Ενεργοποίηση του θαλάσσιου βυθού

Το μέλλον για τη βιομηχανία πετρελαίου και φυσικού αερίου: ηλεκτροφόρα υποθαλάσσια μονάδες τοποθετημένες στον πυθμένα της θάλασσας είναι έτοιμες να φέρουν επανάσταση στην παραγωγή. (Εικόνα: ABB)

Τον Νοέμβριο του 2019 η ABB ανακοίνωσε την εμπορική διαθεσιμότητα του νέου συστήματος υποθαλάσσιας διανομής ισχύος και τεχνολογίας μετατροπής. Αναπτύχθηκε από κοινού με την Equinor, την Chevron και την Total, η τεχνολογία στοχεύει να δει την πλειονότητα των παγκόσμιων υπεράκτιων πόρων υδρογονανθράκων που συλλέγονται μέσω της χρήσης υποθαλάσσιου ηλεκτρισμού.

Οι περιβαλλοντικές κανονιστικές πιέσεις και οι πραγματικότητες της αγοράς έχουν συνωμοτήσει για να βοηθήσουν τους υπεράκτιους φορείς εκμετάλλευσης πετρελαίου και φυσικού αερίου να αποκτήσουν ένα σαφέστερο όραμα για ένα ασφαλέστερο, πιο ενεργειακά αποδοτικό, οικονομικά αποδοτικό και φιλικό προς το περιβάλλον μέλλον τόσο για τις ώριμες λεκάνες όσο και για νέα, απομακρυσμένα σύνορα βαθέων υδάτων .

Για να μπορέσει η βιομηχανία να επιτύχει αυτούς τους στόχους, η ABB, σε ένα έργο κοινής βιομηχανίας έρευνας και ανάπτυξης (JIP) που ξεκίνησε το 2013 με εταίρους της Equinor, Chevron και Total, και σύστημα μετατροπής που επιτρέπει σε όλες τις λειτουργίες παραγωγής να μετακινηθούν στον πυθμένα, κάνοντας ένα κρίσιμο τελευταίο βήμα για την πραγματοποίηση του ονείρου μιας πραγματικής υποθαλάσσιας εγκατάστασης.

Τον Νοέμβριο του 2019 η ABB ανακοίνωσε την εμπορική διαθεσιμότητα του νέου συστήματος υποθαλάσσιων ηλεκτρικών συστημάτων που ολοκλήρωσε δοκιμασία 3,000 ωρών αβαθούς ύδατος σε προστατευμένο λιμάνι στη Βαζά της Φινλανδίας, το οποίο αποδεικνύει την εγκυρότητα της τεχνολογίας. Αυτό σημαίνει ότι η πλειοψηφία των υπεράκτιων πόρων υδρογονανθράκων στον πλανήτη μπορεί να συλλεχθεί μέσω της χρήσης υποθαλάσσιου ηλεκτρισμού.

Υποθαλάσσιο εναντίον άνω
Τα συμβατικά συστήματα παραγωγής υπεράκτιων υδρογονανθράκων στην κορυφή τοποθετούνται συνήθως σε μεγάλες, επανδρωμένες πλωτές ή σταθερές κατασκευές που είναι δαπανηρές για λειτουργία και όπου ο χώρος για τη στεγανοποίηση του εξοπλισμού ισχύος και ελέγχου συχνά περιορίζεται.

Επιπλέον, απαιτείται δαπανηρή ειδική ηλεκτρική και ηλεκτροϋδραυλική ομφάλια καλώδια για κάθε χρήστη ισχύος στον πυθμένα, δημιουργώντας μια τοπολογία που είναι δαπανηρή, δύσκολο να προσαρμοστεί στις νέες διαμορφώσεις και περιορίζεται στην ικανότητά της να υποστηρίζει πρωτοβουλίες ψηφιοποίησης λόγω περιορισμένου εύρους ζώνης.

Οι περισσότερες από τις σημερινές κατασκευές χρησιμοποιούν αεριοστρόβιλους για τοπική παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, με επακόλουθες εκπομπές να έχουν αντίκτυπο στο περιβάλλον. Άλλα μειονεκτήματα είναι η έκθεση των ανθρώπων σε κίνδυνο και η απαίτηση για συνεχή συντήρηση και υλικοτεχνική στήριξη εκτός από το κόστος κατασκευής και λειτουργίας αυτών των ενεργειακά αναποτελεσματικών μονάδων.

Για να ξεπεραστούν αυτά τα προβλήματα, με την πάροδο του χρόνου οι εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου προσπάθησαν να εγκαταστήσουν υποδομή παραγωγής στον βυθό για να επωφεληθούν από μεγαλύτερη παραγωγική αποδοτικότητα και πολύ μειωμένες περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Εντούτοις, τα συστήματα διανομής ισχύος πρώιμης υποθαλάσσιας υπονόμου υπέφεραν από το μειονέκτημα των περιορισμένων αποστάσεων, οι οποίες περιορίζονταν σε λιγότερο από 150 χιλιόμετρα.

Αντίθετα, τα αποτελέσματα του JIP μεταξύ της ABB και των εταίρων της δείχνουν ότι για πρώτη φορά παγκοσμίως, οι ενεργειακές εταιρείες θα μπορούν να έχουν πρόσβαση σε αξιόπιστη τροφοδοσία έως και 100 μεγαβάτ εξουσίας σε αποστάσεις μέχρι 600 km και σε βάθος των 3000 μέτρων, όπου οι περιβαλλοντικές πιέσεις υπερβαίνουν τις 300 ατμόσφαιρες. Η ισχύς μπορεί να τροφοδοτηθεί μέσω ενός μόνο καλωδίου που μπορεί να χρησιμοποιηθεί μέχρι και 30 χρόνια, καθιστώντας έτσι την παραγωγή πετρελαίου και αερίου σε απομακρυσμένα και βαθιά ωκεάνια περιβάλλοντα πραγματικότητα.

"Αυτό το ορόσημο σηματοδοτεί ένα εξαιρετικό επίτευγμα και αποτελεί το αποκορύφωμα μιας εμπνευσμένης τεχνολογικής ανάπτυξης που επιτυγχάνεται με τεράστια αφοσίωση, εμπειρία και επιμονή. Είναι αποτέλεσμα της εντατικής συνεργασίας περισσότερων από 200 επιστημόνων από την ABB, Equinor, Total και Chevron σε μια πολυετή κοινή προσπάθεια ", δήλωσε ο Dr. Peter Terwiesch, Πρόεδρος της Βιομηχανικής Αυτοματοποίησης της ABB.

(Εικόνα: ABB)

Ηλεκτροδότηση εξαρτημάτων υποθαλάσσιου
Οι ερευνητικές και αναπτυξιακές εργασίες που πραγματοποιήθηκαν στο JIP έχουν οδηγήσει σε υποθαλάσσια εξαρτήματα και συστήματα από ενεργοποιητές σε αντλίες και συμπιεστές όλο και περισσότερο να ηλεκτροδοτούνται, συμβάλλοντας έτσι στην αύξηση της διαθεσιμότητας και ελέγχου του συστήματος και στη μείωση του μεγέθους των εξαρτημάτων, του κόστους και της έντασης ενέργειας. ένα περιβάλλον υψηλού κινδύνου μέσω της χρήσης απομακρυσμένων και μη επανδρωμένων λειτουργιών. Η ABB λέει ότι με την εισαγωγή τεχνολογίας που μπορεί να διανείμει την υποθαλάσσια δύναμη σε μεγάλες αποστάσεις και σε βάθος για να φτάσει σε υποθαλάσσια συστήματα παραγωγής, οι πλήρεις δυνατότητες αυτής της τεχνολογίας μπορούν να υλοποιηθούν και προσθέτει ότι, με βάση μια συγκεκριμένη αναπτυξιακή περίπτωση, το νέο σύστημα θα μπορούσε να προσφέρει εξοικονόμηση κεφαλαιουχικών δαπανών άνω των 500 εκατομμυρίων δολαρίων, συνδέοντας οκτώ μονάδες που καταναλώνουν ενέργεια, όπως αντλίες και συμπιεστές, μέσω ενός μόνο καλωδίου σε απόσταση 200 χιλιομέτρων από άλλες υποδομές.

Επιπλέον, η τροφοδοσία ισχύος σε αυτές τις μονάδες στον βυθό της θάλασσας μπορεί να μειώσει σημαντικά την κατανάλωση ενέργειας, με αποτέλεσμα σημαντική εξοικονόμηση ενέργειας και πολύ χαμηλότερες εκπομπές άνθρακα σε σύγκριση με τη χρήση συστημάτων με βάση την ξηρά. Η τεχνολογία μπορεί να οδηγηθεί από οποιαδήποτε πηγή ενέργειας, συμπεριλαμβανομένης της αιολικής και υδροηλεκτρικής ενέργειας. Ένα περαιτέρω πλεονέκτημα της τεχνολογίας υποθαλάσσιων περιοχών είναι ο μειωμένος λειτουργικός κίνδυνος και η αυξημένη ασφάλεια, καθώς λιγότερα υπεράκτια άτομα χρειάζονται για τις επιχειρήσεις και τα οφέλη της ψηφιοποίησης και της αυτονομίας μπορούν να αξιοποιηθούν.

"Η μετακίνηση ολόκληρης της μονάδας παραγωγής πετρελαίου και φυσικού αερίου στον πυθμένα της θάλασσας δεν είναι πλέον ένα όνειρο", δήλωσε ο Δρ Terwiesch. "Οι απομακρυσμένες, ολοένα και πιο αυτόνομες υποθαλάσσιες εγκαταστάσεις που τροφοδοτούνται με ενέργεια χαμηλότερης περιεκτικότητας σε άνθρακα είναι πιο πιθανό να γίνουν πραγματικότητα καθώς μεταβαίνουμε προς ένα νέο ενεργειακό μέλλον".

Βιώσιμη τεχνολογία, εμπορικές δυνατότητες
Πριν από την JIP και την δοκιμή 3000 ωρών ρηχών υδάτων στο Vaasa, μόνο το καλώδιο μετάδοσης και ο υποθαλάσσιος μετασχηματιστής αποδείχθηκε ότι λειτουργούσαν υποβρύχια. Ωστόσο, μετά την ολοκλήρωση του JIP, το σύστημα υποδιαίρεσης ισχύος και μετατροπής ισχύος της ΑΒΒ περιλαμβάνει τώρα ένα μετασχηματιστή βαθμιαίας μετατόπισης (VSD), μεταγωγέα μέσης τάσης (MV), έλεγχο και χαμηλής τάσης (LV) διανομής ισχύος, ηλεκτρονικών ισχύος και συστημάτων ελέγχου που υποστηρίζονται με 230/400 V.

Η εμπειρογνωμοσύνη πίσω από κάθε ένα από τα συστατικά τμήματα του υποθαλάσσιου συστήματος διανομής και μετατροπής ενέργειας αντλήθηκε από διάφορες εγκαταστάσεις της ABB σε όλο τον κόσμο.

"Η επιτυχία μας στην επίτευξη αυτού του σταδίου αποτελεί απόδειξη της βαθιάς εμπειρίας των ομάδων μας, με πάθος και αφοσίωση στην παροχή ενός παιχνιδιού για τον κλάδο", δήλωσε ο Kevin Kosisko, Ανώτερος Αντιπρόεδρος και Διευθυντής της Βιομηχανίας Ενέργειας της ABB. "Η πλήρης υποθαλάσσια ηλεκτροδότηση έχει εδώ και καιρό έρθει. Δεν είναι εύκολο, αλλά το έχουμε κάνει. Οι εταιρείες πετρελαίου και φυσικού αερίου έχουν τώρα πρόσβαση στην τεχνολογία που θα μεταμορφώσει εντελώς τον τρόπο λειτουργίας τους. "

Μια κρίσιμη περιοχή εστίασης κατά τη διάρκεια της JIP ήταν να διασφαλιστεί ότι το σύστημα θα είναι αρθρωτό, ευέλικτο και ανοιχτό. Επίσης, έπρεπε να ανταποκριθεί σε στόχους αξιοπιστίας και διαθεσιμότητας υψηλότερους από αυτούς που ισχύουν για εφαρμογές άνωθεν. Η ΑΒΒ αποφάσισε ότι το έργο θα αναπτύξει λύσεις βασισμένες σε μεγάλο βαθμό στις υφιστάμενες τεχνολογίες, ώστε να διασφαλιστεί η αξιοπιστία και ότι οι στρατηγικές για τον έλεγχο της ποιότητας και τις στρατηγικές απαξίωσης ήταν καλά εγκατεστημένες από την αρχή. Αυτή η προσέγγιση σήμαινε επίσης ότι η ενσωμάτωση με υπάρχοντα συστήματα και λογισμικό υλικού θα ήταν απλή και ότι όλες οι αποτυχίες θα πρέπει να μετριαστούν με τη βελτίωση ή την αλλαγή του σχεδιασμού και όχι με την προσθήκη απλών βημάτων.

Για να εξασφαλίσει συμπαγείς και αξιόπιστες λύσεις, η ABB περιόρισε τους VSDs και MV σε πετρελαιοφόρα δεξαμενές με αντιστάθμιση πίεσης, με κάθε κατασκευαστικό στοιχείο να εξελίσσεται διαδοχικά σε μια σταδιακή προσέγγιση βελτιστοποιώντας έτσι τα συγκροτήματα προϊόντων και μειώνοντας τον αριθμό των εξαρτημάτων και λειτουργιών για να εξασφαλίσει πλεονασμό και υψηλή αξιοπιστία του συστήματος. Επιπλέον, για να διασφαλιστεί ότι τα ηλεκτρονικά και τα ηλεκτρικά εξαρτήματα θα μπορούσαν να λειτουργήσουν σε ένα περιβάλλον ανθεκτικό στην πίεση και μέσα σε ένα διηλεκτρικό πετρέλαιο, η επιλογή και επιλογή συστατικών, η συμβατότητα υλικών, οι πτυχές διασύνδεσης υλικού και οι θερμικές επιδόσεις των εξαρτημάτων ρυθμίστηκαν σε βέλτιστα επίπεδα.

Οι ηλεκτρονικές μονάδες και τα δομοστοιχεία ελέγχου είναι ευέλικτα και αρθρωτά σχεδιασμένα ώστε να επιτρέπουν διαφορετικά μεγέθη για εύκολη διαμονή στο σύστημα. Οι επικοινωνίες και ο έλεγχος βασίζονται σε Ethernet για εύκολη διασύνδεση με το υπόλοιπο σύστημα υποθαλάσσιων και οι επικοινωνίες οπτικών ινών υψηλής ταχύτητας επιτρέπουν την απόκριση σε απομακρυσμένες λειτουργίες.

Το 2017, η μεταβλητή ταχύτητα κίνησης της ABB υποβλήθηκε σε δοκιμή 168 ωρών αβαθούς ύδατος και πληρούσε όλα τα κριτήρια απόδοσης που απαιτούνται για τη μετάβασή της. Όλα τα άλλα στοιχεία του συστήματος ABB αποδείχτηκαν επίσης ότι λειτουργούν αποτελεσματικά κάτω από το νερό. (Φωτογραφία: ABB)

Ρεαλιστικές δοκιμές
Καθώς το προκύπτον σύστημα κατανομής ισχύος και ελέγχου αποτελείται από αρκετές εκατοντάδες κρίσιμα συστατικά που λειτουργούν κάτω από διάφορες συνθήκες πίεσης, δημιουργήθηκε μια σαφής και ρεαλιστική δομή δοκιμών για να μάθουν τις συμπεριφορές και τα όρια διαφορετικών σχεδίων, συμβάλλοντας έτσι στην άμβλυνση του κίνδυνος αποτυχίας πριν από την προεπιλογή για πρωτότυπα πλήρους κλίμακας. Ως εκ τούτου, ξεκινώντας με προσομοιώσεις και εργαστηριακές δοκιμές, τα υλικά, τα εξαρτήματα, τα υποσυγκροτήματα και τα συγκροτήματα υποβλήθηκαν σε ρεαλιστικά επίπεδα τάσης σύμφωνα με τα προφίλ κύκλου ζωής πριν πραγματοποιηθεί η τελική δοκιμή 3,000 ωρών ρηχό νερό πλήρους συστήματος.

Όλες οι δοκιμές διεξήχθησαν σύμφωνα με το πρότυπο API 17F για τα συστήματα ελέγχου παραγωγής υποθαλάσσιων και περιλάμβαναν τη θερμοκρασία, τη δόνηση, την πίεση και την επιταχυνόμενη διάρκεια ζωής. Η ανάπτυξη της ανάπτυξης του έργου ακολούθησε τις συστάσεις και το επίπεδο ετοιμότητας της τεχνολογίας (TRL) που καθορίστηκε στο DNV RP-A203, το οποίο παρέχει μια συστηματική προσέγγιση για να διασφαλιστεί ότι η τεχνολογία λειτουργεί αξιόπιστα και εντός των καθορισμένων ορίων.

Οφέλη για τη βιομηχανία
Η επιτυχής δοκιμή του συστήματος ΑΒΒ έχει ορισμένες συνέπειες για τους τομείς πετρελαίου και φυσικού αερίου. Η χρήση του συστήματος σημαίνει ότι η λειτουργική διάρκεια ζωής μιας υφιστάμενης εγκατάστασης μπορεί να επεκταθεί μέσω οικονομικά αποδοτικότερων συνδέσμων, που απαιτούν ελάχιστες αλλαγές στην κορυφή. Επιπλέον, οι μελλοντικές εξελίξεις μπορούν να ενσωματωθούν σταδιακά και να προσαρμοστούν εύκολα μέσω μιας εγγενώς πιο ευέλικτης τοπολογίας του συστήματος. Με τα ολοκληρωμένα συστήματα παραγωγής που εγκαθίστανται σε υποθαλάσσια ύδατα, οι μακρυές συνδέσεις δεν χρειάζονται πλέον πολλαπλά καλώδια ισχύος ή πολύπλοκα ομφάλια και επιπλέον οι ηλεκτρικά ενεργοποιημένες λύσεις καθιστούν δυνατή την ορατότητα της απόδοσης του συστήματος όλο το εικοσιτετράωρο. Με τη χρήση της ABB Ability, η ψηφιακή πλατφόρμα της εταιρίας, ο πιο ακριβής έλεγχος και οι προηγμένες απομακρυσμένες αναλύσεις μπορούν να πραγματοποιηθούν, οι οποίες προσφέρουν την τεχνογνωσία της ABB σε βάθος από τη συσκευή σε άκρη σε σύννεφο, ωφελώντας έτσι τους πελάτες της πετρελαϊκής βιομηχανίας. Δήλωσε ο κ. Jeremy Cutler, επικεφαλής του Κέντρου Έρευνας & Ανάπτυξης Ενέργειας του Total στο Stavanger της Νορβηγίας.

"Αυτή η αποδιοργανωτική, μετασχηματιστική τεχνολογία ανοίγει ανεξερεύνητες περιοχές και η δύναμη της συνεργασίας, η οποία ξεκίνησε με έναν σαφή ορισμό του εύρους του έργου και συνδυάζοντας τα καλύτερα ταλέντα σε ένα νέο σχέδιο από κάτω προς τα πάνω, οδήγησε σε ένα εργοστάσιο υποθαλάσσιας «έννοια που χρησιμοποιεί πράσινη ενέργεια από την ακτή σε υποθαλάσσιο, μεγιστοποιώντας την εκμετάλλευση δυνητικών υποθαλάσσιων πόρων. Οι εταιρικές σχέσεις δεν είναι καινούργιες στον τομέα του πετρελαίου και του φυσικού αερίου - ανταγωνίζομαστε σε πολλούς τομείς αλλά επίσης συνεργαζόμαστε - και σε ένα μεγάλο έργο όπως αυτό τα διάφορα μέρη μπορούν να μοιραστούν τον κίνδυνο και να μοιραστούν τα οφέλη. Μια μη επανδρωμένη εργοστασιακή μονάδα υποθαλάσσιου εξοπλισμού προσφέρει πολλά οφέλη, με καθαρή υπεράκτια ενέργεια, αποδοτικότερη χρήση ενέργειας και μειωμένες εκπομπές άνθρακα. "

Μια απλή τοπολογία διανομής ισχύος διασφαλίζει την αποτελεσματική λειτουργία του συστήματος διανομής και μετατροπής ισχύος ABB. (Εικόνα: ABB)