LNG - zkapalněný zemní plyn (Plyn 8-9/2001)  

Ing. Pavel Březina 
Ing. Miroslav Rottner, PhD.
Transhas, a.s., Praha

Úvod 
Zkapalněný zemní plyn (LNG) nemá v naší zemi téměř žádnou tradici, pokud nepočítáme jeho využívání v Duslo Šala na Slovensku. Kromě toho spolupracovalo v minulosti české (resp. československé) plynárenství i na projektech, které se zabývaly možnostmi dovozu zemního plynu ve zkapalněné formě. Jedním z nich byl například záměr výstavby regazifikačního terminálu v oblasti Istrijského poloostrova v tehdejší Jugoslávii. Ten však byl zmrazen jako neperspektivní. Přesto se jedná o oblast technologie, která je ve světě hojně využívána a trvale se rozvijí.
 
V zásadě existují dvě hlavní oblasti využití LNG: přeprava a uskladňování - a případně i jejich kombinace. Přestože do České republiky je dnes zemní plyn dovážen výhradně plynovodními systémy, je možné, že v budoucnosti nebude využití LNG většího významu. Dopravní vzdálenosti ruského zemního plynu již dnes dosahují a překračují hranice, kdy začíná být výhodnější přeprava ve formě LNG.

Historie využití LNG
Až do poslední čtvrtiny devatenáctého století panoval názor, že většinu látek, které se za normálních podmínek nacházejí v plynném skupenství, není možné zkapalnit. V roce 1877 švýcarský fyzik Pictet představil metodu, která to měla umožnit. K průmyslovému využití však došlo až o padesát let později, mezi světovými válkami. Zpočátku byl LNG využíván především k uskladňování.

První lodí na přepravu LNG byla "Methane Pioneer" postavená v roce 1958 v USA. Již od začátku měla problémy, které skončily prasknutím trupu. Záhy vyla vyřazena a přeměněna na zásobník na LPG. Její úkoly převzala "Methane Princess", která však byla uvedena do provozu až v roce 1964.

Využívání LNG pro dopravu začalo ve velkém měřítku právě v roce 1964, kdy byl dokončen první alžírský terminál v Arzewu (GL4Z), který je v provozu dodnes.

Základní vlastnosti LNG
Zkapalněný zemní plyn je bezbarvá kapalina skládající se převážně z kapalného metanu, případně dalších uhlovodíků. Odstraňovány jsou zejména látky, které provozní problémy. Jedná se zejména o síru a její sloučeniny, rtuť, vodu, aromatické uhlovodíky, oxid uhličitý a další. LNG je skladován obvykle za atmosférického tlaku, resp. při mírném přetlaku potřebném z technologických důvodů.

Tab. 2. Základní parametry LNG

Hlavním důvodem využívání LNG je razantní zvýšení hustoty energie na objem, a tedy snížení nároků na zacházení. Nevýhodou je energetická náročnost zkapalňování i celého zbytku řetězce LNG. Ta je dána především nízkou teplotou LNG.
Základním efektem tedy je snížení objemu v poměru více než 1:6000.

Využití LNG
Jak již bylo řečeno v úvodu, malého objemu LNG se využívá ve dvou hlavních oblastech a případně jejich kombinacích.

Doprava zemního plynu
Využití LNG  pro dopravu je patrně nejznámější a nejvyužívanější oblastí jeho nasazení. Při dopravě je využíván celý řetězec LNG, jak je popsán v další kapitole. Bývá využíván zejména tam, kde by bylo jen velmi obtížné vybudovat pozemní nebo podmořské potrubní systémy nebo v případech, kdy je dopravní vzdálenost příliš veliká. Zatímco náklady na přepravu pomocí plynovodů rostou téměř lineárně se vzdáleností, v případě LNG je situace odlišná. Určitá část nákladů musí být vynaložena bez ohledu na vzdálenost (investice do zkapalňovacích a regazifikačních terminálů, energetická spotřeba při zkapalnění a regazifikaci). Pouze velmi malá část nákladů je závislá na vzdálenosti.
Na Obrázku č. 1 je uvedeno porovnání závislosti přepravních nákladů na vzdálenosti pro potrubní přepravu a LNG. Jednotky u os nejsou uváděny záměrně, protože zejména u plynovodů jsou náklady závislé na obtížnosti výstavby. zcela obecně je však možné konstatovat, že dopravní vzdálenost, kdy se začíná vyplácet využití LNG, se pohybuje zhruba okolo 3 500 km. Tato směrná hodnota však může výrazně klesnout, pokud by alternativou byl podmořský plynovod budovaný za obtížných podmínek. 

V celosvětovém měřítku již přesáhl objem plynu přepravovaného pomocí tankerů LNG hodnotu 120 mld. m3 ročně, což je objem srovnatelný s celým ruským vývozem do Evropy. 

Uskladňování zemního plynu
Zařízení sloužící k vyrovnávání spotřebních špiček byly historicky první oblastí průmyslového využití LNG. První zařízení tohoto typu byla vybudována v USA a v Rusku koncem první poloviny minulého století. Nejznámější evropský zásobník na LNG byl v roce 1976 postaven v německém Nievenheimu a dodnes je provozován firmou Thyssengas jako významný špičkový zásobník.

Zajímavé je, že když se uvažovalo o výstavbě špičkového zásobníku v Československu, jedna z variant byla právě výstavba zásobníku LNG. Protože se však jednalo o technologie, které nebyly běžně dostupné, bylo třeba od této možnosti ustoupit. Zvolena byla nakonec varianta výstavby kavernového zásobníku.

Využití LNG v dopravě
Zkapalněný zemní plyn není v dopravě zdaleka tak rozšířený jako stlačený zemní plyn (CNG). Hlavním lídrem v této oblasti jsou USA. U nás se využití zemního plynu pro dopravu věnuje děčínská společnost Ferox, která v nedávné době získala zakázku na výstavbu plnicí stanice LCNG (kombinovaná stanice LNG/CNG) do Belgie. 
Více podrobností přináší článek docenty Laurina z technické univerzity v Liberci, který se věnuje této problematice.

Záložní zdroje 
Kromě výše uvedených oblastí existují ještě další, kde nachází LNG své uplatnění. To se nabízí zejména v případech, že je již LNG k dispozici. To je i případem firmy Thyssengas, která využívá mobilní jednotku LNG (schéma viz obr. č. 3) pro zásobování zákazníků, jejichž přívodní plynovody jsou dočasně mimo provoz.

Tanker je vybaven malou odpařovací jednotkou, která k ohřevu využívá pouze atmosférickou teplotu. Kromě toho je možné ho doplnit samostatnou odpařovací jednotkou s nuceným ohřevem. Maximální výkon tak může dosáhnout až 3 tisíc Nm³/hod., což postačuje k zásobování oblasti až se třemi tisíci domácností. 

Řetězec LNG
Řetězec LNG má tři navazující základní části:

• zkapalnění, 
• přeprava,
• odpaření (regazifikace).

Zkapalnění 
Zkapalnění zemního plynu je energeticky nejnáročnější fází řetězce LNG. Podle použitých technologií se při něm spotřebuje 10-15 % zkapalňovaného plynu (nebo ekvivalent jiné energie). Ve světě nyní existuje patnáct zkapalňovacích terminálů LNG a výstavba dalších se připravuje. Mimo jiné se zvažuje výstavba například v Norsku (Snohvit) a v Rusku (Sachalin).
Většina zkapalňovacích kapacit je dnes soustředěna v oblasti jihovýchodní Asie - Oceánie. Mezi nimi je i největší terminál na světě Bontang v Indonésii, jehož kapacita se již blíží 30 mil. tun LNG ročně (tj. cca 40 mld. Nm³/r.)
Popisu různých způsobů zkapalňování zemního plynu bude věnován samostatný článek.

Přeprava 
Přeprava LNG je na rozdíl od potrubní přepravy energeticky nejméně náročnou částí. Tankery pro svůj pohon využívají odpařený plyn (Boil Off Gas - GOG), který slouží k ochlazování plynu během transportu. Velikost BOG je maximálně 2,5 %, obvykle však podstatně méně.

Jak již bylo řečeno, na začátku historicky prvním tankerem byl _"Methane Pioneer", který se svou kapacitou 5 000 m³ patřil také k nejmenším. Pro pořádek je třeba dodat, že se nejedná o normální metry kubické zemního plynu, jak jsme v našem plynárenství zvyklí, ale o objem kapaliny. V Japonsku a v Koreji je proto kvůli odlišení často používána jednotka kilolitr. Dnes budované tankery se vesměs blíží kapacitě 140 000 m3. Rychlost tankerů se s výjimkou několika menších lodí (především od japonské firmy NKK) pohybuje okolo 35 km/h.

Naprostá většina tankerů LNG pochází z japonských a korejských loděnic a s výjimkou španělské firmy IZAR se dnes jinde ve světě nestaví. Do roku 2001 bylo postaveno 144 tankerů. Z toho jich bylo již 17 vyřazeno ze služby. Dalších 60 lodí by mělo v příštích letech opustit loděnice. Přestože cena tankeru LNG přesahuje 200 milionů dolarů, přeprava zemního plynu ve formě LNG stále více nabývá na významu. 

Přeprava LNG na pevnině je ve srovnání s námořní přepravou zanedbatelná a používá se téměř výhradně k dopravě menších objemů plynu. Na obr. 4 je fotografie kamionu při zavážení LNG do plnicí stanice LCNG (LNG+CNG) pro vozidla v USA v San Diegu.

Regazifikace
Regazifikace je posledním článkem řetězce LNG. Největší přiímací terminály na světě se nacházejí v Japonsku, které pokrývá více než polovinu celosvětového obchodu s LNG. V Evropě zaujímá první místo Francie, která z Alžíru odebírá 10 mld. Nm³ ročně. Na obr. 5 je jedenze tří francouzských terminálů Montoir de Bretagne. V popředí je vidět LNG-tanker ^"Edouard L.D." o kapacitě 120 000 m³ postavený v roce 1977 ve francouzských loděnicích Alstom Atlantigue.
Na začátku celého procesu jsou stáčecí ramena, která zajišťují bezpečné přečerpávání LNG z lodě na pevninská zařízení. Veškeré přijímací terminály jsou vybaveny kryogenními tanky. Ty často slouží i jako zásobník (např. v Japonsku). Jindy se jedná pouze o mezisklad a plyn je po regazifikaci dále přepravován do vnitrozemí, kde je uskladňován v podzemních zásobnících jako v případě terminálu Montoir ve Francii.

LNG je po stlačení zplyňován v jednom ze dvou běžně používaných typů odpařovačů:
* ORV (Open Rack Vaporizer). Plyn je ohříván v protiproudních chladičích, kde je jako zdroj tepla používána mořská nebo říční voda
* SMV (Submerged Vaporizer). V principu se jedná o průtokový ohřívač LNG, kde je potřebné teplo získáváno spalováním paliva (tedy zemního plynu). Ve srovnání s prvním typem je energeticky několikanásobně náročnější. Výhodou však je, že ho lze používat i při velmi nízké teplotě okolí. Většina přijímacích terminálů je proto vybavena oběma popsanými typy.

Shrnutí
Zkapalněný zemní plyn nemá v našich zemích příliš velkou tradici. Přesto se jedná o oblast, která vlivem zvětšujících se dopravních vzdáleností bude nesporně nabývat na významu. Další nepochybnou výhodou LNG je fakt, že není vázán na nezbytnost výstavby plynovodní sítě. Díky tomu lze zajistit poměrně rozsáhlé portfolio zdrojů bez nutnosti enormních investičních nákladů do přenosových soustav. Gazprom již nyní plánuje dodávky LNG do Japonska a je možné, že i do západní Evropy bude jednou zemní plyn z Ruska dodáván částečně ve formě LNG.  


(Převzato z časopisu PLYN 8-9/2001)