Einführung in energie und rohstoffe kapitel 3 Stand

Grundlagen

Erdgastransport und -verteilung

Prof. Dr.-Ing. Joachim Müller-Kirchenbauer

Lehrstuhl für Gasversorgungssysteme – Institut für Erdöl- und Erdgastechnik

Sommersemester 2013

Prof. Dr. J. Müller-Kirchenbauer

Lehrstuhl für Gasversorgungssysteme 2 Grundlagen Erdgastransport und –verteilung Sommersemester 2013

Übersicht

1. Einführung und Grundlagen

2. Entwicklung der Gasversorgung

3. Aktueller Stand der Erdgasversorgung

4. Entstehung, Produktion und Aufbereitung

5. Erdgastransport

6. Erdgasspeicherung

7. Erdgasverteilung

8. Technische Sicherheit und Regelwerke

9. Wirtschaftliche Rahmenbedingungen und Regelwerke



Aktueller Stand der Erdgasversorgung

Weltweite Ressourcen und Reserven

Verbrauch und Aufkommen in Europa und Deutschland

Marktaspekte und interkontinentaler LNG-Handel



Bedeutung des Energieträgers Erdgas

Erdgas ist der drittwichtigste Energieträger auf der Welt.

Die wirtschaftlich nutzbaren Erdgasvorräte sind in den letzten Jahrzehnten

ständig gestiegen.

Die größten Erdgasvorkommen lagern in den Staaten der ehemaligen

Sowjetunion und im mittleren Osten.

Länder in West- und Mitteleuropa werden gegenwärtig vor allem aus

Quellen in der Nordsee und Russland mit Erdgas versorgt.

Zukünftig muss der Erdgasbedarf aus immer weiter von den Verbrauchs-

schwerpunkten liegenden Fördergebieten gedeckt werden.



Zieleinheit

Ausgangseinheit

PJ Mio. t SKE Mio. t RÖE Mrd. kcal TWh

1 Petajoule (PJ) - 0,034 0,024 238,8 0,278

1 Mio. t Steinkohleeinheit (SKE) 29,308 - 0,7 7.000 8,14

1 Mio. t Rohöleinheit (RÖE) 41,869 1,429 - 10.000 11,63

1 Mrd. Kilokalorien (kcal) 0,0041868 0,000143 0,0001 - 0,001163

1 Terawattstunde (TWh) 3,6 0,123 0,0861 859,8 -

Beispiel:

Um von der Ausgangseinheit (z.B. TWh) in die Zieleinheit (z.B. Mio. t SKE) umzurechnen, muss der Ausgangswert mit

dem Tabellenwert (im Beispiel: 0,123) multipliziert werden.

Umrechnung Rohöl- und Erdgasförderung:

Barrel pro Tag x 50 = Tonnen pro Jahr (1 Barrel = 159 Liter)

Kubikfuß pro Tag x 10,34 = Kubikmeter pro Jahr (1 Kubikfuß = 0,028317 Kubikmeter)

Berechnung Erdgas:

Erdgas ist ein Naturprodukt mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Energiedichte. Außerdem sind bei

Angaben zum Energiegehalt unterschiedliche Bezugsgrößen üblich. Folgende Konventionen sind wichtig:

1. In der Erdgaswirtschaft ist der Bezug auf den oberen Heizwert (Ho, Brennwert, gross caloric value) üblich.

2. In Energiebilanzen und Vergleichen zwischen Energieträgern (z.B. Preisvergleichen) bezieht man sich

dagegen auf den unteren Heizwert (Hu, Heizwert im engeren Sinne, net caloric value). Die Differenz zwischen

Hu und Ho ist die zur Verdunstung des bei der Verbrennung freiwerdenden Wassers notwendige Energie.

Ho ist bei Erdgas etwa 10 Prozent höher als hu

3. Deutsche Konvention: 1 m3 Hu entspricht 31,736 MJ; 1 m

3 Ho entspricht 35,169 MJ

4. Internationale Konvention: Wenn nicht zu tatsächlichen, durchschnittlichen Wärmeinhalten umgerechnet wird,

sind die Volumenangaben so normiert, dass 1 m3 Ho 38 MJ entspricht.

*) Die Zahlenangaben beziehen sich grundsätzlich auf den Heizwert (= unterer Heizwert)

Energieeinheiten

US: Mega 106 Million Giga 109 Billion Tera 1012 Trillion Peta 1015 Quadrillion Exa 1018 Quintillion



Ressourcen und Reserven (1)

Kumulierte

Produktion

Ressourcen

Nicht nachgewiesen Nachgewiesen,

Förderung technisch

und/oder wirtschaftlich

nicht möglich

Technisch und

wirtschaftlich

mögliche Förderung

Reserven

Verbleibendes Potenzial

Gesamtpotenzial




Reserven - sind die Mengen eines Energierohstoffes, die mit großer Genauigkeit erfasst

wurden und

- mit den derzeitigen technischen Möglichkeiten wirtschaftlich gewonnen werden

können.

- Synonym gebräuchliche Wendungen sind bauwürdige (Kohle) sowie sicher

gewinnbare Vorräte.

Diese Definition bedeutet, dass die Höhe der Reserven vom

Wissensstand über die Lagerstätte, vom Rohstoffpreis und

vom Stand der Technik (Bereitstellungskosten) abhängt.

Ressourcen - sind die Mengen eines Energierohstoffes, die geologisch nachgewiesen sind,

aber derzeit nicht wirtschaftlich gewonnen werden können und

- die Mengen, die nicht nachgewiesen sind, aber aus geologischen Gründen in

dem betreffenden Gebiet erwartet werden können; dabei werden bei den

Ressourcen von Erdöl, Erdgas und Uran wie bei den Reserven nur die zu

erwartenden potenziell wirtschaftlich gewinnbaren Mengen berücksichtigt,

während bei Kohle dies in der Regel in-situ-Mengen, also die Gesamtmenge

unabhängig von ihrer wirtschaftlichen Gewinnbarkeit sind.



Quelle: Stooq

Ölpreisentwicklung



Quelle: BGR

Nominalpreisentwicklung

Historische Entwicklung der nominalen Preise in Europa für nicht

erneuerbare Brennstoffe




Das Gesamtpotenzial (Estimated Ultimate Recovery, EUR)

- ist bei Kohlenwasserstoffen die gesamte gewinnbare Menge, also die Summe

aus den bisher insgesamt geförderten Mengen, den Reserven und Ressourcen.

- Diese Bezeichnung ist bei anderen Energierohstoffen weniger gebräuchlich.

Das verbleibende Potenzial

- ist die gesamte noch gewinnbare Menge an Energierohstoffen,

- also die Summe aus den Reserven und Ressourcen.

- Bei Kohle und Uran wird als Synonym auch der Begriff Gesamtressourcen

gebraucht; zu beachten ist, dass jeweils Reserven nicht in den Ressourcen

enthalten sind.

Die ursprünglichen Reserven

- sind die gesamten bisher nachgewiesenen Reserven an Energierohstoffen,

- also die Summe aus den bisher insgesamt geförderten Mengen und den zum

heutigen Zeitpunkt bekannten Reserven.




Quelle: DERA




Quelle: BGR

Klassifikation der nicht-erneuerbaren Energierohstoffe




Quelle: IEA

Typology of Natural Gas Resources




Quelle: BGR

1) 1 t U = 14 000 – 23 000 t SKE, unterer Wert verwendet, bzw. 1 t U = 0,5 x 1015 J2) RAR gewinnbar bis USD 80/kg U3) Summe aus RAR gewinnbar von USD 80 – 260/kg U und IR4) Es wir angenommen, 1 t Thorium den gleichen SKE-Wert hat wie 1 t U5) nur USA (Stand: 2010)



Quelle: BGR

Entwicklung des Primärenergieverbrauchs

New Policies Scenario der International Energy Agency zur weltweiten

Energienachfrage (Stand 2012)



Quelle: BGR

Vergleich Vorräte und Verbrauch

Versorgungssituation fossiler Brennstoffe (Ende 2011)



Statische Reichweite

Die statische Reichweite der Öl- und Gasvorräte hat seit 1970 trotz steigender

Verbräuche zugenommen.

Technologische Entwicklungen haben zu einem stetigen Anstieg der Reserven

geführt.

Quelle: RWE



Quelle: BGR

Gesamtpotenzial Erdgas

Entwicklung der Schätzungen des Gesamtpotenzials von konventionellem

Erdgas, der kumulierten Förderung und der Reserven



Gesamtpotenzial Erdgas (2)

Entwicklung des EUR, der kumulativen Produktion, der Reserven und der

Ressourcen von 2003 bis 2011



Regionale Verteilung (1)

Quelle: BGR

Gesamtpotenzial von Kohle 2011 (insgesamt ca.17 874 Gt)




Quelle: BGR

Gesamtpotenzial von Erdöl 2011 (insgesamt ca. 752 Mrd. t)




Quelle: BGR

Gesamtpotenzial von Erdgas 2011 (insgesamt ca. 872 Bill. m3)



Quelle: BGR

Vergleich der weltweiten Verteilung der Reserven an Erdöl und Erdgas




Die sicher gewinnbaren Erdgasreserven Ende 2011 von 208,4 Tcm

entsprechen einer statischen Reichweite von 63,6Jahren.

Quelle: BP




Quelle: BGR

*Der R/P Ratio für den nahen Osten beträgt ca. 200 Jahre




Erdgasförderung (gesamt 3 Tcm) der zehn wichtigsten Länder und

Deutschlands 2011

Quelle: BGR



Verbrauchsschwerpunkte (1)

Erdgasverbrauch der wichtigsten Verbraucherländer 2011 (gesamt 3,3 Tcm)

Quelle: BGR



Erdgasverbrauch 2011 in tRÖE pro Kopf

Quelle: BP

Verbrauchsschwerpunkte (2)



Entwicklung des Primärenergieverbrauchs IEA-New Policies Scenario für den Zuwachs des Primärenergieverbrauchs

im Zeitraum von 1990 bis 2035

Quelle: IEA

Quelle: IEA



Entwicklung des Erdgasverbrauchs

Quelle: IEA



Versorgungssicherheit Erdgas – Importmenge

Quelle: IEA

Importmenge = Verbrauch - Produktion



Weltweite Erdgastransporte (1)

Inter-regionale Erdgastransporte 2011 in Mrd. m³

Quelle: BP




Inter-regionale Erdgastransporte im IEA-Referenzszenario 2010 in Mrd. m³

Vor Schiefergas in USA

Quelle: IEA

Source: IEA




Inter-regionale Erdgastransporte im IEA-Referenzszenario 2010 in Mrd. m³

Nach Schiefergas in USA

Quelle: IEA

Source: IEA









Primärenergiebedarf in Europa

Deutlicher Anstieg der Energienachfrage (Mt RÖE)

Quelle: EU



Entwicklung der Erdgasnachfrage in Europa

Quelle: IEA



Entwicklung des Erdgasangebots in Europa (1)

Quelle: entsog



Entwicklung des Erdgasangebots in Europa (2)

Quelle: entsog

Quelle: entsog



Fallbeispiel Shtokman: Erdgasangebot für Europa

3,9 Billionen m³ Erdgas – eines der weltweit

10 größten Gasfelder

aktueller Marktwert des Erdgas ca. 800 Mrd. €

ca. 900 km nördlich des Polarkreises

ca. 600km von der Küste entfernt

>300m Wassertiefe

Extreme Stürme, Wellen und Eisgang

Temperaturen von -50 bis +30°C

Förderkapazität der ersten Phase: ca. 24 Mrd.

m³/Jahr und 7,5 Mio. t LNG

Partnerschaft mit Statoil und Total für die ersten

25 Jahre der Gasförderung

Investitionen ca. 15 – 20 Mrd. €

Technik muss härteste Umweltbedingungen

berücksichtigen

Teilweiser Transport per LNG verringert aus

russischer Sicht die Abhängigkeit von Europa als

Abnehmer

LNG-Transport über die sich durch

Klimaerwärmung öffnende „Nordwestpassage“

nach Japan?

Der technische und finanzielle Aufwand und das

damit verbundene Risiko, neue Erdgasquellen zu

erschließen, wird immer höher

Quelle: Shtokman Development AG



Speicher in Europa

Quelle: Eurogas



Energieflussbild (stark vereinfacht) für Deutschland 2010

in Mio. t SKE

Quelle: AGEB



Energieflussbild für Deutschland 2010 in Mio. t SKE

Quelle: AGEB



Entwicklung der Erdgasnachfrage in Deutschland

Quelle: NetConnect Germany, Prognos

Erdgas in der Industrie und als Chemierohstoff

Rückgang der energieintensiven Produktion

Starker Effizienzdruck durch hohe Rohstoffpreise und

Versteigerung von CO2-Zertifikaten ab 2013

Abwanderung von Grundstoff-Chemie

Synthese-Wasserstoff aus Windstrom statt Erdgas

Erdgas als Wärmelieferant für private Haushalte und

Gewerbe, Handel und Dienstleistungen

Konkurrenzdruck durch Strom-Wärmepumpe und

Biomasse

Energieeffizienter Neubau und Sanierung im

Altbaubestand

Bevölkerungsrückgang in ländlichen Regionen

Erdgas für die Stromerzeugung

Ausbau erneuerbarer Energien benötigt hochflexible

Kraftwerke

effizienteste und CO2-ärmste fossile Option

Erdgas als Kraftstoff

Elektroauto als Konkurrent in Ballungsräumen

Volumenkonkurrenz zu Diesel/Benzin in

Hybridfahrzeugen

Gasverbrauch geht deutlich zurück

Anteil der Stromerzeugung am Gasverbrauch steigt

Gasverbrauch wird volatiler



Konzepte für Methan und Wind aus Wasserstoff (1)

Quelle: Umweltbundesamt, FhG IWES

Ausbau erneuerbarer Stromerzeugung als Treiber

Die Residuallast ist die verbleibende Last nach Abzug der erneuerbaren Erzeugung (EE).



Konzepte für Methan und Wind aus Wasserstoff (2)

Neue Gase ergänzen die Angebotsseite

heute und in Zukunft:

- Biogas

- Wasserstoff

- synthetisches Methan (SNG,

„Windmethan“)

„Grünes Gas“ derzeit noch nicht

wirtschaftlich, aber Imageträger

Subventionierung erneuerbarer Gase

über Einspeisevergütung analog EEG

auf der Stromseite?

Gasnetze müssen mit

unterschiedlichen

Zusammensetzungen und Qualitäten

umgehen können

Quelle der Grafiken: DBI, BMU/IWES



Bezugsoptionen für Importe nach Deutschland (1)

Quelle: VNG

Zunahme der Transportentfernungen



Bezugsoptionen für Importe nach Deutschland (2)

QuelleBundesamt für Wirtschaft und Ausfuhrkontrolle









Marktaspekte (1)

Unterschiede in wesentlichen Handelseigenschaften zwischen

Erdgas und Öl



Marktaspekte (2) – Investitionen 2012 – 2035 (kumuliert)

Quelle: IEA



Marktaspekte (3)

Langfristig bestehen Substitutionsmöglichkeiten zwischen Energieträgern.

Während des Versorgungsaufbaus bestand kein wettbewerblicher

Gasmarkt und damit keine Möglichkeit einer autonomen Preisbildung für

Erdgas.

Gas ist relativ mengenunflexibel, benötigt aber zur Erhaltung der

Mengenbalance einen anpassungsfähigen Preis.

Die Mengeninflexibilität resultiert aus der niedrigen Energiedichte und den

damit verbundenen hohen Transportkosten und starren Transportwegen im

Pipelinetransport.

Rohöl- und Produktenströme lassen sich weltweit zu vergleichsweise

geringen Distributionskosten disponieren.

Weltweiter Ölmarkt existiert seit Jahrzehnten.

Traditionelle Orientierung des Gaspreises am Substitutionsgut Öl

(Ölpreisbindung)



Marktaspekte (4)

Deutliche und im Markt nicht erwartete Zunahme von "unconventional gas"

Quelle: IEA

Shale gas

Tight gas

Coalbed Methane

Conventional gas



Entwicklung des interkontinentalen LNG-Handels (1)

LNG Liquified Natural Gas: Für Transportzwecke verflüssigtes Erdgas,

welches auf -161,5°C abgekühlt wird und nur noch 1/600 des ursprünglichen

Volumens hat.

1t LNG (metrisch) enthält 1.394,70 Nm³ Erdgas

1 m³ LNG entspricht 7.368 kWh und wiegt ca. 0,42 t

1t LNG entspricht ca. 1.400 m³ Erdgas

Ein durchschnittlicher LNG Tanker mit 140.000 m³ kann eine Stadt mit ca. 100.000 EW für ein Jahr mit Gas versorgen.



Entwicklung des interkontinentalen LNG-Handels (2)

Quelle: IEA



Marktaspekte (5)

Entwicklung von Technologie und Geschäftsmodell zur Förderung der sog.

„unconventionals“ dauerte zwei Jahrzehnte

Schlüsseltechnologien sind Horizontalbohrtechnik und Frac-Verfahren

Unkonventionelles Gas ist wettbewerbsfähig

In 2007 waren ca. 50% der US Produktion Unkonventionelles Gas

USA steuern auf einen zweiten Peak zu

Shale Gas Beitrag noch gering, gewinnt aber zunehmend an Bedeutung



Marktaspekte (6)

Die Erfolge bei der Entwick-

lung von unkonventionellem

Gas in den USA reduzieren

die LNG Importe in die USA

LNG – entwickelt für die USA

– strömt nach Europa

Die Nord Stream Pipeline aus

Russland soll ab 2012 bis zu

55 Mrd. m3/a Gas nach

Deutschland bringen

Für den Süden sind für 2014

oder später eine Leitung

Nabucco und eine South

Stream (>60 Mrd. m3/a) in

Planung

Quelle: EON



Quelle: BNetzA

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