Wprowadzenie

Sektor gazowy, który przez dziesięciolecia opierał się głównie na eksploatacji, przesyle i dystrybucji konwencjonalnego gazu ziemnego, przechodzi obecnie dynamiczną transformację technologiczną. Jest ona napędzana przez kilka kluczowych czynników: dążenie do dekarbonizacji gospodarki, potrzebę zwiększenia bezpieczeństwa energetycznego oraz rozwój technologii cyfrowych. W niniejszym artykule analizujemy najważniejsze innowacje technologiczne w sektorze gazowym, które mogą zrewolucjonizować branżę w najbliższych latach i zadecydować o jej przyszłości.

Wodór - paliwo przyszłości?

Wodór jest coraz częściej postrzegany jako kluczowy element przyszłego, niskoemisyjnego systemu energetycznego. Jest to paliwo uniwersalne, które może być wykorzystywane w różnych sektorach: od przemysłu, przez energetykę, po transport. Co więcej, przy spalaniu wodoru powstaje jedynie para wodna, co czyni go potencjalnie zeroemisyjnym nośnikiem energii.

Typy wodoru i metody produkcji

W zależności od metody produkcji, wodór klasyfikuje się według tzw. kolorów:

  • Szary wodór - produkowany z paliw kopalnych (głównie z gazu ziemnego) w procesie reformingu parowego, który wiąże się z emisją CO2.
  • Niebieski wodór - również produkowany z paliw kopalnych, ale z wykorzystaniem technologii wychwytywania i składowania dwutlenku węgla (CCS), co znacznie zmniejsza emisję.
  • Zielony wodór - produkowany w procesie elektrolizy wody przy wykorzystaniu energii elektrycznej ze źródeł odnawialnych, co czyni go całkowicie zeroemisyjnym.
  • Różowy/purpurowy wodór - produkowany przy użyciu energii elektrycznej z elektrowni jądrowych.
  • Turkusowy wodór - produkowany w procesie pirolizy metanu, gdzie zamiast CO2 powstaje stały węgiel.

Wodór w sektorze gazowym

Dla sektora gazowego wodór stwarza zarówno wyzwania, jak i szanse:

  • Blending - mieszanie wodoru z konwencjonalnym gazem ziemnym w istniejących sieciach gazowych. Obecnie testowane są rozwiązania z udziałem wodoru do 20% objętości mieszaniny.
  • Repurposing - przekształcanie istniejących gazociągów na potrzeby przesyłu czystego wodoru. Wymaga to dostosowania materiałów i komponentów infrastruktury, ale jest technicznie wykonalne.
  • Nowe dedykowane sieci wodorowe - budowa całkowicie nowej infrastruktury przesyłowej i dystrybucyjnej dla wodoru.

W Polsce trwają już prace nad włączeniem wodoru do miksu energetycznego. PGNiG rozpoczęło projekt "Wodór w sieci gazowej", a Gaz-System analizuje możliwości transportu wodoru w swoim systemie przesyłowym. W perspektywie 2030 roku przewiduje się znaczący wzrost wykorzystania wodoru w polskim sektorze energetycznym.

Biometan - zielony gaz ze źródeł odnawialnych

Biometan to oczyszczony biogaz, który swoimi właściwościami odpowiada gazowi ziemnemu. Jest produkowany w procesie biologicznego rozkładu materii organicznej (np. odpadów rolniczych, osadów ściekowych, odpadów z produkcji żywności) w warunkach beztlenowych.

Zalety biometanu

  • Zerowy bilans emisji CO2 - dwutlenek węgla emitowany podczas spalania biometanu został wcześniej pochłonięty z atmosfery przez biomasę podczas jej wzrostu.
  • Wykorzystanie istniejącej infrastruktury - biometan może być wtłaczany bezpośrednio do istniejącej sieci gazowej bez konieczności jej modyfikacji.
  • Lokalna produkcja - możliwość produkcji w małych, rozproszonych instalacjach blisko źródeł surowca.
  • Zagospodarowanie odpadów - produkcja biometanu pozwala na efektywne przetwarzanie odpadów organicznych.

Rozwój biometanu w Polsce

Polska ma znaczący potencjał produkcji biometanu, który według różnych szacunków wynosi od 4 do 8 mld m³ rocznie. To ilość, która mogłaby zaspokoić około 25-50% krajowego zapotrzebowania na gaz ziemny. Obecnie funkcjonuje w Polsce kilkadziesiąt biogazowni, ale tylko nieliczne z nich produkują biometan o jakości umożliwiającej wtłaczanie do sieci gazowej.

W grudniu 2021 roku uchwalono ustawę o odnawialnych źródłach energii, która wprowadza system wsparcia dla biometanu. Obejmuje on m.in. możliwość uzyskania tzw. niebieskich certyfikatów, które mają stymulować rozwój tego sektora.

Inteligentne sieci gazowe (Smart Gas Grids)

Podobnie jak w elektroenergetyce, w sektorze gazowym rozwija się koncepcja inteligentnych sieci, które dzięki zaawansowanym technologiom informatycznym i telekomunikacyjnym mają zapewnić bardziej efektywne zarządzanie przepływami gazu, monitoring i diagnostykę sieci oraz integrację różnych źródeł gazu.

Kluczowe komponenty inteligentnych sieci gazowych

  • Inteligentne liczniki gazu - umożliwiające zdalne odczyty zużycia, wykrywanie nieprawidłowości i optymalizację zużycia.
  • Zaawansowane systemy monitoringu i sterowania - SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) umożliwiające bieżący nadzór nad pracą sieci i szybką reakcję na awarie.
  • IoT (Internet of Things) - czujniki i urządzenia komunikujące się między sobą, przekazujące dane o stanie infrastruktury i parametrach gazu.
  • Big Data i sztuczna inteligencja - zaawansowana analityka danych umożliwiająca predykcję awarii, optymalizację pracy sieci i lepsze planowanie inwestycji.
  • Automatyczne stacje redukcyjno-pomiarowe - umożliwiające zdalne sterowanie i adaptację do zmieniających się warunków.

Korzyści z wdrożenia inteligentnych sieci gazowych

Wprowadzenie inteligentnych rozwiązań w sieciach gazowych przynosi liczne korzyści:

  • Zwiększenie bezpieczeństwa dostaw poprzez szybszą identyfikację i usuwanie awarii.
  • Optymalizacja przepływów gazu i lepsze wykorzystanie istniejącej infrastruktury.
  • Ułatwienie integracji alternatywnych gazów (wodoru, biometanu) z konwencjonalnym gazem ziemnym.
  • Redukcja strat gazu w sieci dzięki lepszemu monitoringowi i szybszemu wykrywaniu wycieków.
  • Lepsze dopasowanie podaży i popytu, co jest szczególnie ważne w kontekście rosnącego udziału gazów odnawialnych o zmiennej charakterystyce produkcji.

W Polsce pionierami we wdrażaniu rozwiązań Smart Gas Grid są Polska Spółka Gazownictwa i Gaz-System, które realizują projekty pilotażowe mające na celu testowanie nowych technologii i ocenę ich skuteczności w polskich warunkach.

Technologie LNG małej skali

Obok dużych terminali LNG, takich jak ten w Świnoujściu, rozwija się również segment tzw. małej skali LNG (small-scale LNG), obejmujący mniejsze instalacje skraplania, transportu i regazyfikacji gazu, które mogą obsługiwać obszary oddalone od sieci gazowej lub specyficzne zastosowania, jak transport.

Kluczowe elementy infrastruktury małej skali LNG

  • Małe i średnie instalacje skraplania gazu - o wydajności od kilku do kilkudziesięciu ton LNG dziennie, często lokalizowane przy gazociągach przesyłowych.
  • Transport LNG cysternami - specjalistyczne pojazdy kriogeniczne umożliwiające transport LNG na odległość kilkuset kilometrów.
  • Lokalne stacje regazyfikacji - instalacje pozwalające na konwersję LNG z powrotem do stanu gazowego w miejscu oddalonym od sieci gazowej.
  • Stacje tankowania LNG - umożliwiające napełnianie zbiorników pojazdów napędzanych tym paliwem.
  • Bunkrowanie statków - infrastruktura umożliwiająca tankowanie statków paliwem LNG.

Zastosowania małej skali LNG

Technologie małej skali LNG znajdują zastosowanie w różnych obszarach:

  • Gazyfikacja obszarów oddalonych od sieci gazowej - tzw. wyspowe systemy gazowe oparte na LNG.
  • Transport drogowy - LNG jako paliwo dla ciężkiego transportu drogowego, oferujące większy zasięg niż pojazdy zasilane CNG (sprężonym gazem ziemnym).
  • Transport morski - wykorzystanie LNG jako paliwa żeglugowego, spełniającego rygorystyczne normy emisji zanieczyszczeń w strefach kontroli emisji (ECA).
  • Energetyka - zasilanie lokalnych źródeł energii elektrycznej i ciepła w miejscach pozbawionych dostępu do sieci gazowej.

W Polsce PGNiG rozwija sieć stacji regazyfikacji LNG, które zaopatrują w gaz miejscowości oddalone od głównych gazociągów. Funkcjonują również stacje tankowania LNG dla pojazdów ciężarowych, a ich liczba systematycznie rośnie.

Technologie cyfrowe w sektorze gazowym

Obok innowacji ściśle związanych z gazem jako paliwem, sektor gazowy coraz intensywniej wdraża zaawansowane technologie cyfrowe, które wpływają na sposób funkcjonowania całego łańcucha wartości - od wydobycia, przez przesył i magazynowanie, po dystrybucję i wykorzystanie gazu.

Kluczowe technologie cyfrowe w sektorze gazowym

  • Digital Twin (cyfrowy bliźniak) - zaawansowane modele cyfrowe rzeczywistych obiektów infrastruktury gazowej, umożliwiające symulacje, optymalizację i testowanie różnych scenariuszy bez ingerencji w rzeczywiste obiekty.
  • Sztuczna inteligencja (AI) i uczenie maszynowe - wykorzystywane m.in. do predykcji awarii, optymalizacji procesów operacyjnych i planowania konserwacji.
  • Drony i roboty inspekcyjne - używane do inspekcji gazociągów, wykrywania wycieków i monitorowania stanu infrastruktury.
  • Blockchain - technologia wykorzystywana do zwiększenia bezpieczeństwa i transparentności transakcji w handlu gazem.
  • Rzeczywistość rozszerzona (AR) i wirtualna (VR) - stosowane w szkoleniach pracowników, wizualizacji podziemnej infrastruktury podczas prac terenowych i wsparciu prac konserwacyjnych.

Korzyści z cyfryzacji sektora gazowego

Wdrażanie technologii cyfrowych przynosi sektorowi gazowemu liczne korzyści:

  • Zwiększenie efektywności operacyjnej i redukcja kosztów.
  • Poprawa bezpieczeństwa pracy i niezawodności infrastruktury.
  • Optymalizacja procesów decyzyjnych dzięki dostępowi do większej ilości danych i zaawansowanej analityce.
  • Lepsze zarządzanie aktywami i planowanie inwestycji.
  • Nowe modele biznesowe i usługi dla klientów.

Polskie firmy gazowe, takie jak Gaz-System i PGNiG, systematycznie zwiększają poziom cyfryzacji swoich operacji, wdrażając zaawansowane systemy IT, rozwiązania IoT i narzędzia analityczne.

Perspektywy i wyzwania

Opisane innowacje technologiczne otwierają przed sektorem gazowym nowe perspektywy, ale wiążą się również z istotnymi wyzwaniami:

Perspektywy

  • Nowa rola gazu w transformacji energetycznej - jako paliwo przejściowe w drodze do gospodarki zeroemisyjnej oraz jako sposób magazynowania energii odnawialnej (Power-to-Gas).
  • Rozwój gospodarki wodorowej - w której istniejąca infrastruktura gazowa może odegrać kluczową rolę.
  • Nowe modele biznesowe - oparte na usługach cyfrowych, elastyczności i integracji różnych nośników energii.

Wyzwania

  • Wysokie koszty inwestycyjne - wdrożenie innowacyjnych technologii wymaga znacznych nakładów finansowych.
  • Niepewność regulacyjna - brak stabilnych ram prawnych dla nowych technologii, takich jak wodór czy biometan.
  • Wyzwania techniczne - związane z adaptacją istniejącej infrastruktury do nowych gazów i technologii.
  • Bezpieczeństwo cybernetyczne - rosnąca cyfryzacja zwiększa ryzyko ataków cybernetycznych na infrastrukturę krytyczną.

Podsumowanie

Sektor gazowy stoi u progu znaczącej transformacji technologicznej. Innowacje takie jak wykorzystanie wodoru, biometanu, inteligentne sieci gazowe, technologie małej skali LNG i zaawansowane rozwiązania cyfrowe będą kształtować przyszłość branży w najbliższych dekadach.

Dla Polski, której miks energetyczny w znacznym stopniu opiera się na węglu, gaz - zarówno konwencjonalny, jak i jego niskoemisyjne alternatywy - będzie odgrywał kluczową rolę w procesie transformacji energetycznej. Sukces tej transformacji będzie zależał od zdolności do adaptacji do nowych technologii i skutecznego wdrożenia innowacyjnych rozwiązań.

Przyszłość sektora gazowego będzie prawdopodobnie charakteryzować się większą dywersyfikacją - zarówno pod względem źródeł i rodzajów gazu, jak i zastosowań. Infrastruktura gazowa, dzięki swojej wszechstronności i możliwości adaptacji, może stać się kluczowym elementem przyszłego, zintegrowanego i niskoemisyjnego systemu energetycznego.