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[en] STRATEGIC USE OF UNDERGROUND SPACE FOR GAS STORAGE IN CAVERNS OPEN BY DISSOLUTION OF SALT ROCKS / [pt] USO ESTRATÉGICO DE ESPAÇO SUBTERRÂNEO PARA ESTOCAGEM DE GÁS EM CAVERNAS ABERTAS POR DISSOLUÇÃO DE ROCHA SALINA11 November 2021 (has links)
[pt] Atualmente, as termoelétricas abastecidas por Gás Natural (GN) são responsáveis por 11 porcento da geração de energia elétrica no Brasil, consumindo 40 porcento da demanda de gás do país. Esse consumo de GN é sazonal e inconstante, pois é utilizado como substituto para a energia hidrelétrica, que depende do nível pluviométrico dos locais onde estão suas usinas. Devido a essa peculiaridade da matriz energética brasileira e a dependência do país por gás importado gerou-se uma necessidade de estabelecer estoques flutuantes de Gás Natural, armazenados em estado liquefeito (GNL) em navios metaneiros. O principal objetivo desse estoque é que, na eventualidade da necessidade de despacho da geração das termoelétricas, o país tenha uma quantidade de gás suficiente para permitir uma produção de energia termoelétrica por 30 dias. Entretanto, esse modelo de estoque contingencial de GNL é ineficiente e tem custo muito elevado. Essa dissertação demonstra a viabilidade técnica e econômica da substituição dos estoques flutuantes de GNL em navios metaneiros pela utilização de espaços subterrâneos
em cavernas abertas por dissolução de rocha salina em domos onshore, apresentando um dimensionamento anual do tamanho do estoque, ou quantidades de cavernas, para atender a crescente necessidade de estoque de GN ao longo do tempo. Como objetivo secundário, o trabalho apresenta uma análise da utilização desses estoques subterrâneos em ambiente offshore, como um pulmão
contingencial para manutenção da produção de petróleo do pré-sal na eventualidade de uma ocorrência interromper o fluxo regular de escoamento do gás produzido nas plataformas. / [en] Currently, the power plants fueled by natural gas (NG) are responsible for 11 percent of the electric power generation in Brazil, consuming 40 percent of gas demand in the country. The gas consumption of power plants is seasonal and volatile, since it is directly related to the level of rainfall in locations where there are hydroelectric plants. Due to this peculiarity of the Brazilian energy matrix and the country s dependence on imported gas, there is a need to establish floating stocks of Liquefied Natural Gas (LNG) in LNG carriers. The main objective of this stock is that, if it is necessary to dispatch the generation of the power plants fueled by Natural Gas, the country has a sufficient stock of NG to allow the production of the thermoelectric generation during 30 days of operation. However, this model of contingency stock of Natural Gas is inefficient and has a very high cost. This dissertation demonstrates the technical and economic feasibility of replacing the floating LNG carriers stocks by the use of open underground caves by dissolving rock salt domes onshore, presenting a prediction of the annual stock size and the necessary quantity of caves to meet the growing need for NG stock over time. As a secondary objective, the dissertation presents an analysis of the use of these stocks in underground offshore environment, as a contingency lung for the
maintenance of the pre-salt oil reservoirs production in the event of an occurrence that causes the interruption of the regular flow of the runoff from the gas produced in the platforms.
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[en] CAVERN INTEGRITY FOR UNDERGROUND HYDROGEN STORAGE IN THE BRAZILIAN PRE-SALT FIELDS / [pt] INTEGRIDADE DE CAVERNAS PARA ARMAZENAMENTO DE HIDROGÊNIO NOS CAMPOS DO PRÉ-SALWILLIAMS DIAS LOZADA PENA 26 September 2023 (has links)
[pt] Ao longo dos anos, a produção de energia tem dependido de recursos não
sustentáveis, como os combustíveis fosséis. No entanto, com o aquecimento global
e a crise energética urge-se investir em recursos de energia renovável, como o
hidrogênio. O gás deve ser armazenado em um ambiente seguro para evitar
vazamentos. Portanto, este trabalho foca no armazenamento de hidrogênio em
cavernas de sal, uma vez que essas rochas possuem propriedades relevantes, como
a baixa permeabilidade. Um fluxo de trabalho para análise de integridade de
cavernas desde a construção até a operação é proposto, implementado e aplicado
para o estudo de casos sintéticos e reais. O armazenamento de hidrogênio provoca
variações de temperatura e pressões dentro da caverna. A termodinâmica do gás
segue uma solução diabática, atualizando a pressão e a temperatura do gás a cada
instante para representar cenários de campo. A formulação termomecânica é
implementada no simulador GeMA, que acopla diferentes físicas. Casos sintéticos
consideram modelos homogêneos e diferentes geometrias de caverna. Os resultados
demonstraram a importância dos efeitos térmicos, pois as amplitudes térmicas
podem comprometer a integridade da rocha, por exemplo, induzindo tensões de
tração e afetando a permeabilidade. Um estudo hidráulico demonstrou risco mínimo
de migração de gás para o exterior. Por último, dois casos reais foram investigados,
litologia heterogênea e uma caverna irregular baseada em dados de sonar. Os
resultados evidenciaram alguns desafios na operação de cavernas. / [en] Over the years, energy has been highly dependent on non-sustainable
resources. However, global warming and the energy crisis urge for investments in
renewable energy resources, such as hydrogen. The gas must be stored in a secure
medium to avoid migration to the external environment. Thus, this work focuses on
hydrogen storage in salt caverns, as these rocks present relevant properties for a
storage site, such as low permeability. A workflow for cavern analysis from
construction to operation is proposed, implemented, and applied to synthetic and
actual field cases. Hydrogen storage provokes variations in temperature and
pressure inside the cavern. The gas thermodynamics follows a diabatic solution,
which updates gas pressure and temperature to represent the field conditions. The
thermomechanical formulation is implemented into an in-house framework GeMA,
which couples different physics. Synthetic case studies include homogeneous
deposits and different cavern geometries. The results demonstrate the importance
of thermal effects, as temperature amplitudes may compromise rock integrity,
inducing tensile stresses and affecting its permeability. A hydraulic study
demonstrated minimal hydrogen migration risk. Finally, two real field conditions
were investigated, considering heterogeneous salt stratifications and a sonar-based
cavern geometry. The results highlight some integrity challenges to be faced during
cavern operation.
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