천연가스의 종류, 운송방법 및 특성

1.천연가스의 운송방법 및 특성

 

NG Natural Gas 일반 기체상태의 천연가스

 

LNG Liquefied Natural Gas 액화천연가스 NG를 -162°C의 상태에서 약 600배로 압축하여 액화시킨 상태의 가스로서 정제 과정을 거쳐 순수 메탄의 성분이 매우 높고 수분의 함량이 없는 청정연료. 초대형 LNG 전용 운반선으로 수송할 수 있다. 우리나라의 경우 해외 천연가스 산지의 LNG 공장에서 액화시킨 것을 LNG선으로 도입하고, 이를 LNG 공장에서 기체화 시킨 후에 파이프를 통해 발전소나 수용가에 공급하고 있다.

 

CNG Compressed Natural Gas 압축천연가스 NG를 200~250배로 압축하여 압력용기에 저장한 가스. 운반해 온 LNG를 상온에서 기화시킨 후 압축하면 CNG가 만들어지는데, 이 과정에서 부피가 늘어나 LNG의 3배가 된다. 같은 크기의 연료탱크에 실을 수 있는 천연가스는 CNG가 LNG의 1/3밖에 안 된다. CNG를 연료로 사용하면 냉각과 단열 장치에 필요한 비용을 절감할 수 있어 LNG에 비해 경제적이다.

 

PNG Pipe Natural Gas NG를 산지로부터 파이프로 공급받아 사용하는 가스. 대형가스관을 통해 운송되는 천연가스를 말한다. PNG방식은 배로 실어오는 액화천연가스(LNG)나 압축천연가스(CNG) 방식보다 경제성이 훨씬 높다. PNG 방식은 수송원가가 LNG와 CNG보다 훨씬 적게 든다.

2.파이프라인 운송

파이프라인 운송이란, 파이프를 통해 일반적으로 소비를 위한 시장 지역으로 액체 또는 가스등을 장거리 운송하는 것. 전 세계 120개국 총 3500000km이상의 파이프라인이 존재한다.

파이프라인은 주로 땅속에서 설치하므로 파이프라인 운송은 기후의 영향을 거의 받지 않으며, 대향의 화물을 매우 저렴하고 안전하게 운반할 수 있다. 그러나 운송 시간이 매우 오래 걸리는 단점이 있다. 파이프라인은 일반적으로 대량의 석유, 정제된 석유 제품 또는 천연 가스를 운송하는 가장 경제적인 방법으로 평가받는다.

미국이 65% 러시아가 8% 캐나다가 3%를 차지하며 전세계 75% 파이프라인이 이 세국가에 있다. 미국에서는 원유 및 석유 제품의 70%가 파이프라인을 통해 운송된다. (약 23%는 선박, 4%는 트럭, 3%는 철도) 캐나다에서 천연가스 및 석유 제품의 경우에는 97%가 파이프라인을 통해 운송된다.

파이프라인 수송의 특징은 대량운송이 가능하다는 점과 원거리, 중거리의 운송거리 운송 운임이 가장 낮고, 기후 영향이 거의 없고, 안전성은 매우 높다는 점. 중량 제한이 없다는 것 또한 특징이다. 다만 운송 시간이 매우 길다.

 

3.압축 천연가스 운송

NG를 액화시켜 운송하는 LNG와 NG를 압축시켜 운송하는 CNG

압축천연가스 CNG는 상대적으로 액화 천연가스 LNG보다는 적은 양을 운송하게 된다.

CNG는 주로 시내버스의 연료로 사용된다. 경유에 비해 탄소배출이 적어 친환경적이기 때문이다. LNG는 천연가스의 부피를 크게 줄일 수 있다는 장점이 있지만 버스나 자동차의 연료로 이용하는 데는 한계가 있다. LNG를 보관하려면 액체질소 발생기가 필요한데, 천연가스의 운반선과 달리 버스는 몸체가 작고 또 빠른 속도로 움직여야 된다. 이런 이유로 버스에 액체질소 발생기를 장착하는 것은 불가능하다. 그래서 천연가스를 200~250기압으로 압축한 CNG를 대신 쓴다. 기체를 쓰다 보니 액체에 비해 저장용량이 적으므로, 택시에는 LPG 통이 1개면 되는데, 시내버스에는 CNG 통이 8개나 필요하다.

 

4. 천연가스 지중저장

 유연성과 탄력성을 위해 필수적인 시설

천연가스의 저장은 수요가 적은 기간에는 저장소에 주로 주입되고, 수요가 많아지면 다시 회수된다. 보통 수요가 적은 여름에는 즉시 시장화가 가능하지 않은 가스를 저장하고, 수요가 많은 겨울철에 공급하기위해 저장소를 사용한다. 특히 우리나라도 수급불안을 고려하여 천연가스 긴급대응분을 15~20일분 수준으로 저장하기위해 지하저장방식 저장소를 필요로 한다.

< 계절에 따라 변화하는 미국의 천연가스 저장량 >

 

UGS(underground gas storage)로 지질조건에 따라 폐 유전/가스전(Depleted Reservoir) 대수층(Aquifer) 암염(cavern) 방식으로 분류된다.

 

폐 유전/가스전(Depleted Reservoir) 천연가스의 지하 저장의 가장 두드러지고 흔한 형태다. 경제적으로 회복 가능한 가스의 전부 또는 일부를 생산한 천연 가스전의 저수지 형성물이다. Depleted Reservoir 형성은 곡물 사이의 공극 공간에 충분한 양의 주입된 천연가스를 (높은 다공성을 통해), 충분한 경제적 속도로 천연가스를 저장 및 공급할 수 있어야 하며, 천연가스가 다른 형태로 이동하여 손실되지 않도록 억제되어야 한다. 또한 암석(저장소와 밀봉 모두)은 천연가스를 저장소에 주입할 때 압력이 증가되는 반복적인 사이클을 견딜 수 있어야 하며, 천연가스가 생성될 때 압력이 감소하는 역순환을 견딜 수 있어야 한다. 폐유전/가스전(Depleted Reservoir)은 지질학자와 석유 기술자들에 의해 지질학적, 물리적 특성이 이미 연구되어 잘 알려져 있다는 장점이 있다. 결과적으로, 폐 유전/가스전(Depleted Reservoir)은 일반적으로 3가지 유형의 지하 저장고 중 가장 저렴하고 개발, 운영 및 유지보수가 가장 쉽다.

 

대수층(Aquifer)은 지하에 있고 다공성이고 투과성이 있는 암석으로 천연 저장소의 역할을 한다. 따라서 천연가스 저장에 사용될 수 있다. 일반적으로 이런 시설은 폐 유전/가스전(Depleted Reservoir)처럼 연간 주기로 운영된다. 대수층 형성의 지질학적, 물리적 특성은 사전에 알려져 있지 않으며, 이를 조사하고 천연가스 저장에 대한 대수층의 적합성을 평가하는데 상당한 투자를 해야 한다. 대수층이 적합할 경우 모든 관련 기반시설을 처음부터 개발해야 해 고갈된 저수지 대비 개발비가 높아진다. 대수층 저장은 일반적으로 가장 바람직하지 않고 가장 비싼 형태의 천연가스 저장시설이다.

 

암염 저장 (salt cavern)은 천연가스 저장소에 적합하다. 암염 굴은 특별히 추출하지 않는 한 주입된 천연 가스의 유출이 거의 없고, 가스에 강하고 불침투적이다. 암염이 발견되고 인위적으로 가스 저장 시설을 만든다. 암염 저장 (salt cavern)은 대량의 가스를 저장할 수 없다. 그러나 소금 동굴로부터의 전달력(deliverability)은 대수층이나 폐 유전/가스전(Depleted  Reservoir)의 경우보다 훨씬 높다. 이것은 암염저장소에 저장된 가스를 더 쉽고 빠르게 회수하고 보충할 수 있게 해준다. 전달력(deliverability)은 대수층이나 폐 유전/가스전(Depleted Reservoir)의 경우보다 더 빠른 사이클 타임을 가져 비상 상황이나 예상치 못한 수요 급증의 상황에 유용하다.

 

<3 가지 방식의&nbsp; 1 년 사이클 횟수 비교 >

 

 

< 미국의 천연가스 지하 저장소 위치>