Změny složení plynu distribuovaného v ČR
Složení zemního plynu v distribuční soustavě ČR se markantně změnilo během roku 2022, kdy došlo k omezení dodávek plynu z Ruska a k jeho náhradě za LNG. V souvislosti s tím se článek zabývá změnami složení zemního plynu distribuovaného v ČR.
Ilustrativní obrázek (Zdroj: NET4GAS)
Pozn. redakce
Tento článek je zveřejněn s laskavým souhlasem autorů a Českého plynárenského svazu ČPS, který je vydavatelem časopisu Plyn. Článek byl publikován v časopise PLYN 1/2023.
Souhrn
Složení zemního plynu v distribuční soustavě ČR, případně české části československé soustavy, se s časem příliš neměnilo. Šlo v naprosté většině o zemní plyn dodávaný ze Sovětského svazu, po jeho zániku z Ruské federace, hlavně do států západní Evropy a vyhovující jejich požadavkům. Situace se markantně změnila během roku 2022, kdy došlo k omezení dodávek plynu do EU z Ruska a k jeho náhradě za LNG. V souvislosti s tím se článek zabývá změnami složení zemního plynu distribuovaného v ČR.
1. Úvod
Doprava zemního plynu z území Sovětského svazu do Československa byla zahájena v roce 1967 plynovodem Bratrství. Do provozu byl plynovod uveden v roce 1967, a tím začala distribuce ruského zemního plynu v Československu (na Slovensku a na jižní Moravě) a následně první zkušební tranzitní přeprava tohoto plynu do Rakouska. V Československu tak byl zahájen přechod od svítiplynu na zemní plyn. O dalším rozvoji dodávek ruského plynu do střední a západní Evropy se uvažovalo v několika variantách. Po řadě technických a politických jednání bylo roku 1971 rozhodnuto, že plynovod pro účely této tranzitní přepravy povede napříč Československem. V návaznosti na mezivládní dohodu z prosince 1970 byl v dubnu 1971 založen národní podnik Tranzitní plynovod Praha (působící v zahraničí pod názvem Transgas), který byl pověřen funkcí přímého investora a současně provozovatele budoucí tranzitní soustavy. Koncepci i celý projekt soustavy zajistil Plynoprojekt Praha, výstavbu liniové části Plynostav Pardubice a Hydrostav Bratislava, strojní vybavení a celou výstavbu kompresních stanic pak ČKD DIZ Praha. V následujících dvou letech byly vybudovány a uvedeny do provozu tři kompresní stanice a cca 1 100 km plynovodů, a byly tak dodrženy termíny první přepravy plynu do Rakouska (Baumgarten), Německé spolkové republiky (Waidhaus) a Německé demokratické republiky (Hora Svaté Kateřiny). Po první fázi výstavby tranzitního plynovodu následovaly další, které postupně zvyšovaly výkonnost celé soustavy. S tím byla spojena i potřeba vyšších kapacit plynovodních magistrál na území bývalého SSSR, na jejichž výstavbě se Transgas rovněž podílel. Přepravní kapacita československé přepravní soustavy pro zemní plyn v 80. a 90. letech minulého století byla zvýšena z původních 28 na 80 mld. m3/rok. [1]
Plyn spotřebovávaný v ČR byl do začátku roku 2022 dovážen výlučně z Ruska. Dodávky zemního plynu z Norska, zasmluvněné od roku 1997, byly prostřednictvím swapových operací suplovány dodávkami z východního směru, tedy ruským plynem. Úměrný objem plynu přepravovaného přes ČR do Německa byl spotřebován v ČR náhradou za plyn zasmluvněný z Norska, který byl spotřebován v Německu. Tímto způsobem došlo k úspoře přepravních nákladů a k eliminaci problémů se změnou kvality plynu. Například v roce 2009 byly zasmluvněné dodávky z Ruska v objemu cca 58,1 %, z Norska 34,1 % a z Německa 6,5 %. Na domácí těžbu prováděnou společnostmi MND a OKD připadalo 1,3 %. [2] Bez ohledu na dodavatele měl plyn skutečně přiváděný do ČR složení ruského plynu.
Na jaře 2022 se omezením dodávek plynu z Ruské federace změnily zdroje zemního plynu pro ČR, kdy došlo k náhradě dodávek ruského plynu plynem norským a LNG, dopravovaným do Evropy tankery. Je třeba posoudit, zda budou nově dovážené plyny kompatibilní s instalovanými spotřebiči, případně jaká opatření je pro dosažení záměnnosti nutné přijmout.
2. Příklady zemních plynů distribuovaných v Evropě
V Tabulce 1 jsou uvedena složení a spalovací vlastnosti vybraných zemních plynů, používaných v Evropě. Obecně platí, že složení zemních plynů není konstantní a mění se v závislosti na oblasti, resp. ložisku, z něhož je v danou chvíli těžen. Povětšinou se jedná o směsi plynů z různých ložisek. Za plyn s nejméně proměnlivým složením je považován plyn ruský [3], což v tabulce 1 ukazují relativně drobné odchylky ve složení i vlastnostech pro pět různých složení ruského plynu ZP1 až ZP5, z nichž na ZP1 až ZP3 je znázorněna závislost složení na směru, z něhož byl plyn do ČR přiveden, a na ZP4 a ZP5 je doložena změna složení v závislosti na čase. Zemní plyny ZP1 – ZP3 označené jmény příslušné hraniční předávací stanice (HPS) společnosti NET4GAS (Brandov, HSK = Hora Sv. Kateřiny a Lanžhot) jsou zde uvedeny jako ukázka malé variability složení plynu dováženého z různých směrů do ČR v roce 2014 [4]. V tabulce 1 jsou uvedena složení zemního plynu typu H (vysoce výhřevných) plynů – z Ruska a Norska [5]. V tabulce 1 je též uvedeno složení ruského zemního plynu distribuovaného v Evropě v roce 2000 → ZP5 [3]. Poslední dva vzorky ZP7 a ZP8 jsou zemní plyny importované do ČR přes HPS Rozvadov v listopadu 2022 a lednu 2023 [7], jedná se o plyny, které jsou směsí norského ZP a LNG.
Hodnoty spalných tepel (Hs), relativních hustot (hutnot, d) a Wobbeho čísel (Ws) uvedené v tabulce 1 byly vypočteny programem MANAGAS 3.0.1, TPG 90201 [8]. Význam a definice Wobbeho čísla je uvedena dále v kapitole 4.
| Typ ZP/parametr | Ruský HPS Brandov | Ruský HPS HSK | Ruský HPS Lanžhot | Ruský H | Ruský 2000 | Norský H | Rozvadov 1/2023 | Rozvadov 11/2023 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Literární zdroj | [1] | [1] | [1] | [2] | [3] | [2] | [4] | [4] |
| Označení ZP | ZP1 | ZP2 | ZP3 | ZP4 | ZP5 | ZP6 | ZP7 | ZP8 |
| Metan [mol. %] | 96.49 | 97,276 | 96,56 | 96,96 | 98,359 | 88,71 | 90,876 | 91,873 |
| Etan [mol. %] | 2,742 | 1,414 | 1,769 | 1,37 | 0,508 | 6,93 | 5,33 | 4,817 |
| Propan [mol. %] | 0,169 | 0,346 | 0,556 | 0,45 | 0,151 | 1,25 | 1,005 | 0,908 |
| i-Butan [mol. %] | 0,048 | 0,055 | 0,066 | 0 | 0,021 | 0 | 0,157 | 0,164 |
| n-Butan [mol. %] | 0,025 | 0,051 | 0,089 | 0,15 | 0,029 | 0,26 | 0,15 | 0,141 |
| i-Pentan [mol. %] | 0,005 | 0,009 | 0,017 | 0 | 0,006 | 0 | 0,032 | 0,035 |
| N-Pentan [mol. %] | 0,004 | 0,006 | 0,012 | 0,02 | 0,01 | 0,05 | 0,023 | 0,022 |
| n-Hexan [mol. %] | 0,11 | 0,007 | 0,005 | 0,01 | 0,005 | 0,02 | 0,041 | 0,045 |
| Oxid uhličitý [mol. %] | 0,341 | 0,094 | 0,145 | 0,18 | 0,066 | 1,94 | 1,194 | 0,922 |
| Dusík [mol. %] | 0,345 | 0,742 | 0,759 | 0,86 | 0,843 | 0,82 | 1,193 | 1,073 |
| Hs [kWh/m3]1) | 10,661 | 10,606 | 10,681 | 10,811 | 10,483 | 11,042 | 10,934 | 10,919 |
| d [–]1) | 0,5751 | 0,571 | 0,5767 | 0,874 | 0,5641 | 0,6285 | 0,6136 | 0,6072 |
| Ws [kWh/m3]1) | 14,058 | 14,036 | 14,064 | 14,006 | 13,658 | 13,928 | 13,956 | 14,013 |
| Poznámka: 1) vztažné podmínky: tref = 15 °C, pref = 101,325 kPa | ||||||||
3. Požadavky na vlastnosti plynu
Vlastnosti a složení plynných paliv s vysokým obsahem metanu, která jsou dodávána distribuční sítí konečným zákazníkům v ČR, jsou limitovány Vyhláškou Ministerstva průmyslu a obchodu České republiky č. 289/2013 Sb., kterou se mění vyhláška č. 108/2011 Sb., o měření plynu a o uskladňování, neoprávněné přepravě nebo neoprávněné distribuci plynu [9] (viz tabulka 2). Kvalitativní parametry zemního plynu jsou dále součástí řádů provozovatelů přepravní soustavy (TSO), distribuční soustavy (DSO), uskladnění plynu (SSO), resp. jednotlivých firem, které do této struktury náležejí. V tabulce 2 je uveden výčet parametrů z Řádu provozovatele přepravní soustavy (TSO), firmy NET4GAS [10], parametry převzaté z Řádu provozovatelů distribuční soustavy (DSO), firmami EG.D [11] a GasNet [12] a požadavky předložené Evropskou asociací pro zefektivnění výměny energií v plynu – EA-SEE-gas [13], která usiluje o sjednocení kvalitativních parametrů zemních plynů v rámci Evropského trhu.
Z Tabulky 2 vyplývá, že rozsahy pro hodnoty Wobbeho čísel (Ws), spalných tepel (Hs), výhřevností (Hi) a relativních hustot (d) jsou v rámci požadavků zmíněných předpisů identické s výjimkou požadavků EASEE-gas. V případě složení jsou požadavky rozdílné, konkrétně v případě etanu, kde Vyhláška č. 289/2013 Sb. uvádí max. hodnotu 7 % mol., řády provozovatelů TSO a DSO pak 9 % mol. U obsahu vyšších uhlovodíků než propan je ve shodě ŘP TSO s Vyhláškou, ŘP DSO toleruje vyšší max. obsahy. Další podstatné odlišnosti se vyskytují u obsahu dusíku, kyslíku a vody, resp. teploty rosného bodu vody. U nedefinovaných parametrů je uvedena zkratka „n.d.“
| Parametr | Jednotka | Vyhl.289/2013 Sb. [9] | ŘP TSO [10] | ŘP DSO [11, 12] | EASEE-gas [13] |
|---|---|---|---|---|---|
| Obsah CH4 | % mol. | min. 85,0 | min. 85,0 | min. 85,0 | – |
| Teplota rosného bodu vody | °C | −7 °C (4 MPa) | −7 °C (4 MPa) | −7 °C (4 MPa) | −8 °C (7 MPa) |
| Teplota rosného bodu uhlovodíků | °C | max. teplota zeminy | 0 °C | Max. 2 °C pod t zeminy při provozním p | −2 °C (0,1 ÷ 7 MPa) |
| C2H6 | % mol. | max. 7,0 | max. 9,0 | max. 9,0 | n.d. |
| C3H8 | % mol. | max. 3,0 | max. 3,0 | max. 4,0 | n.d. |
| C4H10 | % mol. | max. 2,0 | max. 2,0 | max. 4,0 | n.d. |
| C5H12 a vyšší | % mol. | max. 0,5 | max. 0,5 | max. 3,5 | n.d. |
| O2 | % mol. | max. 0,02 | max. 0,02 | max. 0,5 | max. 0,01 |
| CO2 | % mol. | max. 3,0 | max. 3,0 | max. 5,0 | max. 2,5 |
| N2 | % mol. | max. 5,0 | max. 5,0 | max. 10,0 | n.d. |
| Inerty (N2 a CO2) | % mol. | max. 8,0 | n.d. | max. 10,0 | n.d. |
| Scelk | mg/m3 | max. 30,0 | max. 30,0 | max. 30,0 | max. 5,0 |
| R-SH (bez odorantů) | mg/m3 | max. 5,0 | max. 5,0 | max. 5,0 | max. 6,0 |
| H2S (bez odorantů) | mg/m3 | max. 6,0 | max. 6,0 | max. 6,0 | n.d. |
| Ws1) | kWh/m3 | 12,7 ÷ 14,5 | 12,7 ÷ 14,5 | 12,7 ÷ 14,5 | 12,9 ÷ 15,0 |
| Hs1) | kWh/m3 | 9,4 ÷ 11,8 | 9,4 ÷ 11,8 | 9,4 ÷ 11,8 | n.d. |
| Hi1) | kWh/m3 | 8,4 ÷ 10,6 | n.d. | 8,4 ÷ 10,6 | n.d. |
| d1) | – | 0,56 ÷ 0,70 | 0,56 ÷ 0,70 | 0,56 ÷ 0,70 | 0,555 ÷ 0,70 |
| Mlha, prach, kondenzáty | – | prostý | prostý | prostý | – |
| Poznámka: 1) vztažné podmínky: tref = 15 °C, pref = 101,325 kPa, v případě EASEE-gas byly hodnoty přepočteny dle ISO6976:2016 [17] | |||||
4. Význam Wobbeho čísla pro záměnu zemních plynů
Wobbeho číslo (Ws ) je poměr spalného tepla a odmocniny z relativní hustoty zemního plynu, která bývá označována též jako poměrná hustota či hutnota. Dolní index s je zkratkou slova superior, které odkazuje ke spalnému teplu, z něhož bylo Wobbeho číslo dle následujícího vzorce vypočteno:
kde je
- Hs
- spalné teplo [MJ.m−3], případně [kWh.m−3],
- Ws
- Wobbeho číslo [MJ.m−3], případně [kWh.m−3],
- d
- relativní hustota [–],
kde je
- ρzp
- hustota zemního plynu (kg.m−3),
- ρvz
- hustota vzduchu (kg.m−3).
Wobbeho číslo vyjadřuje podmínku zachování tepelného příkonu spotřebiče při záměně plynu a je základním kriteriem záměnnosti zemních plynů při změně jejich kvality. Pro úspěšnou záměnu zemních plynů je nutné, aby Wobbeho čísla zaměňovaných plynů byla blízká. [14]
5. Obrazec záměnnosti zemních plynů
Obrazec záměnnosti zemních plynů v souřadnicích Hs (spalné teplo zemního plynu) a d (relativní hustota zemního plynu) uvedený na obrázku 1 znázorňuje oblast záměnnosti. Navzájem záměnné jsou pak zemní plyny, jejichž průsečíky Hs a d leží uvnitř této oblasti, která je vymezena minimálními a maximálními hodnotami Wobbeho čísel, interval <Ws min ; Ws max> a relativních hustot, interval <dmin ; dmax>. Obrazec záměnnosti je charakteristikou plynového spotřebiče nebo skupiny spotřebičů. Především se jedná o domácí spotřebiče vybavené nízkotlakými ejekčními hořáky, které nejsou odkouřené, a proto v případě nesprávné konstrukce hořáků představují bezpečnostní riziko pro jejich uživatele. V roce 2000 byl řešen výzkumný úkol, který měl stanovit záměnnost zemních plynů u tzv. „kritických“ domácích spotřebičů, tj. především starých spotřebičů, původně konstruovaných pro spalování svítiplynu, přestavěných pro spalování zemního plynu, ale i spotřebičů, které již byly pro spalování zemního plynu výrobcem konstruovány. Cílem úkolu bylo stanovení dovoleného rozsahu hodnot Wobbeho čísel zemních plynů pro bezpečný a hospodárný provoz domácích plynových spotřebičů. [6, 15]
Na základě výsledků experimentálního ověření rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel pro plynové spotřebiče, které v roce 2000 byly, a nelze vyloučit, že některé z nich stále ještě jsou, používány v domácnostech v ČR, je možno v těchto spotřebičích bez jakékoliv jejich úpravy spalovat zemní plyny s tímto rozsahem Wobbeho čísel:
(Ws)max = 52,2 MJ.m−3 = 14,5 kWh.m−3 (15 °C; 101 325 Pa)
Obr. 1 Obrazec záměnnosti zemních plynů stanovený z výsledků experimentálního ověření rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel pro domácí plynové spotřebiče, referenční podmínky t = 15 °C, P = 101 325 Pa
V levé části diagramu na obrázku 1 je obrazec záměnnosti ohraničen svislou přímkou odpovídající hodnotě relativní hustoty d = 0,55 a v pravé části svislou přímkou odpovídající hodnotě d = 0,67. Tyto hodnoty jsou zvoleny proto, že plyny s poměrnými hustotami menšími než d = 0,55 a většími než d = 0,67 nejsou již reálné zemní plyny, přicházející v úvahu pro spalování v domácích spotřebičích, používaných v ČR. Rovněž plyny, jejichž poloha v obrazci záměnnosti spadá do části ohraničené přerušovanou čarou, resp. do trojúhelníku vymezeného vrcholy se souřadnicemi d [–]; Hs [MJ.m−3]: A(0,55; 37,70), B(0,605; 35,55), C(0,55; 33,89), nejsou reálné zemní plyny.
V souřadnicích Hs – d je na obrázku 1 vyznačena poloha jednotlivých zemních plynů uvedených v tabulce 1.
Výsledky výzkumu prokázaly, že domácí plynové spotřebiče umožňují spalovat všechny zemní plyny skupiny H, které spadají do oblasti ohraničené v obrazci záměnnosti na obrázku 1, což se týká všech zemních plynů uvedených v tabulce 1.
6. Zkapalněný zemní plyn
![Obr. 2 Složení evropského potrubního plynu (hnědé značky), LNG dodávky do EU (zelené značky) a ostatní LNG (tmavé značky) [16]](/docu/clanky/0252/025237o5.png)
Obr. 2 Složení evropského potrubního plynu (hnědé značky), LNG dodávky do EU (zelené značky) a ostatní LNG (tmavé značky) [16]
Pro získání LNG musí být ze zemního plynu odstraněna většina inertních látek, což znamená, že LNG se skládá prakticky z metanu, etanu, propanu a butanů. V důsledku tohoto odstranění inertů obsahuje LNG více energie na jednotku množství než původní zemní plyn. LNG tak lze považovat za kvalitnější palivo než potrubní zemní plyn. V současné době je tato skutečnost značně podceňována, přinejmenším v Evropě, a LNG je vnímán hlavně jako logistický koncept, nikoli jako koncept produktu (paliva). Na podporu výše uvedených zjištění jsou na obrázku 2 uvedeny rozdíly mezi chemickým složením potrubního plynu a LNG dodávaného do EU z různých zdrojů. Na ose x je uveden obsah inertů (N2 a CO2), na ose y pak obsah uhlovodíků C2+ , tedy vyšších než metan. Seskupení různých dodávek LNG vpravo dole na grafu je velmi výrazné. Naopak dodávky z plynovodů jsou spíše na levé straně grafu, což ukazuje na nižší čistotu ve srovnání s čistým metanem (pravý horní roh). Celkově tyto skutečnosti podporují rozlišení mezi LNG a „chudším“ potrubním plynem. Ruský plyn tvoří samostatnou střední skupinu a jeho kvalitu lze považovat za vyšší než u jiných dodávek potrubního plynu a některých dodávek LNG. [16]
![Obr. 3 Fyzikální vlastnosti evropského potrubního plynu a LNG [16]](/docu/clanky/0252/025237o7.png)
Obr. 3 Fyzikální vlastnosti evropského potrubního plynu a LNG [16]
Klíčové fyzikální vlastnosti zemního plynu, konkrétně spalné teplo, Wobbeho číslo a relativní hustota jsou porovnány na obrázku 3. LNG s vyšším Wobbeho číslem tvoří skupiny, které jsou zřetelně oddělené od typických potrubních dodávek v Evropě. LNG je tedy spojen se zjevně vyšší energetickou hodnotou (na obrázku 3 více vpravo = vyšší spalné teplo (Gross Calorific Value), více nahoře = vyšší Wobbeho číslo (Wobbe index)). [16]
![Obr. 4 Fyzikální vlastnosti potrubního plynu a LNG pro motor (velikost bublinek vyjadřuje rozdíly v spalném teple). Pravá osa označuje oktanové číslo motoru odpovídající metanovému číslu) [16]](/docu/clanky/0252/025237o9.png)
Obr. 4 Fyzikální vlastnosti potrubního plynu a LNG pro motor (velikost bublinek vyjadřuje rozdíly v spalném teple). Pravá osa označuje oktanové číslo motoru odpovídající metanovému číslu) [16]
Zavedení nových dodávek, dodavatelů a vstupních míst změní tradiční vzorce proudění a mísení ve stávajících plynových sítích v EU. V mnoha částech Evropy může kvalita a složení kolísat v širším rozsahu. Je také možné, že některé dodávky LNG budou v blízkosti mezí specifikace. Problém, kterému čelí řada zemí v Evropě a ve světě, je, jak řídit a kontrolovat výkyvy v kvalitě plynu, aby byla zajištěna bezpečnost dodávek plynu za přiměřenou cenu. Jak je vidět na obrázku 3, ruský plyn tvoří samostatnou skupinu s úzkým rozpětím hodnot parametrů, s Wobbeho číslem, které je o něco bližší LNG než u jiných evropských plynů. Vzhledem k očekávanému růstu dodávek LNG vyšší čistota a spalné teplo může představovat tržní příležitost a výhodu. Wobbeho a metanové číslo jako ukazatele výkonu motoru jsou porovnány na obrázku 4. Většina dodávek LNG tvoří poměrně kompaktní skupinu, zatímco potrubní plyny jsou poměrně rozptýlené kromě plynů ruských a nizozemských. To znamená, že LNG si může udržet relativně stálou kvalitu vyšší, než je průměrná pro potrubní plyny. Stabilní a dobře definovaná kvalita paliva je podmínkou pro správný chod (tj. s nízkou spotřebou paliva a emisemi) moderních spalovacích motorů. LNG nabízí další výhodu oproti potrubnímu plynu, pokud se používá jako palivo pro automobily – LNG lze dodávat silničními nákladními vozidly přímo do rozsáhlé sítě čerpacích stanic. [16]
Byla provedena řada studií o vlivu složení plynu na chod různých domácích a průmyslových odběrných plynových zařízení. Tyto studie dospěly k závěru, že přístroje byly obvykle optimalizovány z hlediska účinnosti a emisí na kvalitu plynu, který byl obvykle dodáván.
Proměnlivá kvalita plynu má obecně nepříznivý dopad na provoz zařízení. Spalování regazifikovaného LNG je možné ve všech typech zařízení a může být tak účinné a málo znečišťující, pokud je spalovací zařízení seřízeno na kvalitu LNG. Udržování optimálního spalování v širokém rozsahu kvality plynu je výzvou. Potenciální nevýhody regazifikovaného LNG při použití v zařízeních optimalizovaných pro potrubní plyn jsou shrnuty v tabulce 3. Výrobci průmyslových a domácích spotřebičů však také reagovali na vstup LNG na trh a neustále pracují na jeho bezpečném a účinném využívání. Zavedené trhy s LNG v Evropě (Francie, Španělsko, Itálie, Belgie) jsou schopny přijímat LNG různých kvalit díky moderním spotřebičům s malou citlivostí na Wobbeho číslo. Dodávky LNG s extrémními parametry mohou být buď smíchány s jinými, nebo jako v Itálii dále zpracovány tak, aby odpovídaly požadovaným specifikacím. V zemích, kde převažují dodávky potrubím (USA, UK) a kde je kvalita plynu definována kvalitou historicky dodávaného potrubního plynu, bude LNG nevyhnutelně potřebovat úpravu, která zřejmě zahrnuje úpravu složení plynu, před tím, než je regazifikovaný LNG dodán do zařízení seřízeného na chudší zemní plyn. [16]
| Aplikace | Problém | Možné důsledky |
|---|---|---|
| Domácí spotřebiče (kotle, vodní ohřívače, sporáky, krby atd.) |
|
|
| Průmyslové hořáky |
|
|
| Turbíny/mikroturbíny |
|
|
| Pístové motory |
|
|
| Palivové články (FC) |
|
|
| Neenergetické využití (chemické suroviny) |
|
|
Specifikace kvality LNG dosud nebyla považována za strategickou referenci pro rozvoj trhu se zkapalněným zemním plynem, protože stavby zkapalňovacího i regazifikačního zařízení byly založeny na dlouhodobých smlouvách. Flexibilita konstrukce a provozu zařízení je proto omezená. Situace se však postupně mění s tím, jak se celosvětově zvyšuje obchod s LNG, což má za následek, že záměnnost LNG se stává zásadní otázkou jak pro dodavatele, tak pro odběratele. Přestože dodatečné zpracování zvyšuje náklady na dodaný LNG, počet dovozních terminálů LNG, které se v současné době staví nebo rozšiřují, potvrzuje, že tento typ zpracování je komerčně atraktivní, protože se při něm umožňuje přijímat prakticky jakoukoli kvalitu LNG. Ostatní země (Francie a Polsko) plánují převod svých dosavadních sítí pro distribuci plynu s nízkou výhřevností na sítě s vysokou výhřevností, aby se odstranily překážky pro používání LNG. A konečně přípustné odchylky v kvalitě LNG by mohly určit množství flexibilního dovozu odkudkoli do EU. S rostoucím využíváním LNG země, které jej nemohou odpařovat přímo do své sítě, budou muset LNG upravovat na parametry své sítě. Připravované specifikace plynu budou s největší pravděpodobností odpovídat kvalitě LNG, pokud nejsou omezeny kvalitou místních dodávek plynu. Velcí průmysloví odběratelé pak mohou vybavit své provozy pro přímé využití LNG, aby si zajistili alternativní dodávky k lokálním sítím. Taková strategie již byla úspěšně realizována u POSCO, pátého největšího výrobce oceli na světě. Kromě provozu vlastního LNG terminálu POSCO vyrábí elektřinu ve svém vlastním zařízení na LNG. V současné době chemický a petrochemický průmysl nemůže těžit z přímého použití LNG. Nicméně, z LNG může být získáván kondenzát (natural gas liquid, NGL) a dodáván do petrochemického průmyslu, jako v Dahej (Indie). Menší přímí odběratelé LNG by si však, na rozdíl od velkých, pravděpodobně museli zajistit záložní dodávky potrubím. [16]
6.1 Obrazec záměnnosti LNG
Import LNG do ČR je realitou a je třeba se zabývat jeho dopady na spotřebiče, tedy jeho záměnností. V tabulce 4 jsou uvedena složení LNG od světových producentů [17] a jejich vlastnosti, které byly dopočteny podle ISO 6976 [18].
| LNG č. | Zdroj | Metan [% mol.] | Etan [% mol.] | Propan [% mol.] | C4+ [% mol.] | Dusík [% mol.] | Ws [kWh/m3] | Hs [kWh/m3] | d [–] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Austrálie – NWS | 87,33 | 8,33 | 3,33 | 0,97 | 0,04 | 14,86 | 11,906 | 0,6423 |
| 2 | Austrálie – Darwin | 87,64 | 9,97 | 1,96 | 0,33 | 0,1 | 14,72 | 11,663 | 0,6278 |
| 3 | Alžír – Skikda | 91,4 | 7,35 | 0,57 | 0,05 | 0,63 | 14,35 | 11,114 | 0,5995 |
| 4 | Alžír – Bethioua | 89,55 | 8,2 | 1,3 | 0,31 | 0,64 | 14,49 | 11,357 | 0,6147 |
| 5 | Alžír – Arzew | 88,92 | 8,42 | 1,58 | 0,37 | 0,71 | 14,51 | 11,425 | 0,6196 |
| 6 | Brunej | 90,12 | 5,34 | 3,02 | 1,48 | 0,04 | 14,77 | 11,740 | 0,6322 |
| 7 | Egypt – Idku | 95,31 | 3,58 | 0,74 | 0,35 | 0,02 | 14,36 | 10,976 | 0,5847 |
| 8 | Egypt – Damietta | 97,25 | 2,49 | 0,12 | 0,12 | 0,02 | 14,22 | 10,738 | 0,5699 |
| 9 | Indonésie – Badak | 90,14 | 5,46 | 2,98 | 1,41 | 0,01 | 14,76 | 11,729 | 0,6312 |
| 10 | Libye | 81,39 | 12,44 | 3,51 | 0,64 | 2,02 | 14,66 | 11,975 | 0,6675 |
| 11 | Malajsie – Bintulu | 91,69 | 4,64 | 2,6 | 0,93 | 0,14 | 14,61 | 11,477 | 0,617 |
| 12 | Nigérie | 91,7 | 5,52 | 2,17 | 0,58 | 0,03 | 14,59 | 11,409 | 0,6115 |
| 13 | Norsko | 92,03 | 5,75 | 1,31 | 0,45 | 0,46 | 14,43 | 11,215 | 0,6041 |
| 14 | Omán | 90,68 | 5,75 | 2,12 | 1,25 | 0,2 | 14,65 | 11,559 | 0,6227 |
| 15 | Peru | 89,06 | 10,26 | 0,1 | 0,01 | 0,57 | 14,45 | 11,268 | 0,6083 |
| 16 | Katar | 90,91 | 6,43 | 1,66 | 0,73 | 0,27 | 14,56 | 11,411 | 0,6142 |
| 17 | Rusko – Sachalin | 92,54 | 4,47 | 1,97 | 0,95 | 0,07 | 14,57 | 11,377 | 0,61 |
| 18 | Trinidad | 96,78 | 2,78 | 0,37 | 0,06 | 0,01 | 14,25 | 10,787 | 0,5729 |
| 19 | USA – Aljaška | 99,7 | 0,09 | 0,03 | 0,01 | 0,17 | 14,06 | 10,491 | 0,5564 |
| 20 | Jemen | 93,17 | 5,92 | 0,77 | 0,12 | 0,02 | 14,43 | 11,112 | 0,593 |
| Poznámka: 1) vztažné podmínky: tref = 15 °C, pref = 101,325 kPa | |||||||||
Obr. 5 Obrazec záměnnosti LNG v ověřeném rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel pro domácí plynové spotřebiče, referenční podmínky t = 15 °C, P = 101 325 Pa
Na obrázku 5 je uveden obrazec záměnnosti pro vzorky LNG z tabulky 4. Je z něj patrné, že všechna Wobbeho čísla jsou soustředěna v blízkosti horní meze povolených Ws = 52,2 MJ.m−3 (14,5 kWh.m−3), z toho 10 vzorků plynu leží nad touto mezí. Tento fakt je vyjádřením obecně vyšších hodnot spalných tepel LNG oproti potrubním plynům, což vyplývá z vyšších požadavků na úpravu plynu před zkapalněním. Tato vyšší kvalita není sama o sobě výhodou, protože vyvolává potřebu dodatečné standardizace spalného tepla po odpaření LNG a před jeho distribucí.
7. Aktuální situace v ČR
Na základě dostupných údajů je možné předpokládat, že zemní plyn distribuovaný v ČR od jara 2022 je směsí norského plynu a LNG. Jeho složení je formou dvou vzorků (ZP7 a ZP8) uvedeno v tabulce 1. Pokud bychom chtěli zjistit směšovací poměr původních ZP a LNG, u nichž ani u jednoho nevíme složení, je možné využít předpokladu, že LNG neobsahuje CO2. Druhý předpoklad, z něhož zde vyjdeme, je složení norského zemního plynu z tabulky 1. Pak by směšovací poměr ZP/LNG = 1,6/1, tedy 61,5/38,5 %.
Složení LNG by pak mělo být: 94,34 % mol. CH4, 2,77 C2H6, 0,613 C3H8, 0,487 C4+ (dopočet do 100 %) a 1,79 % N2.
Tomuto LNG neodpovídá žádné složení z tabulky 4. Vzhledem k nejistému složení norského ZP se jedná jen o hrubý odhad a uvedení možnosti bilančního výpočtu, který dá odpovídající výsledky dle nejistot vstupních údajů.
Dne 19. 1. 2023 zahájila firma NET4GAS projednání změny kvality plynu dodávaného do České republiky formou veřejné konzultace změny Řádu provozovatele přepravní soustavy, v němž navrhuje úpravu maximální hodnoty Wobbeho indexu z aktuálně platné 14,5 na 14,9 kWh/m3 (vztaženo na normální podmínky t = 15 °C a p = 1,01325 bar). Jako důvody k tomuto kroku zmiňuje stávající geopolitickou situaci a zastavení dodávek ruského plynu do Německa v průběhu roku 2022. Klíčovým zdrojem plynu pro zajištění bezpečnosti dodávek do střední a východní Evropy, včetně České republiky, se stává zkapalněný zemní plyn (LNG), pro jehož příjem již bylo či v blízké době bude na německou plynárenskou infrastrukturu připojeno několik plovoucích terminálů (FSRU). V závěru prosince 2022 pak došlo ke zprovoznění FSRU terminálu v přístavu Lubmin, kdy LNG přicházející do Německa prostřednictvím tohoto terminálu bude díky následnému přímému propojení plynovody OPAL a EUGAL přiváděn přímo na česko-německou hranici. Vzhledem k předpokládanému většímu počtu dodavatelů LNG bude kvalita plynu dodávaného do Německa z jednotlivých zdrojů LNG ve světě různorodá a byly identifikovány možné problémy se splněním českých požadavků na kvalitu plynu. [19]
Na základě hodnot Wobbeho čísel vzorových LNG uvedených v tabulce 4 a na obrázku 5 je možné předpokládat, že navržená hodnota Wobbeho čísla 14,9 kWh/m3 by umožnila k pokrytí spotřeby zemního plynu v ČR využití zde uvažovaných vzorků LNG. Ze stejného důvodu by bylo vhodné zvýšit limitní hodnoty uváděné pro výhřevnost a spalné teplo, v případě výhřevnosti z 10,6 na 10,8 kWh/m3, pro spalné teplo pak z 11,8 na 11,95 kWh/m3.
Pro obhajobu navržené změny rozsahu Wobbeho čísla je možné doporučit experimentální ověření v rozsahu zkoušek, které proběhly v roce 2000 – viz literární odkazy [6 a 15].
Alternativním řešením k úpravě kvalitativních parametrů zemního plynu může být úprava hodnoty Wobbeho čísla, resp. spalného tepla a výhřevnosti ředění plynu dusíkem. Jako levnější by mohla vyjít varianta ředění vzduchem, což však nelze provést vzhledem k překročení limitního obsahu kyslíku 0,02 % mol. Pokud by bylo třeba snížit hodnotu Wobbeho čísla na hodnotu 14,5 kWh/m3, tak na příkladu vzorku LNG č. 1, tedy z australského NWS, stačilo by k požadovanému snížení Ws ředění na obsah 2 % mol. N2.
8. Závěr
Dobrou zprávou pro současnou situaci plynárenské soustavy ČR související s omezením dodávek ruského plynu je nalezené řešení s využitím dodávek z alternativních zdrojů, zejména LNG. Pokud by dovážený zemní plyn přesahoval kvalitativní parametry stávajících legislativních, technických nebo smluvních požadavků, je možné plyn na tyto požadavky upravit nebo tyto požadavky změnit. První možnost je spojená s investicemi do technologie na kvalitativní úpravu plynu, kdy se jeví jako optimální řešení využití ředění plynu dusíkem. Za úvahu stojí varianta dotované náhrady starých domácích spotřebičů zmíněných ve studii z roku 2000 [6], které prošly záměnou ze systému svítiplynu na zemní plyn.
doc. Ing. Václav Koza, CSc. (*1946)
Absolvoval fakultu automatizace a ekonomiky VŠCHT v Praze v roce 1970. V r. 1976 obhájil kandidátskou práci z chemického inženýrství a v r. 1991 se v témže oboru habilitoval. Působil na katedře chemického inženýrství VŠCHT. Od r. 2002 do r. 2017 pracoval v Ústavu plynárenství, koksochemie a ochrany ovzduší VŠCHT.
Dr. Ing. Libor Čapla (*1969)
Vystudoval obor chemické a energetické zpracování paliv na VŠCHT Praha, kde do roku 2005 působil jako odborný asistent. Od roku 2006 pracuje ve skupině RWE, nyní v RWE Gas Storage CZ, s.r.o., kde se věnuje návrhům technických parametrů nadzemních technologií v rámci rozvojových projektů podzemních zásobníků plynu.
Literatura
- internetová stránka: https://www.net4gas.cz/cz/o-spolecnosti/historie/, 4. 2. 2023.
- Zpráva o bezpečnosti dodávek zemního plynu za rok 2009, Ministerstvo průmyslu a obchodu ČR, Praha 2010.
- Zandiri S., Ferrera M.: Report on gas composition range in Europe DB0.1, INGAS 10/2008.
- Altfeld K., Schley P.: Development of natural gas qualities in Europe, GWF International, 2/2011.
- internetová stránka: http://extranet.net4gas.cz/caloricity.aspx ze dne 22. 11. 2014.
- Fík J., Žahourek J., Čapla L.: Stanovení rozsahu dovolených hodnot Wobbeho čísel zemních plynů. Závěrečná zpráva výzkumného úkolu RWE Transgas, Praha 2000.
- internetová schránka: https://www.gasnet.cz/pro-obchodniky-a-odberatele/technicke-informace-o-plynu/kvalita-plynu, 4. 2. 2023
- Výpočetní program MANAGAS 3.0.1 TPG 90201, M. Havlát 2006.
- Vyhláška č. 289/2013 Sb. Ze dne 12. 9. , Ministerstvo průmyslu a obchodu České republiky.
- internetová stránka: https://www.net4gas.cz/files/smlouvy/cz/20230215_rad-pps_final_cj.pdf ze dne 15. 2. 2023.
- internetová stránka: https://www.gasnet.cz/pro-obchodniky-a-odberatele/legislativa-a-ceniky/rad-pds ze dne 9. 2. 2023.
- internetová stránka: https://www.egd.cz/sites/default/files/2022-11/rad_pds_egd_1122.pdf ze dne 9. 2. 2023.
- EASEE-gas Common Business Practice, Harmonisation of Natural Gas Quality, Paris 2005-001/01.
- Fík J.: Zemní plyn (Tabulky, diagramy, rovnice, výpočty), ČSTZ, Praha 2006.
- Fík J., Žahourek J., Čapla L: Kvalitativní parametry zemních plynů pro bezpečný hospodárný provoz domácích plynových spotřebičů, Plyn XCV, 2015, str. 80–87.
- Kovalov B., Petrič H., Georgakaki A.: Liquefied Natural gas for Europe – Some Important Issues for Consideration, JRC European Commission, Report EUR 23818 EU, 2009.
- Kuczynski S., Laciak M., Szurlej A., Wlodek T.: Impact of Liquefied Natural Gas Composition Changes on Methane Number as a Fuel Quality Requirement, Energies 2020, 13, 5060, 21 p.
- [ISO 6976 – Natural gas – Calculation of calorific values, density, relative density and Wobbe index from composition, Geneve 2016.
- Změna kvality plynu dodávaného do České republiky a veřejná konzultace změny Řádu provozovatele přepravní soustavy (net4gas.cz).
The composition of natural gas in the Czech distribution system, or the Czech part of the former Czechoslovak system, has not changed too much over time to date. Almost all of the gas was that supplied from the former Soviet Union and, following its disintegration, from Russia mainly to western European countries and met their requirements. The situation completely changed in 2022 when gas supply from Russia to the EU was reduced and large quantities were replaced with LNG. In this context, the contribution discusses the changes in the composition of the natural gas distributed in the Czech Republic.
