Erdgasspeicher Norddeutschlands verborgene Energiereserven. Die Erdgasspeicher der E.ON Hanse AG
Kein Grund zur Sorge: Der Norden wird gut versorgt. Die Vorstellung, heutzutage bei Wintertemperaturen in den eigenen vier Wänden zu frieren, scheint uns abwegig, denn die Versorgung mit Energie gehört zu den Selbstverständlichkeiten unseres Alltags. Wir möchten uns zu jeder Tageszeit ausreichend versorgt wissen und zu keiner Jahreszeit auf Energie verzichten, die wir in unserem täglichen Leben benötigen. Erdgas wird in Deutschland überwiegend zum Heizen genutzt. Aufgrund der jahreszeitlichen Temperaturunterschiede und des unterschiedlichen Energieverbrauchs an Werktagen und an Wochenenden differieren die täglichen Abnahmen ganz erheblich. So beträgt die stündliche Gasabgabemenge an einem kalten Wintertag bis zum 25-fachen eines Sommertages. Die Erdgasproduzenten sind aus technischen und wirtschaftlichen Gründen bestrebt, die Gasförderung über das Jahr konstant zu halten. Im Gegensatz dazu schwankt der Gasverbrauch über das Jahr erheblich. Diese Situation macht die Notwendigkeit deutlich, Erdgas zu speichern. Die überschüssigen Gasmengen im Sommer werden zur Deckung der Bedarfsspitzen im Winter benötigt. Wir als E.ON Hanse unterhalten in Hamburg-Reitbrook und in Kraak, in der Nähe von Schwerin in Mecklenburg-Vorpommern, zwei leistungsfähige Erdgasspeicher. Darüber hinaus besteht eine Kooperation mit den Stadtwerken Kiel, die in Kiel-Rönne einen Speicher betreiben. Diese Erdgasspeicher stellen wir Erdgasvertriebsgesellschaften zur Verfügung, die dort Mengen zwischen lagern, damit auch bei Verbrauchsspitzen genügend Erdgas bereit steht.
Zwei Techniken - ein Ziel Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Verfahren, das Erdgas unterirdisch zu speichern. Zum einen gibt es Porenspeicher, die aus porösem Gestein bestehen und, ähnlich wie ein Schwamm, das Gas in ihren Poren aufnehmen. E.ON Hanse betreibt diese Art Speicher in Hamburg-Reitbrook. In Kraak hingegen unterhält E.ON Hanse einen Kavernenspeicher. Im Kavernenspeicher (Salzstockspeicher) wird das Gas in unterirdische Hohlräume gedrückt, die durch den Abbau von Salz entstanden sind. Durch die umhüllende Salzschicht kann kein Gas entweichen. Der Porenspeicher: Schicht für Schicht in Jahrmillionen. Die Struktur der Gesteinsschichten in Reitbrook bildete sich als Folge eines aufsteigenden Salzstocks heraus. Die Schichten, die sich in der Zeit des Juras vor 200 Millionen Jahren gebildet hatten, wurden dabei durchbrochen und zur Seite gedrängt. Die darüber liegende, bis ca. 0 Meter mächtige Kalkkreideschicht wurde aufgewölbt. Weitere Schichten der verschiedenen Erdzeitalter werden von einer rund 75 Meter mächtigen Tonschicht (Septarienton) nach oben abgedichtet. Daran schließen sich weitere Schichten der Erdgeschichte an. Der Kavernenspeicher: Hohlräume unter der Erde. Im Gegensatz zu einem Porenspeicher wie in Reitbrook wird das Erdgas in einem Kavernenspeicher im Salzstock wie in einem unterirdischen Tank gespeichert. Mit Wasser, das von der Erdoberfläche in die Bohrung eingespült wird, lassen sich große Hohlräume aussolen, aus denen wegen der dichten Struktur des Salzes kein Gas entweichen kann. Über dieselbe Bohrung, über die eine Kaverne gesolt wurde, kann diese später mit Gas befüllt oder geleert werden.
Wie aus einem Erdölfeld ein Gasspeicher wird Der Erdgasspeicher Hamburg-Reitbrook. Am Anfang stand eine Bohrung nach Wasser - was man allerdings im Jahre 1910 südöstlich von Hamburg in einer Teufe (bergmännisch für Tiefe) von 247 m fand, war ein unvermutetes Gasvorkommen. Rund 172 Mio. m³ Gas wurden hier im Laufe der Jahre gefördert, bis man das Gebiet zwischen 196 und 1947 auf der Suche nach Erdöl erschloss. Eine Zeitlang war es sogar Deutschlands wichtigstes Erdölfeld. Die damaligen Bohrungen erbrachten nebenbei einen detaillierten Aufschluss über die Geologie des Geländes und es stellte sich heraus, dass Reitbrook alle Voraussetzungen für den Betrieb eines Erdgas-Untergrundspeichers erfüllte, speziell für den Betrieb eines Porenspeichers. Ideale Voraussetzungen für einen Porenspeicher. Ölförderung und Gasproduktion haben über die Jahre den Druck der Lagerstätte Reitbrook systematisch gesenkt. Dies war eine planmäßige Vorbereitung auf die Einpressung von Erdgas aus externen Fördergebieten im Jahr 197. Durch die Einpressung von Gas wird das Wasser aus den Porenräumen verdrängt und so eine künstliche Gaslagerstätte geschaffen. Bei der Entnahme schiebt das verdrängte Wasser dann das Gas zu den Bohrungen. Hauptlagerstätte von Reitbrook sind die Öl führenden Kreide mit einer maximalen Mächtigkeit (Dicke) der ölhaltigen Zone von 70 bis 100 Metern. Ihre poröse, Wasser führende Struktur macht diese Schichten am oberen Rand der Kreideformation für den Speicherbetrieb so unentbehrlich. Gas ist nicht gleich Gas. Bei Porenspeichern erfüllt das Speichergas unterschiedliche Funktionen: Ein Teil des Gases, das so genannte Kissengas, dient als Druckpuffer bzw. dazu, das Lagerstättenwasser von den Speicherbohrungen fern zu halten; es verbleibt permanent im Speicher. Das Gas, das im Sommer eingepresst und im Winter entnommen wird, bezeichnet man als Arbeitsgas. Nur das Arbeitsgas ist für den Verbrauch bestimmt. Der Erdgasspeicher Reitbrook verfügt über ein Arbeitsgasvolumen von rund 80 Mio. m³.
Der Erdgasspeicher Hamburg-Reitbrook. Technik im Speicherbetrieb Arbeitsgasmenge 80 Mio. m Kissengasmenge 14 Mio. m Gesamtgasmenge 49 Mio. m Oberer Speicherdruck 80 bar Unterer Speicherdruck 27,5 bar Druckspiegel 52,5 bar Max. Entnahmeleistung 50.000 m /h Max. Einpressleistung 150.000 m /h Teufe 600-800 m Ausdehnung 2 4,2 km Die technische Ausrüstung des Speichers Reitbrook gliedert sich in zwei Bereiche. Zum einen befinden sich auf dem Gelände die vom Konsortium GDF Suez/Exxon Mobil erstellten sogenannten Feldeseinrichtungen. Dazu gehören die Ausrüstungen aller Speicherbohrungen. Sämtliche Anlagen, die zum einen dazu dienen, das einzupressende Gas zu reinigen, zu messen, zu regeln und zu verdichten und zum anderen das ausgespeicherte Gas erwärmen, trocknen, messen und regeln, wurden von E.ON Hanse geplant und erstellt. Der Anschluss an die Fernleitungen der vorgelagerten Netzbetreiber und die 25-bar-Gashochdruckleitung zum Erdgasring in Hamburg gehören ebenfalls dazu. Die Arbeit beginnt vor dem Speichern. Bevor das Erdgas aus den Fernleitungen in rund 600 bis 800 Metern Teufe im Gestein gespeichert wird, durchläuft es eine Reihe von Stationen: Zunächst wird das einzupressende Erdgas durch Filter geführt, um es von Staub und Wasser zu reinigen. Danach wird es in Turbinenrad- bzw. Wirbelgaszählern gemessen und anschließend über Kolbenverdichter komprimiert. Die Speicherbohrungen sind über Leitungssysteme an vier Sternpunkte angeschlossen, die mit den Bohrungen zum Ein- und Ausspeichern verbunden sind. Beim Einspeichern werden die Gasmengen über die Sternpunkte auf die einzelnen Bohrungen verteilt. Entnahme des Erdgases. Das Erdgas lagert unter einem Druck von max. 80 bar im Speicher. Nach der Ausspeicherung wird der Druck auf 25 bar abgesenkt. Bei dieser Entspannung kühlt sich das Erdgas extrem ab, so dass theoretisch die Gasarmaturen einfrieren könnten. Deshalb wird das Erdgas vor dem Entspannen vorgeheizt. Während der Speicherung in der durchschnittlich 20 Meter mächtigen Speichergesteinsschicht nimmt das Erdgas Wasser auf, das ihm vor der Einspeisung in den Hamburger Erdgasring wieder entzogen werden muss. Aus diesem Grund passiert das Gas Trockentürme, in denen ihm mithilfe des stark wasserbindenden Glykols die Feuchtigkeit entzogen wird. Schließlich sorgen Turbinenrad- und Ultraschallzähler sowie ein Prozessgaschromatograph dafür, dass die entnommenen Mengen aus dem Speicher und die Gasbeschaffenheit exakt gemessen werden. Das Erdgas kann nun in das Versorgungsnetz eingespeist werden.
Erdgas speichern, wo es herkommt: Unter der Erde Der Erdgasspeicher Kraak. Der Erdgasspeicher Kraak. Die Gemeinde Kraak liegt im Westen von Mecklenburg-Vorpommern, etwa 20 km südlich von der Landeshauptstadt Schwerin. Landwirtschaftliche Betriebe und ausgedehnte Wälder bestimmen das Bild. Unter der Erde hat die Gemeinde aber noch mehr zu bieten: einen ausgedehnten Salzstock, der Kraak auch für den Bergbau interessant macht. Als Anfang der neunziger Jahre nach einem geeigneten Standort für einen weiteren Erdgasspeicher gesucht wurde, bot sich der Standort Kraaker Tannen auf Grund des Salzstockes für den Betrieb eines Kavernenspeichers an. In Kraak beginnt der Salzstock knapp 400 m unter der Erdoberfläche der Kraaker Tannen. Er hat eine Ausdehnung von 7 km x 4,5 km und reicht bis in eine Teufe von ca. 4.700 m. Nach vorherigen Untersuchungen wurde 1997 mit dem Solen (Ausspülen) der ersten Kaverne (Hohlraum) begonnen. Im September 2000 nahm die Speicheranlage in ihrer ersten Ausbauphase den Betrieb auf.
Von Kissengas und Arbeitsgas. Ähnlich wie bei Porenspeichern wird ein Kavernenspeicher während seiner Betriebsdauer nie ganz geleert. Stets enthält er eine definierte Menge an Kissengas, um den zum Speicherbetrieb notwendigen Mindestdruck aufrechtzuerhalten. Das Arbeitsgas ist die Gasmenge, die im Sommer eingepresst und im Winter entnommen wird. Zurzeit sind in Kraak drei Kavernen in Betrieb und eine weitere befindet sich in Solung. Die in Betrieb befindlichen Kavernen haben eine Gesamtausspeicherleistung von 200.000 Kubikmetern pro Stunde. Kenndaten der Speicheranlage Kraak Einheit Kavernenspeicher Kavernenspeicher Kavernenspeicher KrK 101 KrK 102 KrK 10 Arbeitsgas Mio. m 48,2 69,7 76,0 Kissengas Mio. m 5,5 8,1 11,0 Leistung der Kavernen m /h 200.000 200.000 200.000 Kavernenfirst in Teufe ca. m 910 855 950 Kavernenhöhe ca. m 112 169 100 Durchschn. Durchmesser ca. m 40-90 40-90 40-90 Kopfdruck max p bar 152 145 160 Max. Kavernendruck max p bar 164 155 17 Min. Kavernendruck min p bar 20 20 25 Erdgas muss behandelt werden. Die Gasbehandlung vor dem Einspeichern und nach der Entnahme aus den Kavernen entspricht der Behandlung des Gases beim Porenspeicher Reitbrook. Auch in Kraak wird das Erdgas vor dem Speichern gefiltert, gemessen und komprimiert. Für die Ausspeicherung wird in Kraak ebenfalls das Erdgas vorgewärmt, getrocknet, gemessen und dann in das Versorgungsnetz eingespeist.
Für die Zukunft sollte man etwas in Reserve haben Das Dispatching - Die Zentrale des Speichers. Es ist 65 Tage im Jahr rund um die Uhr besetzt. Im Dreischichtenbetrieb sind jeweils zwei Mitarbeiter für das Dispatching verantwortlich. Untergebracht ist es auf dem Speichergelände von Reitbrook. Von hier aus werden der Transport und die Verteilung von Erdgas für das gesamte Versorgungsgebiet überwacht und gesteuert. Nicht nur das Ein- und Ausspeichern des Gases bei idealer Auslastung der Speicher gehört zu den wichtigen Aufgaben des Dispatchings, sondern auch die Überwachung der unbesetzten Erdgas-Übernahmestationen und die Gewährleistung der mit den Vorlieferanten vertraglich vereinbarten Netzdrücke. Denn zur Aufrechterhaltung der Versorgungssicherheit dürfen die Mindestdrücke in den Rohrleitungssystemen nicht unterschritten werden. Das Naturprodukt Erdgas. Im Gegensatz zum Strom gestalten sich Überwachung und Koordinierung von Durchleitungsvorgängen beim Erdgastransport ungleich komplexer. Erdgas wird in vielen verschiedenen geografischen Regionen gefördert und importiert. Da es sich um ein Naturprodukt handelt, kann z. B. der Brennwert des Gases, je nach seinem Ursprung, sehr unterschiedlich sein. Eine zentrale Aufgabe ist es daher, einen möglichst konstanten, den eichrechtlichen Anforderungen genügenden mittleren Brennwert zu erreichen. Hierfür müssen in Teilnetzen der E.ON Hanse mit mehreren Erdgaslieferanten die verschiedenen Erdgasqualitäten gemischt werden.
Umweltschutz fängt schon beim Speichern an Wir haben nachgebohrt. Und herausgefunden, wie man die Umwelt schützt. Um den Flächenbedarf für die oberirdischen Bauten der Speicheranlage Kraak möglichst gering zu halten, wird bei der Erschließung der Kavernen das Verfahren der gerichteten Bohrung angewendet. Zwischen den einzelnen Kavernenachsen ist ein bergbautechnischer Sicherheitsabstand von mindestens 00 Meter nötig. Bei einfacher, vertikaler Bohrung würde die Größe des Betriebsgeländes allein für die ersten drei Kavernen rund 100.000 Quadratmeter betragen. In Kraak geht E.ON Hanse anders vor. Etwa 60 Meter unter der Erdoberfläche werden die Bohrungen um bis zu 40 Grad abgelenkt. Dadurch können die Kavernen von einer deutlich kleineren Fläche aus errichtet und betrieben werden. Nur ein Minimum an Waldfläche musste für das Projekt gerodet werden. Als Ausgleich wurden Ersatzaufforstungen in dreifacher Menge angelegt. Energiereserven für die Zukunft. Erdgas ist ein Energieträger mit Zukunft. Der Bedarf an diesem umweltschonenden Brennstoff wird in den nächsten Jahren deutlich steigen. Um auch in Zukunft genügend Speichervolumen zur Verfügung stellen zu können, wird in den Ausbau der Anlagen investiert. Da die Kapazitäten der Speicherstätte Reitbrook weitgehend erschöpft sind, konzentriert sich E.ON Hanse auf die Speicheranlage Kraak. Die Größe des Salzstockes bietet die Möglichkeit, insgesamt 2 Kavernen zu solen. Also ausreichend Platz für Energiereserven. Darüber hinaus stehen im Speicher Rönne, der in Kooperation mit den Stadtwerken Kiel betrieben wird, ca. 25 Millionen Kubikmeter Arbeitsgas mit einer Ausspeicherrate bis zu 50.000 Kubikmetern pro Stunde zur Verfügung. Dazu kommt noch ein möglicher Kavernenspeicher im Salzstock Werle, dessen Eignung zum Speichern von Erdgas zurzeit bei E.ON Hanse untersucht wird.
Speicherstätten und Gasleitungen Glossar Aquiferstruktur Arbeitsgas Dispatching Horizont Kavernenspeicher Kissengas Klüftigkeit Mächtigkeit Porenspeicher Teufe Poröse, Wasser führende Struktur eines Gesteins. Erdgas, das zum tatsächlichen Verbrauch bestimmt ist. Überwachung und Steuerung der Erdgasströme im Versorgungsgebiet. Gesteinsformation Speicherung des Gases in gesolten Hohlräumen, z. B. in Salzstöcken. Erdgas, das als Druckpuffer permanent im Speicher verbleibt. Engmaschiges Netz von Hohlräumen im Gestein. Begriff aus dem Bergbau, bezeichnet die Dicke einer Gesteinsschicht. Speicherung des Gases in Gesteinsschichten mit Aquiferstruktur. Begriff aus dem Bergbau, bezeichnet die Tiefe.
E.ON Hanse AG Schleswag-HeinGas-Platz 1 25450 Quickborn Service-Telefon 01 80-1 40 44 44 (max. 4,6 Ct/Min.) www.eon-hanse.com www.eon.com Stand: 01/2010