Μεθοδολογίες εκτίµησης κινδύνων και παρακολούθησης σχετικά µε τη γεωλογική αποθήκευση CO 2. ρ. Ν. Κούκουζας - Φ. ΖΙΩΓΟΥ

Transcript

1 ΑΝΘΡΩΠΙΝΑ ΙΚΤΥΑ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΠΙΜΟΡΦΩΣΗΣ «ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΥΝΑΜΙΚΟ ΓΙΑ ΤΗΝ ΜΕΙΩΣΗ ΤΩΝ ΕΚΠΟΜΠΩΝ ΙΟΞΕΙ ΙΟΥ ΤΟΥ ΑΝΘΡΑΚΑ ΥΝΑΤΟΤΗΤΕΣ ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΤΩΝ ΕΛΛΗΝΙΚΩΝ ΕΠΙΧΕΙΡΗΣΕΩΝ» Μεθοδολογίες εκτίµησης κινδύνων και παρακολούθησης σχετικά µε τη γεωλογική αποθήκευση CO 2 ρ. Ν. Κούκουζας - Φ. ΖΙΩΓΟΥ Αθήνα, Ιούλιος 2008

2 Περιεχόµενα Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης / ιαχείριση κινδύνων Εκτίµηση κινδύνων και αποτελεσµατικότητας Χρονοδιάγραµµα παρακολούθησης και τεχνικές IEA GHG WEYBURN ΕΡΓΟ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ CO2 Συµπεράσµατα

3 Η διαχείριση κινδύνων προσφέρει µια πλήρη και κατανοητή διαδικασία για τη λήψη αποφάσεων σχετικά µε τον εντοπισµό, ανάλυση και έλεγχο κάθε τύπου κινδύνου σχετικά µε την υγεία, την ασφάλεια και το περιβάλλον

4

5 Κατά τη φάση προετοιµασίας Χαρακτηρισµός του χώρου µε τη χρήση καθιερωµένων τεχνολογιών: σεισµικά, καταγραφές, παρακολούθηση Γεωµηχανικός χαρακτηρισµός του ταµιευτήρα, καθορισµός των ορίων του υδροφορέα,, αξιολόγηση υπαρχόντων ρωγµών χαρακτηρισµός των υδροφορέων και εκτίµηση της µεταξύ τους σύνδεσης Αποτύπωση παλαιών γεωτρήσεων και σχεδιασµός των κατάλληλων µέτρων για αποφυγή πιθανών διαρροών Σχεδιασµός και ολοκλήρωση των γεωτρήσεων έγχυσης και παρακολούθησης Σχεδιασµός συστήµατος παρακολούθησης υπεδάφους και επιφάνειας για παρακολούθηση τυχόν µικροσεισµών κατά την έγχυση και πιθανών διαρροών και σχεδιασµός συνεχούς σεισµικής παρακολούθησης των κινήσεων CO2

6 Ηφάση λειτουργίας περιλαµβάνει: Προσοµοίωση της προβλεπόµενης κίνησης CO2 σε βραχυπρόθεσµο χρονικό ορίζοντα Λειτουργία της εγκατάστασης όπως ορίστηκε στη φάση προετοιµασίας Παρακολούθηση της λειτουργίας µε σκοπό την επαλήθευση της βραχυπρόθεσµης πρόβλεψης και τη λήψη των απαραίτητων διορθωτικών µέτρων Η φάση κλεισίµατος του τόπου αποθήκευσης περιλαµβάνει: Την εκτίµηση κινδύνων σε µακροπρόθεσµη βάση Την απόφαση για τη διάρκεια παρακολούθησης του τόπου

7 Κίνδυνος Εκτίµηση κινδύνων Η πιθανότητα ατυχήµατος, φθοράς ή απώλειας Εκτίµηση κινδύνων για γεωλογική αποθήκευση CO2 Πρόκειται για τη διαδικασία που αξιολογεί την σηµαντικών αρνητικών επενεργειών στο γύρω περιβάλλον, τους ανθρώπινους πληθυσµούς ή χρήστες της γύρω βιόσφαιρας από την έκθεση σε ρεύµα CO2 Με ποιο τρόπο? Για την αξιολόγηση των κινδύνων που σχετίζονται µε τη γεωλογική αποθήκευση CO2, θα πρέπει να λαµβάνονται υπόψη δυνητικοί κίνδυνοι λόγω συγκεκριµένου γεγονότος σε συνδυασµό µε την πιθανότητα να συµβεί αυτό το γεγονός Κίνδυνος = πιθανότητα x µη αποδεκτές συνέπειες

8 Εκτίµηση κινδύνων Κατά την εκτίµηση κινδύνων προσδιορίζονται οι κίνδυνοι και ποσοτικοποιούνται οι συνέπειες. Η πολυπλοκότητα των µοντέλων εξαρτάται από τα γεωλογικά χαρακτηριστικά του χώρου αποθήκευσης Ο ορισµός του πλαισίου εκτίµησης αποτελεί το πρώτο βήµα της διαδικασίας Με βάση τα αποτελέσµατα από την εκτίµηση κινδύνων θα αναπτυχθεί κατάλληλο σχέδιο παρακολούθησης και σχέδιο διορθωτικών µέτρων Τα αποτελέσµατα από την παρακολούθηση στοχεύουν στην επαλήθευση των πορισµάτων από την εκτίµηση κινδύνων καθώς και εάν είναι απαραίτητο στην τροποποίηση των µοντέλων αξιολόγησης

9 ΠΛΑΙΣΙΟ ΕΚΤΙΜΗΣΗΣ ΚΙΝ ΥΝΩΝ Κριτήρια αποδοχής κινδύνων (ποσοτικά κριτήρια σχετικά µε αποδεκτά επίπεδα έκθεσης σε ρεύµα CO2 και αποδεκτές συνέπειες για την υγεία, ασφάλεια και περιβάλλον πχ. Μέγιστη αποδεκτή συγκέντρωση CO2, συγκεντρώσεις βαρέων µετάλλων κλπ. Συγκρότηµα αποθήκευσης: πρέπει να περιγραφεί ξεκάθαρα η διαδικασία της γεωλογικής αποθήκευσης Χώρος αποθήκευσης: λεπτοµερής γεωλογικός και γεωγραφικός χαρακτηρισµός του συστήµατος αποθήκευσης περιλαµβανοµένων παρελθοντικών ανθρωπογενών δραστηριοτήτων στην περιοχή

10 Εκτίµηση αποτελεσµατικότητας Πρόκειται για τη διαδικασία αξιολόγησης της αποτελεσµατικότητας στοιχείων της γεωλογικής αποθήκευσης που σχετίζονται µε ένα η περισσότερα πρότυπα αποτελεσµατικότητας Αποτελεσµατικότητα = Βαθµός διαρροής από τον ταµιευτήρα (3D flux)

11 Μεθοδολογία εκτίµησης κινδύνων για τη γεωλογική αποθήκευση CO2 1. scenario analysis 2. model development 3. consequence analysis

12 Scenario analysis (FEPs) Features: φυσικά χαρακτηριστικά ή ιδιότητες του συστήµατος όπως λιθολογία, πορώδες, γεωτρήσεις, ρήγµατα κλπ Events: γεγονότα που µπορεί να επιδρούν σε ένα ή περισσότερα στοιχεία του συστήµατος όπως σεισµοί, γεωτρήσεις, διαροές σε σωληνώσεις κλπ Processes: φυσικοχηµικές διαδικασίες που επηρεάζουν την εξέλιξη της αποθήκευσης όπως διαχωρισµός ορυκτών, ροή υπόγειων υδάτων, συµπεριφορά CO2 και διάβρωση της κεφαλής των γεωτρήσεων

13 Risk assessment methodology for CO2 storage

14 Με χρήση του ορισµού του συγκροτήµατος αποθήκευσης από το πλαίσιο εκτίµησης κινδύνων τα FEPs ταξινοµούνται ώστε να εντοπιστούν αυτά που πιθανόν ή πολύ πιθανόν ενδέχεται να συµβούν Τµήµατα Ταµιευτήρας και υπερκείµενο αδιαπέρατο πέτρωµα Ζώνες εκτεθειµένες σε CO2 (υπόγεια ύδατα, έδαφος, υπέδαφος, ατµόσφαιρα) Γεωτρήσεις και ρήγµατα

15 Ανάπτυξη µοντέλου Για να αποφασιστεί ποιά FEPs θα περιληφθούν στην αξιολόγηση της απόδοσης/αποτελεσµατικότητας του συστήµατος αποθήκευσης. Περιλαµβάνει την ταξινόµηση λιγότερο σηµαντικών FEPs, τον εντοπισµό αυτών που θα επεξεργαστούν σε ποσοτικά µοντέλα αξιολόγησης και ποια FEPs θα θεωρηθούν ως κύρια στοιχεία των διαφορετικών σεναρίων

16 Ανάπτυξη µοντέλου : Weyburn Βασικό σενάριο (αναµενόµενη εξέλιξη του συστήµατος αποθήκευσης)

17 Ανάπτυξη µοντέλου : Weyburn Εναλλακτικά σενάρια που δείχνουν το αποτέλεσµα ανακριβών παραγόντων

18 Consequence Analysis: Consequences

19 Ανάλυση συνεπειών : Επίπεδο κινδύνου ΣΥΝΕΠΕΙΕΣ*ΠΙΘΑΝΟΤΗΤΑ= ΕΠΙΠΕ Ο ΚΙΝ ΥΝΟΥ

20 Ανάλυση συνεπειών: Πιθανότητα

21 Σκοπός της παρακολούθησης ιασφάλιση της υγείας και ασφάλειας της περιοχής Επαλήθευση των ποσοτήτων αποθηκευµένου CO2 Παρακολούθηση του αποθηκευµένου CO2 (simulation models) ιασφάλιση της αξιοπιστίας των µηχανισµών παγίδευσης Έγκαιρη ενηµέρωση για τυχόν αστοχία του συστήµατος αποθήκευσης Σύγκριση µεταξύ της πραγµατικής και της αναπαριστώµενης µε µοντέλο συµπεριφοράς του CO2 στον τόπο αποθήκευσης

22 Παρακολούθηση έργων αποθήκευσης CO2 Από αντίστοιχα έργα είναι προφανές ότι υπάρχουν πολλές τεχνικές παρακολούθησης οι οποίες είναι αποτελεσµατικές σε διάφορες συνθήκες Απαιτείται η µοντελοποίηση και παρακολούθηση για να διασφαλιστεί η ικανοποιητική λειτουργία του συστήµατος αποθήκευσης παρά τις πιθανή αρχική ανακρίβεια Η εµπειρία από την παρακολούθηση θα αποσαφηνίσει τις συνθήκες για µακροπρόθεσµη ασφαλή αποθήκευση CO2

23 Τύποι παρακολούθησης

24 Παραδείγµατα τεχνικών παρακολούθησης Monitoring group Engineering Geophysical Geochemical Geodetic Biological Monitoring technologies Pressure, temperature, well tests Seismics (3D), micro seismicity, gravimetry,, electro-magnetic, self- potential, physical well logging Production water & gas analysis, tracers, overburden fluids, direct measurements Geodetic, tilt measurements, satellite interferometry,, airborne sensing Microbial, vegetation changes Compartment Wells Reservoir and back - ground system, wells Reservoir and surface system Surface system Surface and background system Οι µετρήσεις επαναλαµβάνονται ανά τακτά χρονικά διαστήµατα ή

25 The definition of long-term is based on perceived risk of leakage, which is expected to decrease towards a stable condition as the pressure decays after injection ceases Εθνικό Κέντρο Έρευνας και Τεχνολογικής Ανάπτυξης / Monitoring timeframe

26 Ανάλυση κινδύνων IEA GHG WEYBURN ΕΡΓΟ ΠΑΡΑΚΟΛΟΥΘΗΣΗΣ ΚΑΙ ΑΠΟΘΗΚΕΥΣΗΣ CO2 Ανάλυση: Οδών διαρροής CO2 σε µακροχρόνιο ορίζοντα Συνεπειών του CO2 στις υδροχηµικές και ορυκτολογικές ιδιότητες των πετρωµάτων του ταµιευτήρα 1. Γεωλογικός χαρακτηρισµός του γεώσφαιρας και βιόσφαιρας 2. Πρόβλεψη, παρακολούθηση και επαλήθευση των κινήσεων του CO2 3. Προβλέψεις δυναµικού, κατανοµής αποθήκευσης του CO2 και εφαρµογή των οικονοµικών ορίων 4. Μακροπρόθεσµη αξιολόγηση των κινδύνων στον χώρο αποθήκευσης

27 Γεωλογικός χαρακτηρισµός του γεώσφαιρας και βιόσφαιρας Το πεδίο Weyburn αποτελεί τεκτονικά σταθερή περιοχή Το µοντέλο του συστήµατος στην περιοχή µελέτης του έργου Τα περισσότερα τεκτονικά ρήγµατα στην ευρύτερη περιοχή έχουν περιορισµένο χαρακτήρα Παρατηρήθηκαν επίσης µεγαλύτερης κλίµακας ρήγµατα, ένα εκ των οποίων έχει περιληφθεί στο γεωλογικό µοντέλο που χρησιµοποιήθηκε για την αξιολόγηση των κινδύνων, χωρίς όµως να αποδεικνύεται ότι επηρεάζει την ακεραιότητα του ταµιευτήρα τα τελευταία 50 εκατοµµύριο χρόνια

28 Γεωλογικός χαρακτηρισµός του γεώσφαιρας και βιόσφαιρας Η γεωλογική διάταξη του ταµιευτήρα πετρελαίου στο Weyburn κρίθηκε ιδιαίτερα κατάλληλη για την µακροπρόθεσµη και ασφαλή αποθήκευση του CO2 Το αναπτυγµένο γεωλογικό µοντέλο Τα αρχικά πετρώµατα που παρέχουν στεγανότητα στον ταµιευτήρα εµφανίστηκαν ασφαλή µε έλλειψη ασυνεχειών Η έλλειψη διασταυρούµενης ροής στην περιοχή Weyburn δείχνει ότι τα ρευστά του γεωλογικού σχηµατισµού καθώς επίσης οποιαδήποτε εισαγόµενα ρευστά όπως το CO2, θα µείνουν εγκλωβισµένα µέσα στους αντίστοιχους υδροφόρους ορίζοντες

29 Πρόβλεψη,, παρακολούθηση και επαλήθευση των κινήσεων CO2 Προβλέψεις για την µετακίνηση του CO2 µε βάση προσοµοιώσεις ροής χρησιµοποιώντας το µοντέλο του ταµιευτήρα στο πεδίο Weyburn Η παρακολούθηση της εισαγωγής CO2 στο πεδίο Weyburn περιλαµβάνει σεισµικές και γεωχηµικές µεθόδους Η σεισµική παρακολούθηση - P-wave time-lapse είναι ιδιαίτερα ευαίσθητη στην παρουσία αερίου πλούσιο σε CO2, ακόµη και σε χαµηλά επίπεδα κορεσµού (5-10%), ενώ η επίδραση της πίεσης εµφανίζεται ως δευτερεύοντας παράγοντας

30 Πρόβλεψη, παρακολούθηση και επαλήθευση των κινήσεων του CO2 Μέση τιµή κορεσµού σε CO2 περίπου ~20% σε όλο τον ταµιευτήρα προσδιορίστηκαν από το εύρος των σεισµικών ανωµαλιών των P-κυµάτων Predicted CO2 saturation at 2 years after start of injection Οι αλλαγές στη σύσταση των ρευστών και αερίων κατά τη διάρκεια του χρόνου, υποδεικνύουν µια αλληλεπίδραση µεταξύ των ρευστών του ταµιευτήρα, του εισαγόµενου CO2 και των ορυκτών του ταµιευτήρα

31 Προβλέψεις δυναµικού, κατανοµής αποθήκευσης του CO2 και εφαρµογή των οικονοµικών ορίων Κύριος µηχανισµός παγίδευσης και αποθήκευσης CO2 αποτελεί η παγίδευση του υπερκρίσιµου CO2 ως ξεχωριστή φάση, ενισχυόµενη από γεωχηµικές αντιδράσεις Επιπρόσθετη αποθήκευση CO2: παγίδευση µέσω διάλυσης σε νερό Mt CO2 παγίδευση µέσω ιονικής διάλυσης σε νερό Mt CO2 παγίδευση µέσω ορυκτοποίησης Mt CO2. Κατανοµή CO2 µετά από 5000 έτη µε βάση γεωχηµική προσοµοίωση του ταµιευτήρα

32 Μακροπρόθεσµη εκτίµηση κινδύνων του χώρου αποθήκευσης Μετά από 5000 έτη, το συνολικό ποσό του CO2 που διαφεύγει από τον ταµιευτήρα είναι 26,8% του αρχικού ποσού των 21 Μt CO2 στο τέλος του έργου CO2-rich gas phase movement in the Marly and Vuggy layers Το 18,2% κινείται µέσα στη γεώσφαιρα κάτω από τον ταµιευτήρα κυρίως λόγω υδροδυναµικών δυνάµεων Το 8,6% διαφεύγει πλευρικά στον ταµιυτήρα Midale έξω από την περιοχή που εκτελείται EOR Το 0,02% διαχέεται στο Midale Caprock, χωρίς να εισέρχεται στον πόσιµο υδροφόρο ορίζοντα για τα επόµενα 5000 έτη

33 Συµπεράσµατα Η χρήση της εκτίµησης κινδύνων σχετικά µε τη γεωλογική αποθήκευση CO2 είναι απαραίτητη για τη διασφάλιση της ασφάλειας και αποδοχής της γεωλογικής αποθήκευσης ως εφικτού µέσου για την αντιµετώπιση της κλιµατικής αλλαγής Η εκτίµηση της απόδοσης περιλαµβάνεται στην εκτίµηση κινδύνων ως «γεωµηχανικό» στοιχείο Η εκτίµηση κινδύνων σχετικά µε τη γεωλογική αποθήκευση CO2 είναι ακόµη υπό ανάπτυξη Ο υπολογισµός της τάξης των κινδύνων ενός συγκεκριµένου χώρου αποθήκευσης και η παρακολούθηση του κατά τη λειτουργία του και το πέρας των εργασιών απαιτεί τον ορισµό αποδεκτών επιπέδων κινδύνου Η παρακολούθηση αποτελεί αδιάσπαστο µέρος κάθε έργου αποθήκευσης CO2