Δέσμη διανομής ισχύος υποθαλάσσιου Κοντά

Η υποθαλάσσια διανομή ισχύος για τη μετακίνηση των εγκαταστάσεων παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου στο θαλασσινό νερό

Η υποθαλάσσια κατανομή ισχύος σε βάθος 3.000 μέτρων σύντομα θα είναι πραγματικότητα. Αυτό το καλοκαίρι, ένα πρωτότυπο πλήρους κλίμακας θα διεξάγει δοκιμασία 3.000 ωρών. Μετά από αυτό, αν υποτεθεί ότι όλα θα πάνε όπως είχε προγραμματιστεί, θα είναι καιρός για εμπορική εκτόξευση, ενδεχομένως με εκτεταμένες συνέπειες για τις εγκαταστάσεις παραγωγής παγκοσμίως. Μπορεί ακόμη και τελικά να κάνει ολόκληρη την πλατφόρμα παραγωγής topps μνήμη από το παρελθόν.

Ένας νέος σχεδιασμός για την υποδομή διανομής ενέργειας στις εγκαταστάσεις ανοικτής θάλασσας διαμορφώνεται επί του παρόντος στη Νορβηγία. Εδώ, η ABB και μια ομάδα συνεργατών αναπτύσσουν εξοπλισμό σχεδιασμένο για να καθίσει στον πάτο του ωκεανού, σε βάθη μέχρι 3.000 μέτρα, που λειτουργούν για έως και 30 χρόνια χωρίς συντήρηση. Το σύστημα διανομής ισχύος υποθαλάσσιας μπορεί να παρέχει έως και 100 megawatts (MW) και να διατίθεται σε απόσταση μέχρι 600 χιλιομέτρων. Το κοινό σχέδιο βιομηχανίας (JIP) είναι ένα συνεργατικό εγχείρημα μεταξύ της ABB και της Equinor με τους εταίρους της, Total και Chevron.

Το έργο στοχεύει στη βελτίωση των ποσοστών ανάκτησης για νέες εγκαταστάσεις ανοικτής θάλασσας και στην επέκταση της διάρκειας ζωής των υφιστάμενων περιουσιακών στοιχείων, χρησιμοποιώντας προηγμένες εγκαταστάσεις υποθαλάσσιων μονάδων αντί για παραδοσιακές πλατφόρμες και συστήματα πλωτών παραγωγών.

Οι σπόροι του έργου σπάρθηκαν το 2013, όταν η ABB ανατέθηκε να βελτιώσει το ποσοστό ανάκτησης στον τομέα Asgard στον νορβηγικό τομέα της Βόρειας Θάλασσας. Ο χειριστής, ο Equinor, είχε ανακαλύψει ότι η πίεση μέσα στο φρεάτιο πέφτει με ανησυχητικό ρυθμό, αν και τα υπόλοιπα αποθέματα ήταν σημαντικά. Η ABB παρείχε ενέργεια για εξοπλισμό συμπίεσης υποθαλάσσιου αερίου για τεχνητή ώθηση, η πρώτη του είδους.

Ελλείψει οποιασδήποτε κατανομής ισχύος στον πυθμένα της θάλασσας, κάθε αντλία και συμπιεστής είχε αρχικά ένα καλώδιο δεμένο πίσω σε μια πλωτή πλατφόρμα παραγωγής. Αυτό το ζήτημα εξετάστηκε στη συνέχεια και όλος ο εξοπλισμός διεργασίας βρίσκεται τώρα στον πυθμένα του βυθού και τροφοδοτείται από ένα μοναδικό καλώδιο με δομοστοιχειωτή κατανομή ισχύος.

Δημιουργήθηκε νέα έννοια
Το JIP δημιουργήθηκε για να αναπτύξει περαιτέρω αυτή την έννοια. Με υποδομή διανομής ενέργειας στον πυθμένα της θάλασσας, η μελλοντική υπεράκτια παραγωγή μπορεί να μην απαιτεί οποιεσδήποτε υπερκατασκευές ή πλωτά συστήματα παραγωγής, προσφέροντας σημαντικά οφέλη κόστους και ασφάλειας. Η ισχύς θα παρέχεται με ένα μόνο καλώδιο, αντί για ένα φορτίο. Όλος ο εξοπλισμός για τη διανομή μέσης τάσης, την μετατροπή ισχύος, τον αυτοματισμό και την βοηθητική ισχύ θα τοποθετηθεί σε υποστέγα. Ένα δομοστοιχειωτό σύστημα κατανομής ισχύος στο θαλασσινό νερό θα μεταφέρει αντλίες, συμπιεστές και άλλες εγκαταστάσεις επεξεργασίας.

Η πιθανή εξοικονόμηση είναι σημαντική. Σε ένα έργο με οκτώ διαφορετικά φορτία, όπως αντλίες ή συμπιεστές, εξοικονόμηση κεφαλαίου θα μπορούσε να είναι περίπου 500 εκατομμύρια δολάρια. Η αποδοτικότητα θα βελτιωθεί σημαντικά, καθώς τα φορτία είναι πιο κοντά στο πηγάδι. Θα πρέπει να είναι δυνατή η εξοικονόμηση έως και 30% στο καπελάκι και το ωραιοταξία κατά τη διάρκεια μιας ζωής 30 ετών.

Με την περαιτέρω ανάπτυξη, η ιδέα θα μπορούσε ενδεχομένως να οδηγήσει σε ένα αυτόνομο εργοστάσιο υποθαλάσσιας χρήσης, χρησιμοποιώντας ψηφιακές λύσεις για να επιτρέψει έξυπνες απομακρυσμένες και μη επανδρωμένες λειτουργίες. Αυτό θα μειώσει περαιτέρω το κατώφλι και το κελί, αυξάνοντας παράλληλα τα ποσοστά ανάκτησης, βελτιώνοντας την ασφάλεια, αυξάνοντας την αξιοπιστία, αυξάνοντας την παραγωγικότητα και ελαχιστοποιώντας τις περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η ισχύς μπορεί να παραδοθεί σε απόσταση μέχρι 600 χιλιομέτρων. Χρησιμοποιώντας αυτή την έννοια, μπορούν να επιτευχθούν σχεδόν όλοι οι γνωστοί πόροι του κόσμου.

(Εικόνα: ABB)

Μια τεχνική πρόκληση
Ενώ υπάρχει μια ισχυρή επιχειρησιακή περίπτωση για τη διάθεση εξοπλισμού διανομής ισχύος στον ωκεάνιο όροφο, αυτό δεν είναι το ίδιο με την παροχή τεχνικής λύσης. Πολλά εμπόδια έπρεπε να ξεπεραστούν για να ξεκινήσουν μια δοκιμή πλήρους πρωτοτύπου. Ο σχεδιασμός μιας υποδομής τροφοδοσίας που μπορεί να λειτουργήσει σε βάθος 3 000 μέτρων για 30 χρόνια σήμαινε σημαντικές τεχνικές προκλήσεις, καθώς οι συνθήκες λειτουργίας είναι εξαιρετικά σκληρές και απαιτούνται αξιόπιστες απαιτήσεις. Τίποτα παρόμοιο με αυτό δεν έχει γίνει ποτέ πριν και πολλές νέες ιδέες έχουν αποκτηθεί στην πορεία.

Το σύστημα αποτελείται από ένα σύστημα ελέγχου υποθαλάσσιων και χαμηλής τάσης, υποθαλάσσια διάταξη μεταγωγής τάσης μέσης τάσης και υποβρύχια μεταβλητή ταχύτητα μέσης τάσης. Στην αρχή του έργου, το μεγαλύτερο μέρος αυτού του εξοπλισμού δεν υπήρχε. Όταν πραγματοποιήθηκε μια πρώτη δοκιμή αβαθούς ύδατος το 2017, αυτή ήταν η πρώτη φορά που ένας κινητήρας μεταβλητής ταχύτητας μέσης τάσης είχε ποτέ λειτουργήσει κάτω από το νερό.

Αυτό το καλοκαίρι θα δει την έναρξη μιας δοκιμής 3000 ωρών σε ρηχά νερά με πρωτότυπο πλήρους κλίμακας - εξοπλισμό διανομής μέσης τάσης, ελέγχου και χαμηλής τάσης και δύο παράλληλους μεταβλητούς κινητήρες ταχύτητας (VSD). Το πρώτο εμπορικό σύστημα αναμένεται να τεθεί σε λειτουργία έως το 2023.

Μακροχρόνιες δοκιμές
Από την εξέταση του ρηχού νερού του 2017, τα στοιχεία έχουν επαληθευτεί, επανασχεδιαστεί και βελτιστοποιηθεί. Έχουν διεξαχθεί μακροπρόθεσμες δοκιμές σε επίπεδο συνιστωσών.

Μια σημαντική πρόκληση κατά τη διάρκεια της περιβαλλοντικής εξέλιξης και της δοκιμής ήταν να ληφθούν οι ακριβείς συνθήκες που θα οδηγούσαν σε απόκλιση δοκιμής, μεταβολή στη συμπεριφορά της συσκευής ή αξία συστατικού, ιδιαίτερα όταν αυτές οι αποκλίσεις ήταν διαλείπουσες και ήταν εμφανείς μόνο υπό τις σκληρότερες συνθήκες δοκιμής. Η εργασία αυτή πραγματοποιήθηκε συχνά σε εξειδικευμένες εγκαταστάσεις δοκιμών.

Όλα τα εξαρτήματα βασίζονται σε υπάρχοντα εξοπλισμό, προσαρμοσμένο για λειτουργία στη θάλασσα. Το έργο στοχεύει να χαρακτηρίσει τα βασικά δομικά στοιχεία να λειτουργούν με τις χαρακτηριστικές τιμές τάσης και ισχύος που χρησιμοποιούνται στην υποθαλάσσια επεξεργασία, καθώς και να λειτουργούν σε πολύ απαιτητικές υποθαλάσσιες συνθήκες. Όλα τα στοιχεία δοκιμάζονται σε API 17F. Αυτό περιλαμβάνει δοκιμές για τη θερμοκρασία, τις δονήσεις και την πίεση, καθώς και τις επιταχυνόμενες δοκιμές διάρκειας ζωής.

Οι δραστηριότητες του έργου ακολουθούν τις συστάσεις και το επίπεδο ετοιμότητας της τεχνολογίας (TRL) που ορίζεται στη διαδικασία DNV RP-A203. Αυτό παρέχει μια συστηματική προσέγγιση για να διασφαλιστεί ότι η τεχνολογία θα λειτουργεί αξιόπιστα εντός των καθορισμένων ορίων. Η εξέλιξη σε πρωτότυπο πλήρους κλίμακας σημαίνει ότι το έργο κινείται τώρα από το TRL3 στο TRL4.

Ισχύουν οι ισχύουσες απαιτήσεις για τον εξοπλισμό άνωσης, καθώς και το πρότυπο API17F για τα συστήματα ελέγχου παραγωγής υποθαλάσσιου σκάφους. Χρησιμοποιώντας αυτά τα πρότυπα και μεθόδους, το έργο έχει αναπτύξει τεχνολογίες συσκευασίας που επιτρέπουν την εύρωστη και οικονομικά αποδοτική κατανομή και μετατροπή ισχύος για χρήση στη θάλασσα. Ο στόχος είναι να παρασχεθεί στη βιομηχανία η απόδειξη ότι αυτή η τεχνολογία είναι έτοιμη προς χρήση.

Ισχυρός ελεγκτής
Ενώ το σύστημα ελέγχου βασίζεται σε υπάρχοντα προϊόντα, η τεχνολογία έπρεπε να αναβαθμιστεί και να τροποποιηθεί σημαντικά. Το σύστημα χρειάστηκε επίσης ένα εντελώς νέο σχέδιο περίφραξης. Παρόλο που υπάρχουν ήδη υποθαλάσσιες ηλεκτρονικές μονάδες για εφαρμογές ελέγχου, το σύστημα ελέγχου που σχεδιάστηκε εδώ θα προσφέρει πιο προηγμένη λειτουργικότητα σε σύγκριση με τις υπάρχουσες λύσεις. Το σύστημα είναι πολύ πιο ισχυρό από οποιοδήποτε σύστημα τελευταίας τεχνολογίας που χρησιμοποιείται σήμερα για τους υποθαλάσσιους.

Τα υποθαλάσσια VSDs έχουν σχεδιαστεί για να ελέγχουν την ταχύτητα και τη ροπή των υποβρύχιων αντλιών και συμπιεστών για εφαρμογές έγχυσης, ενίσχυσης και συμπίεσης θαλάσσιου νερού. Είναι επίσης χρήσιμα για την ανάκτηση διαγνωστικών δεδομένων. Συχνά είναι πιο χρήσιμο να συλλέγονται δεδομένα συσκευής από το VSD παρά από τις πραγματικές συσκευές. Αυτό βοηθά στην πρόβλεψη της συμπεριφοράς της συσκευής, στη βελτιστοποίηση της λειτουργίας και στην παρακολούθηση των δεικτών απόδοσης, στην ενίσχυση της ανθεκτικότητας.

Το έργο βρίσκεται τώρα στα τελικά του στάδια. Όπως ξεκινάει η δοκιμή αβαθούς ύδατος του πρωτότυπου πλήρους κλίμακας, ο κλάδος μπορεί να προσβλέπει σε μια νέα εποχή στην οποία οι υποθαλάσσιες εγκαταστάσεις αντικαθιστούν τις πλαγιές κορυφής, μειώνοντας σημαντικά το κόστος και τους κινδύνους που συνδέονται με την παραγωγή.

Ο συγγραφέας
Svein Vatland, Αντιπρόεδρος Τεχνολογικού Προγράμματος Subsea στην ABB