[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.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:puc-rio.br/oai:MAXWELL.puc-rio.br:64121 |
| Date | 26 September 2023 |
| Creators | WILLIAMS DIAS LOZADA PENA |
| Contributors | DEANE DE MESQUITA ROEHL |
| Publisher | MAXWELL |
| Source Sets | PUC Rio |
| Language | English |
| Detected Language | Portuguese |
| Type | TEXTO |
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