrogénatomok száma Az energetika története: széntől a hidrogénig 15 Rezervoárok Üledékes kőzetek Kőzetjellemzők porozitás ( tárolóképesség ) permeabilitás ( áteresztőképesség ) 16

9 Tárolókőzet 17 Rezervoárok Szénhidrogének migrálása Földtani szerkezeti csapdák Tárolókőzetek: homokkő, mészkő Impermeábilis kőzetek: agyag, só, márga 18

10 Szerkezeti csapda réteggyűrődések 19 Szerkezeti csapda rétegvetődések 20

11 Földgáz-kutatás telepfluidumok: kőolaj, földgáz, rétegvíz jellemzően nagy mélység ( m) nagy nyomás( bar) magas hőmérséklet ( o C) kutatás feltárás; mélyfúrás rotary fúróberendezés 21 Földgáz-termelés 22

12 Közszolgáltatású földgáz, mint termék több komponensű gáz metán > 90 % etán + propán + bután < 2 % nem éghető, inert (nitrogén, szén-dioxid) száraz gáz fűtőérték: MJ/m 3 MSZ 1648: 2000 Közszolgáltatású, vezetékes földgáz 23 Földgázok minősége Közszolgáltatású vezetékes földgáz (MSZ 1648: 2000 szabvány) Gázcsoport jele Jellemzők 2H Követelmények 2S Wobbe-szám (H f -ből) MJ/m 3 (kwh/m 3 ) Névleges Wobbe-szám MJ/m 3 (kwh/m 3 ) Felső hőérték (égéshő) MJ/m 3 (kwh/m 3 ) Alsó hőérték (fűtőérték) MJ/m 3 (kwh/m 3 ) 45,66-54,76 (12,68-15,21) 50,72 (14,09) 31,00-45,28 (8,61-12,58) 27,94-40,81 (7,76-11,34) 36,29-41,58 (10,08-11,55) 39,11 (10,86) 24

13 Földgáz szállítása nagy távolságra csőtávvezetéken gáz halmazállapotban (tranzitvezeték) tartályhajókon cseppfolyós állapotban (LNG) 25 LNG - cseppfolyósított földgáz FÖLDGÁZ légköri nyomás Konverziós faktorok LNG légköri nyomás 15 o C -161 o C 600 m 3 1 m 3 1 tonna LNG 1 tonna LNG 2,2 m 3 LNG 1300 m 3 földgáz 26

14 Bizonyított földgázkészletek 27 Forrás: British Petrol Statistical Rewiev Bizonyított földgázkészletek Készletek [10 12 m 3 ] R/P [év] Észak-Amerika 7,98 4,5% 10,3 Dél- és Közép-Am erika 7,73 4,4% 51,2 Európa és Eurázsia 59,41 33,5% 55,2 Közel-Kelet 73,21 41,3% * Afrika 14,58 8,2% 76,6 Ázsia és a Csendes Óceán 14,46 8,2% 36,9 Világ összesen 177,37 100,0% 60,3 R/P [év] a készletek és az éves term elés hányadosa * Több, m int 100 év 28 Forrás: British Petrol Statistical Rewiev 2008.

15 Földgázkészletek országonként Készletek [10 12 m 3 ] Oroszország 44,65 25,2% Irán 27,8 15,7% Katar 25,6 14,4% Szaud Arábia 7,17 4,0% Egyesült Arab Emírségek 6,09 3,4% Egyesült Államok 5,98 3,4% Nigéria 5,30 3,0% Venezuela 5,15 2,9% Algéria 4,52 2,5% Irak 3,17 1,8% Indonézia 3,00 1,7% Norvégia 2,96 1,7% Türkmenisztán 2,67 1,5% Auszrália 2,51 1,4% Malajzia 2,48 1,4% Egyiptom 2,06 1,2% Kazahsztán 1,90 1,1% Kína 1,88 1,1% Üzbegisztán 1,74 1,0% Hollandia 1,25 0,7% India 1,06 0,6% Összesen 158,94 89,6% 29 Földgáztermelés országonként Éves termelés [10 9 m 3 /a] Oroszország 607,4 20,7% Egyesült Államok 545,9 18,6% Kanada 183,7 6,2% Irán 111,9 3,8% Norvégia 89,7 3,1% Algéria 83,0 2,8% Szaud-Arábia 75,9 2,6% Egyesült Királyság 72,4 2,5% Kína 69,3 2,4% Türkmenisztán 67,4 2,3% Indonézia 66,7 2,3% Hollandia 64,5 2,2% Malaysia 60,5 2,1% Katar 59,8 2,0% Üzbegisztán 58,5 2,0% India 30,2 1,0% Összesen 2 940,0 100,0% 30 Forrás: British Petrol Statistical Rewiev 2008.

16 Földgázfogyasztás országonként Éves felhasználás [10 9 m 3 /a] Egyesült Államok 652,9 22,3% Oroszország 438,8 15,0% Irán 111,8 3,8% Kanada 94,0 3,2% Egyesült Királyság 91,4 3,1% Japán 90,2 3,1% Németország 82,7 2,8% Olaszország 77,8 2,7% Szaud-Arábia 75,9 2,6% Kína 67,3 2,3% Ukrajna 64,6 2,2% Összesen 2 921,9 100,0% 31 Forrás: British Petrol Statistical Rewiev Middlestream 4. rész

17 Földgázellátó rendszer földgáztároló rendszer földgázszállító rendszer földgázelosztó rendszer cseppfolyós földgáz (LNG) rendszer 33 Földgáztároló rendszer föld alatti gáztárolók tároló: letermelt rétegek kútszerkezetek felszíni berendezések gázelőkészítő kompresszor állomás betárolás kitárolás 34

18 Földgáztároló rendszer 35 Földgázszállító és -elosztó rendszer F O R R Á S O L D A L Hazai földgáztermelő mező kiadási pontja Import gázvezeték belépési pontja az országhatáron Föld alatti gáztároló kiadási pontja SZÁLLÍTÓ RENDSZER Gázátadó állomás nagyközépnyomású hálózat Gázfogadó állomás ELOSZTÓ RENDSZER középnyomású hálózat Körzeti nyomásszabályozó állomás kisnyomású hálózat TELEKHATÁR fogyasztók, ügyfelek F O G Y A S Z T Ó I O L D A L fogyasztók, ügyfelek 36

19 Földgázszállító rendszer acélcsövek (DN 400 DN 800) nagy nyomás (64 30 bar) nagy gázáramok (~ m 3 /h) kompresszor állomások távvezetéki csomópontok gázátadó állomások SCADA rendszer informatikai platform 37 Földgázszállító rendszer 38 Forrás: FGSZ Zrt.

20 Földgázelosztó rendszer acél és polietilén csövek (DN 32 DN 300) kisebb nyomások (25 4 0,1 bar) kisebb gázáramok nincsenek aktív elemek gázfogadó állomások informatikai platform leágazó vezetékek a fogyasztókhoz 39 Csővezeték rendszerek Gázszállító rendszer globális hosszú csőszakaszok nagy csőátmérők nagy csőtérfogat/elvételi pont nagy üzemnyomás jelentős mobilgáz aktív és passzív elemek lassú tranziens áramlás stacioner és tranziens szimuláció diszpécser irányítás dinamikus jellegű rendszer Gázelosztó rendszer lokális rövid csőszakaszok kis átmérők kis csőtérfogat/fogyasztó kisebb üzemnyomás elhanyagolható mobilgáz csak passzív elemek közel állandósult áramlás stacioner szimuláció diszpécser felügyelet statikus jellegű rendszer 40

21 Downstream 5. rész 42

22 Közép-, vagy nagyközépnyomású vezetékről ellátott fogyasztói berendezések előkertes beépítés esetén 43 Forrás: GMBSZ, Fogyasztói berendezés Részei: - Főelzáró - Nyomásszabályozó - Gázmérő - Fogyasztói vezeték - Gázfogyasztó készülékek - Áramlás biztosító - Füstcső - Kémény 44

23 Felelősségi körök a fogyasztói főelzáró, a nyomásszabályozó és a mérő a földgázelosztó tulajdona FÖLDGÁZELOSZTÓ leágazó vezeték csatlakozó vezeték FOGYASZTÓ a gázömlést saját költségére elhárítja a telekhatáron (épületen) belüli gázömlésből adódó vészhelyzetet a földgázelosztó a fogyasztó költségére elhárítja, de a végleges elhárítás az ingatlantulajdonos kötelezettsége 45 Területileg illetékes kéményseprő ipari közszolgáltató feladata: használatban lévő kémények műszaki felülvizsgálata, ellenőrzése, tisztítása készülék bekötéséhez szükséges szakvélemény kémények használatba vételéhez szükséges nyilatkozat kéményseprő tervfelülvizsgálat és konzultáció A csatlakozó vezeték és a felhasználó berendezés üzemképes és biztonságos állapotban tartása az ingatlan tulajdonos kötelessége (GET 89. ) telekhatár FÖLDGÁZELOSZTÓ TULAJDONA FOGYASZTÓ TULAJDONA 46

24 Mérési referencia állapot A gázmennyiség mérését legtöbbször térfogatmérések formájában végzik, amelynél a mindenkori gázállapotot kell figyelembe venni. Az elszámolásnál figyelembe kell venni, hogy a gáz értékét az abban rejlő energia jelenti. Ezért a gázmennyiséget ugyan térfogatként mérik, de energiatartalom szerint számolják el. Ehhez az átadott gáz hőértékének (fűtőérték) pontos meghatározásán, és a mért térfogaton túl pontosan mérni kell a gáz abszolút nyomását és hőmérsékletét. Gáztechnikai normálhőmérséklet: 15 0 C (288,15 K) Gáztechnikai normálnyomás (fizikai): Pa 47 Membrános gázmérő 48

25 A gázipari mérésekben alkalmazott fogyasztói kategóriák a 20 m 3 /h fogyasztásnál kisebb háztartási fogyasztók (mérő nélküli, hőmérséklet függő és hőmérséklet független fogyasztás) nem háztartási fogyasztók (hőmérséklet függő és vegyes fogyasztás) a 20 és 100 m 3 /h fogyasztás közötti kisebb közintézmények (iskolák, önkormányzatok), hőmérséklet függő, térfűtés, HMV, főzés kisebb ipari termelő egységek (technológia és térfűtés) a 100 és 500 m 3 /h fogyasztás közötti nagyobb közintézmények Ipari jellegű fogyasztók az 500 m 3 /h feletti fogyasztás ipari jellegű fogyasztók mezőgazdasági fogyasztók távfűtőművek 49 villamos erőművek Elszámolás Az elfogyasztott gáz mennyisége után kifizetendő összeg (A) függ a szolgáltatott gáz fűtőértéktől (H a ), valamint a normálhőmérsékleten vett elfogyasztott gáztérfogattól (V gn ). A = Vgn Ha A1 [Ft] Tgn pü 1 A = Vü Ha A 1 [Ft] T p K ü gn ahol V gn a gáztérfogat normál hőmérsékleten, m 3 ; V ü a gáztérfogat üzemi hőmérsékleten, m 3 ; T gn a gáz normál hőmérséklete, T gn =288,15 K; T ü a gáz üzemi hőmérséklete, K; p gn a gáz normál nyomása, p gn = Pa; p ü a gáz üzemi nyomása, Pa; K kompresszibilitási tényező (az üzemi és a normálállapotú eltérési tényező hányadosa); H a üzemi alsó fűtőérték, MJ/m 3 ; A 1 - az egységnyi energiamennyiség ára, Ft/MJ. 50

26 A földgázellátó rendszer működése 6. rész A földgázellátó rendszer működése hidraulikailag együttműködő rendszerek a fogyasztói oldal igényei meghatározók nominálás; egyensúlytartás; allokálás mérés és elszámolás kapacitásgazdálkodás rendszerfejlesztés 52

27 Háztartási fogyasztó 1,40 1,20 Gázfogyasztás [m 3 /h] 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Idõ [h] Éves gázfogyasztás m 3 /a Napi gázfogyasztás 2 20 m 3 /d Órai gázfogyasztás 0,5 2 m 3 /h Csúcskihasználási óraszám 8,4 h/d 53 Ipari fogyasztó Gázfogyasztás [m 3 /h] Idõ [h] Napi gázfogyasztás m 3 /d Max. órai gázfogyasztás 765 m 3 /h Csúcskihasználási óraszám 17,3 h/d 54

28 Napi középhőmérséklet és napi gázforgalom , , ,0 Napi gázforgalom ,0 15,0 10,0 5,0 Napi középhőmérséklet , ,0 0 1-jan ,0 55 Napi gázfogyasztás Napi középhőmérséklet A napi középhőmérséklet és napi gázforgalom tartamgörbéje Korreláció 93 % 35,0 30, ,0 Napi gázforgalom Fűtési küszöbhőmérséklet 16 o C 20,0 15,0 10,0 5,0 Napi középhőmérséklet , , ,0 56 Napi gázfogyasztás Napi középhőmérséklet

29 A napi gázforgalom tartamgörbéje Napi gázforgalom Kitárolás föld alatti tárolóból Hazai termelés Import Betárolás föld alatti tárolóba Együttműködő rendszerüzemeltető engedélyesek Elosztói engedélyes Rendszerirányító Szállítói engedélyes Tárolói engedélyes (ha van közvetlen fizikai kapcsolat) Földgáztermelő (ha van közvetlen fizikai kapcsolat) Telephelyi engedélyes 58

30 A magyar földgázipar számokban 7. rész Forrás: MEH, A magyar piac szereplői 2011 év végén 60 Forrás: MEH, 2012.

31 61 62 Forrás: MEH, 2012.

32 Földgáz folyamatábra Forrás: MEH, Forrás: MEH, 2012.

33 65 Forrás: MEH, Forrás: MEH, 2012.

34 67 Forrás: MEH, Liberalizáció 8. rész

35 A liberalizáció előtt Közüzemi szolgáltatás Természetes monopólium Engedélyhez kötött tevékenység szolgáltatási jogosultság és ellátási kötelezettség Vezetékes, vonalas rendszerek Független szabályozó hatóság 69 Hagyományos földgázpiaci modell földgáz hazai termelésből földgáz importból NAGYFOGYASZTÓK GÁZÉRTÉKESÍTŐ REGIONÁLIS GÁZSZOLGÁLTATÓ FOGYASZTÓ a gáz útja és az üzleti kapcsolatok 70 Forrás, Horánszky, 2008.

36 A földgázpiac liberalizációja A liberalizáció célja: a verseny bevezetése a földgázpiacra A monopol és a nem monopol tevékenységek szétválasztása ( unbundling ) Monopol rendszerek: szállító rendszer tároló rendszer elosztó rendszer LNG rendszer 71 A földgázpiac liberalizációja Monopol rendszerek üzemeltetése: szállítói engedélyes tárolói engedélyes elosztói engedélyes A monopol rendszerek használata, hozzáférés a rendszerekhez ( TPA ) Rendszerhasználati díj 72

37 A földgázpiac liberalizációja Nem monopol tevékenység: földgáz-kereskedelem (engedélyhez kötött tevékenység) Független szabályozó hatóság: Magyar Energia Hivatal 73 Liberalizált földgázpiaci modell TERMELŐK SZÁLLÍTÓ VÁLLAKOZÁSOK ELOSZTÓ VÁLLALKOZÁSOK VÉGFELHASZNÁLÓK TÁROLÓ VÁLLALKOZÁSOK G Á Z K E R E S K E D Ő K T Ő Z S D E a gáz fizikai útja lehetséges üzleti kapcsolatok 74 Forrás, Horánszky, 2008.

38 Jogszabályi környezet 9. rész Forrás: MEH,

39 77 Köszönöm figyelmüket! Elérhetőség: Miskolci Egyetem Gázmérnöki Intézeti Tanszék 3515 Miskolc- Egyetemváros Tel: Web: