Μελέτη της επίδρασης των μη συμβατικών πηγών φυσικού αερίου στο ενεργειακό σύστημα σε παγκόσμιο και ευρωπαϊκό επίπεδο.

Abstract

Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης των μη συμβατικών πηγών φυσικού αερίου σε βασικές μεταβλητές του ενεργειακού συστήματος και του περιβάλλοντος σε παγκόσμιο επίπεδο. Οι μεταβλητές αυτές περιλαμβάνουν την παγκόσμια τιμή φυσικού αερίου, τον λόγο των παγκόσμιων αποθεμάτων προς την παγκόσμια παραγωγή (R/P ratio) του φυσικού αερίου, την πρωτογενή ζήτηση των ορυκτών καυσίμων (φυσικό αέριο, άνθρακας, πετρέλαιο), τα μερίδια των τεχνολογιών στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας, κατασκευάσαμε ένα μοντέλο με τη βοήθεια του στατιστικού προγράμματος E-VIEWS 6 για την στοχαστική μοντελοποιήση των πόρων μη συμβατικού αερίου. Οι τρεις κύριοι τύποι μη συμβατικού αερίου είναι το σχιστολιθικό αέριο (shale gas), το έγκλειστο αέριο (tight gas) και το μεθάνιο από κοιτάσματα γαιανθράκων (coalbed methane). Στη συνέχεια μοντελοποιήσαμε στοχαστικά τους συντελεστές απόληψης (recovery factors) για τα τρία αυτά είδη μη συμβατικού αερίου. Έτσι, καταφέραμε να δημιουργήσουμε την στοχαστική κατανομή των αποθεμάτων (reserves) των τριών τύπων μη συμβατικού αερίου. Τέλος, ενσωματώσαμε τις στοχαστικές οικονομετρικές εξισώσεις που προέκυψαν στο στοχαστικό ενεργειακό μοντέλο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ που αναπτύχθηκε στο εργαστήριο E3MLab του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου. Προκειμένου να εξετάσουμε την επίδραση της διεύρυνσης της παγκόσμιας προμήθειας φυσικού αερίου με την προσθήκη των αποθεμάτων μη συμβατικού αερίου στο παγκόσμιο ενεργειακό σύστημα δημιουργήσαμε δύο σενάρια. Στο σενάριο αναφοράς θεωρήσαμε ότι δεν υπάρχει εκμετάλλευση των παγκόσμιων πόρων μη συμβατικού αερίου καθώς δεν ξεπερνιούνται περιβαλλοντικά, οικονομικά, τεχνικά και κοινωνικά εμπόδια. Επιπλέον, στο σενάριο αυτό είναι περιορισμένες οι γεωλογικές γνώσεις για τα κοιτάσματα μη συμβατικού αερίου ενώ σε πολλές χώρες υπάρχει απαγόρευση της τεχνολογίας που είναι απαραίτητη για την εξόρυξη του ενώ σε όλον τον κόσμο επιβάλλονται αυστηροί περιορισμοί για διερευνητικές γεωτρήσεις. Αντίθετα, στο σενάριο εκμετάλλευσης των παγκόσμιων πόρων μη συμβατικού αερίου, οι συνθήκες είναι ευνοϊκές για την εκμετάλλευση των μη συμβατικών πηγών φυσικού αερίου. Στο σενάριο αυτό θεωρήσαμε ότι υπάρχει πρόσβαση σε γεωλογικά δεδομένα σχετικά με μη συμβατικούς σχηματισμούς ενώ το κανονιστικό και ρυθμιστικό πλαίσιο ευνοεί τις επενδύσεις για εξερεύνηση κοιτασμάτων μη συμβατικού αερίου. Η τεχνολογία εξόρυξης μη συμβατικού αερίου σημειώνει πρόοδο με την πάροδο του χρόνου με την βοήθεια κατάλληλου εξοπλισμού και κατάλληλων μεθόδων. Επιπλέον, στα πλαίσια της παρούσας διπλωματικής εργασίας, μελετήσαμε την επίδραση της παραγωγής σχιστολιθικού αερίου στην ενεργειακή αγορά φυσικού αερίου της Ευρωπαϊκής Ένωσης και πιο συγκεκριμένα στην εξάρτηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης από το εισαγόμενο φυσικό αέριο. Η μελέτη αυτή έγινε στα πλαίσια της πολιτικής της Ευρωπαϊκής Ένωσης που έχει θέσει ως στόχο την ενίσχυση της ενεργειακής της ασφάλειας με σταδιακή απεξάρτηση από το εισαγόμενο φυσικό αέριο και τη δημιουργία νέων πηγών προμήθειας φυσικού αερίου. Κατασκευάσαμε ένα ντετερμινιστικό μοντέλο με τη βοήθεια του στατιστικού προγράμματος E-VIEWS 6 που περιλαμβάνει οικονομετρικές εξισώσεις για την εκτίμησης της τιμής του φυσικού αερίου στην Ευρώπη (ΕΕ-27, Νορβηγία, Ελβετία) και της παραγωγής συμβατικού και σχιστολιθικού αερίου στην Ευρώπη. Ενσωματώσαμε αυτές τις πρόσθετες οικονομετρικές εξισώσεις στο ενεργειακό μοντέλο ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ προκειμένου να υπολογίσουμε την συνολική παραγωγή αερίου, τις εισαγωγές αερίου και τον βαθμό εξάρτησης της Ευρωπαϊκής Ένωσης από εισαγωγές φυσικού αερίου. Δημιουργήσαμε δύο σενάρια για να ποσοτικοποιήσουμε την επίδραση της παραγωγής σχιστολιθικού αερίου στην εξάρτηση της Ευρωπαϊκής Ένωσης από εισαγωγές φυσικού αερίου. Στο σενάριο αναφοράς θεωρήσαμε ότι μόνο η Πολωνία παράγει σχιστολιθικό αέριο σε ολόκληρη την Ευρωπαϊκή Ένωση ενώ η υστέρηση της Ευρωπαϊκής βιομηχανίας όσον αφορά την γεωλογική γνώση και την τεχνογνωσία ανάπτυξης των σχιστολιθικών σχηματισμών υλοποιήθηκε με την επιλογή ενός χαμηλού συντελεστή απόληψης των πόρων που διαθέτει η Πολωνία. Στο σενάριο παραγωγής σχιστολιθικού αερίου στην Ευρωπαϊκή Ένωση θεωρήσαμε ότι το πλαίσιο στην ΕΕ για την εκμετάλλευση των σχιστολιθικών κοιτασμάτων είναι ιδιαίτερα ευνοϊκό με κύριο στόχο της ενεργειακής πολιτικής της ΕΕ την απεξάρτηση από τις εισαγωγές φυσικού αερίου και την εκμετάλλευση των ενδογενών πηγών ενέργειας. Στο σενάριο αυτό υποθέσαμε ότι τα κράτη μέλη της ΕΕ διαθέτουν μεγάλη ποσότητα πόρων σχιστολιθικού αερίου, η δημόσια αποδοχή είναι ιδιαίτερα αυξημένη και ενθαρρύνει τη νέα αυτή πηγή ενέργειας ενώ το οικονομικό, ρυθμιστικό και φορολογικό πλαίσιο ευνοούν την εκμετάλλευση του σχιστολιθικού αερίου. Η μεταφορά της τεχνογνωσίας από τις ΗΠΑ στην ΕΕ και η πραγματοποίηση επενδύσεων σε υποδομές μεταφοράς και διανομής αερίου υλοποιήθηκε με την επιλογή υψηλού συντελεστή απόληψης των πόρων σχιστολιθικού αερίου. ΛΕΞΕΙΣ ΚΛΕΙΔΙΑ: Μη συμβατικές πηγές φυσικού αερίου, Σχιστολιθικό αέριο, Έγκλειστο αέριο, Μεθάνιο από κοιτάσματα γαιανθράκων, Στοχαστικό μοντέλο, ΠΡΟΜΗΘΕΑΣ, Οικονομετρικές εξισώσεις, Ευρωπαϊκή Ένωση

The scope of the present Thesis is the evaluation of the impact of unconventional gas resources in key variables of the energy-environment-economic system worldwide. These variables include the global price of natural gas, the ratio of reserves to production of natural gas, the primary demand for fossil fuels (natural gas, coal, oil), the fuel shares in the world power generation and the global GHGs emissions. We constructed a model by using the statistical program E-VIEWS 6 for the stochastic modeling of unconventional gas resources. The three main types of unconventional gas are shale gas, tight gas and coalbed methane. We also created the stochastic distribution of recovery rates for these three types of unconventional gas. So, we managed to create the stochastic distribution of the reserves of the three main types of unconventional gas. Finally, we incorporated the stochastic econometric equations in the world stochastic energy model “Prometheus”, which was developed in the laboratory of the National Technical University of Athens. To examine the effect of the enlargement of the world’s supply of natural gas by adding the reserves of unconventional gas on the global energy system, we created two scenarios. In the baseline scenario, we considered that there isn’t any exploration of global unconventional gas resources as environmental, economic, technical and social barriers cannot be overcome. Furthermore, the geological knowledge of unconventional gas deposits is limited, there is prohibition of the technology which is necessary for mining and many countries impose strict restrictions on exploratory drilling. In the scenario of exploitation of unconventional gas resources, conditions are favorable for the development of unconventional gas resources. In this scenario, there is access to geological data of unconventional gas formations, while the legislative and regulatory framework favors the investment for unconventional gas exploration. The extraction technology is progressing over time with the aid of suitable equipment and methods. Moreover, in the context of this Thesis, we studied the impact of shale gas in the natural gas energy market of the European Union and more specifically in the European Union’s dependence on imported natural gas. This approach is part of the European Union’s policy which has set as target to increase energy security through gradual independence on imported natural gas and to create alternative sources of gas supply. We constructed a deterministic model by using the statistical program E-VIEWS 6 which includes econometric equations for the estimation of the natural gas price in Europe and the production of conventional gas and shale gas in Europe. We incorporated these equations in the energy model “Prometheus” in order to calculate the total gas production, the gas imports and the degree of dependence of the European Union on gas imports. We created two scenarios to quantify the impact of shale gas in the Euopean Union’s gas dependence. In the baseline scenario, we determined that only Poland produces shale gas across the European Union and the European gas industry is lagging behind in terms of geological knowledge and expertise in the development of shale gas formations. In the scenario of shale gas production across all countries-members of the European Union, we considered that the framework in the European Union is particularly favorable for the exploitation of shale gas deposits and the main objective of the European Union’s energy policy is the independence on gas imports and the exploitation of indigenous energy sources. In this scenario, we assumed that the European Union Member States have a large amount of shale gas resources, public acceptance is booming and encourages this new energy source while the economic, regulatory and fiscal framework is conducive to the exploitation of shale gas. The know-how transfers from the U.S to the European Union while the investment in transportation infrastructure and distribution systems is applied with a high recovery factor of shale gas resources. Key words: Unconventional gas, Shale gas, Tight gas, Coalbed methane, Stochastic model, Prometheus, Econometric equations, European Union