Bygger modeller for sikker CO2-transport

  Hugo Ryvik
10. juni 2013

Bedre modeller enn det som fins i dag må til for å designe rør for sikker transport av CO2 over lange avstander. Norske forskere gir modellene det nødvendige løftet. (Prosjekt 189978 )
 

Lagring av CO2 i store mengder krever at det blir bygd store transportrørsystemer som kan transportere gassen sikkert fra kilden til lagringsstedet. Når rørsystemene blir designet, er det nødvendig å regne på hva som kan skje hvis det oppstår en lekkasje og andre forhold som er knyttet til sikkerhet og drift.

Gode modeller for flerfasestrømning, det vil si gasser og væsker i bevegelse, er nødvendig for slike beregninger. Programvare som kan gjøre jobben for CO2 og CO2-blandinger er imidlertid ikke hyllevare i dag, og kunnskapen er mangelfull.

I et prosjekt som heter CO2 Dynamics utvikler forskere fra SINTEF metoder og kunnskap for bedre design og drift av CO2-transportsystemer. Avanserte strømningsmodeller med ligninger som har 100-vis av ledd i omfattende numeriske beregninger blir analysert og utviklet.

Geir Skaugen.jpg
 

Forskere i CO2 Dynamics diskuterer simuleringer av trykkavlastning av et CO2-transportrør. F.v. Geir Skaugen, Svend Tollak Munkejord (prosjektleder), Alexandre Morin og Morten Hammer. Foto: Svein Tønseth.

Har utviklet en god modell

Forskerne undersøker eksisterende modeller for strømning, dynamikk og transportegenskaper, forbedrer disse, og setter dem sammen i en felles modell.

– Vi har nå klart å sette sammen en lovende modell for strømning av CO2 og CO2-blandinger ved trykkavlasting av rør, en robust og nøyaktig kopling mellom modeller for strømning og termodynamikk, sier Svend Tollak Munkejord, sjefsforsker ved SINTEF Energi og prosjektleder for CO2 Dynamics.

Hva skjer når det blir lekkasje?

I prosjektet blir flere forhold studert. Hvis det for eksempel oppstår en CO2-lekkasje, blir røret sterkt nedkjølt. Da kan rørmaterialet bli sprøtt og sprekke.

I og med at trykket påvirker temperaturen, må modellene kunne regne både på selve transporten og på trykkbølger for å kunne beregne hva som vil skje.

Urenheter spiller også sterkt inn. Selv små mengder av andre stoffer i gassen påvirker egenskapene, og den CO2-en som kommer fra fangstanleggene kommer ikke til å være 100 prosent ren. Det må modellene også ta hensyn til.

Bedre stoffkunnskap

I prosjektet er en stor og nøyaktig database med eksperimentelle data for termodynamiske stoffegenskaper utviklet fra tilgjengelig litteratur.

Etablerte, hyppig brukte modeller er også tilpasset for å kunne gi en mer nøyaktig beskrivelse av gass-væske-blandinger av CO2 med urenheter.

Beregner lydfarten

Forskerne har i tillegg sett på hvor fort trykkbølger forplanter seg gjennom røret når trykket i røret faller brått. Det kan skje når det oppstår enn lekkasje eller under trykkavlasting. Det er viktig å kunne regne på dette for å få sikker design og drift av CO2-rørledninger.

Bølgeforplantingshastigheten, eller lydfarten, er en funksjon av trykk og temperatur, og hva som fins i røret i tillegg til CO2. Både en strømningsmodell og en termodynamisk modell er nødvendig for å beregne lydfarten.

– Vi har avdekket at lydfarten blant annet er avhengig av hva vi antar om faseovergang, det vil si fordampning og kondensering. Hvis vi antar at vi har full faselikevekt, som betyr at faseovergangen skjer øyeblikkelig, så sier modellen at bølgene går saktere. Hvis vi antar at faseovergangen tar litt tid, så sier modellen at bølgene går fortere, sier Munkejord.

Han understreker at bedre målinger må til for å slå fast om det skal være full likevekt eller ikke

Finner balansen mellom nøyaktighet og hurtighet

Et annet område forskerne ser på er forholdet mellom hurtighet og nøyaktighet for de termodynamiske modellene. Nøyaktige modeller er veldig trege, mens mindre nøyaktige modeller er raske.

Hurtighet er særlig viktig når modellene blir brukt i strømningsberegninger, som er mer krevende enn vanlige prosessberegninger.

– Vi har funnet noe vi tror er et godt kompromiss mellom regnenøyaktighet og hurtighet, forteller Munkejord.

Praktiske forsøk med gass i rør blir ikke utført i prosjektet. Det vil si at modellene som blir utviklet ikke kan bli validert i dette prosjektet. En videre utvikling av modellene for praktisk bruk vil være en naturlig fortsettelse å jobbe med etter dette prosjektet.

Første PhD-avhandling i september

Prosjektet har to PhD-kandidater som disputerer i september i år og april neste år. Den ene jobber med strømningsmodeller, og den andre med termodynamiske modeller. I tillegg har tre masterstudenter blitt veiledet, og en postdoc er ferdig.

Resultatene fra prosjektet blir lagt fram på CCS-konferansen i Trondheim i juni. Resultater er også publisert i artikler i viktige internasjonale journaler, og CO2 Dynamics holdt et foredrag på klimakonferansen GHGT-11 i Kyoto i november 2012.

Flere forskningsprosjekter innenfor transport

I tillegg til CO2 Dynamics støtter CLIMIT-FoU seks andre CO2-transport-prosjekter. To andre er nettopp avsluttet. Forskerne i SPT Group Norway og Institutt for energiteknikk har jobbet med å tilpasse sim​uleringsv​erktøyet OLGA til CO2 ved hjelp av en testrigg på Kjeller. En prototyp er utviklet, og nå går det mot kommersialisering.

Et annet viktig prosjekt er CO​2 I​T IS, der Statoil har fått ​​ny kunnskap om hvordan CO2 oppfører seg under transport i rør, som det har vært mye usikkerhet om. To testrigger er bygd hos Statoil på Rotvoll i Trondheim for å finne ut av problematikken. Nå er prosjektgruppen i gang med et nytt prosjekt støttet av CLIMIT-Demo.

Fakta om prosjektet


Navn: CO2 Dynamics - Fundamental aspects of transport and injection of CO2 with impurities
 

Prosjektleder: SINTEF Energi AS
 ​​​

Samarbeidspartnere: Gassco, NTNU, Statoil, Vattenfall
 

Budsjett: 26,5 millioner kroner
 

Finansiering fra CLIMIT: 19 millioner kroner
 

Tidsrom: 2009-2013

​ 


 

 


CLIMIT © 2017