البحر توزيع الطاقة الرسم بالقرب

مجموعة توزيع الطاقة تحت سطح البحر لتحريك منشآت إنتاج النفط والغاز في قاع البحر

سيكون توزيع الطاقة تحت سطح البحر حتى عمق 3000 متر حقيقة واقعة. هذا الصيف ، سيخضع نموذج أولي واسع النطاق لاختبار مدته 3000 ساعة. بعد ذلك ، بافتراض أن كل شيء سار على النحو المخطط له ، فقد حان الوقت لإطلاقه تجاريًا ، مما قد يكون له آثار بعيدة المدى على منشآت الإنتاج في جميع أنحاء العالم. قد يجعل في نهاية المطاف منصة الإنتاج العليا بأكملها ذاكرة من الماضي.

إن التصميم الجديد للبنية التحتية لتوزيع الطاقة في المنشآت البحرية بدأ يظهر في النرويج. هنا ، تقوم ABB ومجموعة من الشركاء بتطوير معدات مصممة للجلوس في قاع المحيط ، على عمق يصل إلى 3000 متر ، وتعمل لمدة تصل إلى 30 عامًا دون صيانة. يمكن لنظام توزيع الطاقة تحت سطح البحر توفير ما يصل إلى 100 ميجاوات (MW) ويمكن توفيره على مسافة تصل إلى 600 كيلومتر. مشروع الصناعة المشتركة (JIP) هو مشروع تعاوني بين ABB و Equinor مع شركائها ، Total و Chevron.

يهدف المشروع إلى تحسين معدلات الاسترداد للمنشآت البحرية الجديدة وإطالة عمر الأصول الموجودة ، وذلك باستخدام المنشآت المتطورة تحت سطح البحر بدلاً من المنصات التقليدية وأنظمة الإنتاج العائمة.

زرعت بذور المشروع في عام 2013 ، عندما تم تكليف ABB بتحسين معدل الاسترداد في حقل Asgard في القطاع النرويجي في بحر الشمال. اكتشف المشغل ، Equinor ، أن الضغط داخل البئر كان ينخفض بمعدل ينذر بالخطر ، على الرغم من أن الاحتياطيات المتبقية كانت كبيرة. قدمت ABB الطاقة لمعدات ضغط الغاز تحت سطح البحر لتعزيزًا صناعيًا ، وهو الأول من نوعه.

في حالة عدم وجود أي توزيع للطاقة في قاع البحر ، كان لكل مضخة وضاغط في البداية كابل مرتبط بمنصة إنتاج عائمة. تمت معالجة هذه المشكلة فيما بعد ، وتقع جميع معدات العمليات الآن في قاع البحر ، مدعوم بواسطة كابل مفرد مع توزيع الطاقة المعياري.

تطوير مفهوم جديد
تم تشكيل JIP لتطوير هذا المفهوم بشكل أكبر. مع وجود بنية تحتية لتوزيع الطاقة في قاع البحر ، قد لا يتطلب الإنتاج البحري في المستقبل أي جوانب جانبية أو أنظمة إنتاج عائمة ، مما يوفر فوائد كبيرة من حيث التكلفة والسلامة. سيتم تزويد الطاقة بكبل واحد بدلاً من واحد لكل حمل. سيتم تجهيز جميع المعدات لتوزيع الجهد المتوسط ، وتحويل الطاقة ، والأتمتة والطاقة الإضافية في عبوات تحت البحر. سيؤدي نظام توزيع الطاقة المعياري في قاع البحر إلى دفع المضخات والضواغط وغيرها من وحدات المعالجة.

المدخرات المحتملة كبيرة. في مشروع يحتوي على ثمانية أحمال مختلفة ، مثل المضخات أو الضواغط ، يمكن أن تصل مدخرات النفقات الرأسمالية إلى حوالي 500 مليون دولار. سيتم تحسين الكفاءة بشكل كبير ، حيث تكون الأحمال أقرب إلى البئر. يجب أن يكون من الممكن توفير ما يصل إلى 30٪ من النفقات الرأسمالية والرأسية على مدى 30 عامًا.

مع مزيد من التطوير ، يمكن أن ينتج عن هذا المفهوم في النهاية مصنع تحت البحر مستقل ، باستخدام حلول رقمية لتمكين عمليات ذكية عن بعد وغير مأهولة. هذا من شأنه أن يقلل من النفقات الرأسمالية والأوبكس ، مع زيادة معدلات الاسترداد ، وتحسين السلامة ، وتعزيز الموثوقية ، وزيادة الإنتاجية وتقليل التأثير البيئي. يمكن توفير الطاقة على مسافة تصل إلى 600 كيلومتر. باستخدام هذا المفهوم ، يمكن الوصول إلى جميع الموارد المعروفة في العالم تقريبًا.

(الصورة: ABB)

تحد تقني
على الرغم من وجود حالة عمل قوية لوضع معدات توزيع الطاقة في قاع المحيط ، فإن هذا لا يختلف عن وجود حل تقني. كان يجب التغلب على العديد من العقبات للوصول إلى بدء اختبار نموذج أولي كامل. إن تصميم بنية تحتية لإمداد الطاقة يمكن أن يعمل على عمق 3000 متر لمدة 30 عامًا يعني تحديات فنية كبيرة ، لأن ظروف التشغيل قاسية للغاية ومتطلبات الموثوقية الصارمة. لم يحدث مثل هذا من قبل ، وقد تم اكتساب العديد من الأفكار الجديدة على طول الطريق.

يتكون النظام من نظام تحكم تحت سطح البحر وتوزيع جهد كهربي منخفض ، ومحولات كهربائية بجهد متوسط تحت سطح البحر ، ومحركات متغيرة السرعة تحت البحر متوسطة الجهد. في بداية المشروع ، لم يكن معظم هذه المعدات موجودًا. عندما تم إجراء أول اختبار للمياه الضحلة في عام 2017 ، كانت هذه هي المرة الأولى التي يتم فيها تشغيل محرك متغير السرعة متوسط الجهد تحت الماء.

سيشهد هذا الصيف بداية اختبار مدته 3000 ساعة في المياه الضحلة باستخدام نموذج أولي واسع النطاق - مجموعة المفاتيح الكهربائية للجهد المتوسط ومعدات التحكم وتوزيع الجهد المنخفض ومحركان متوازيان للسرعة المتغيرة (VSD). من المتوقع أن يتم تشغيل أول نظام تجاري بحلول عام 2023.

اختبار طويل الأجل
منذ اختبار المياه الضحلة لعام 2017 ، تم التحقق من المكونات وإعادة تصميمها وتحسينها. الاختبار طويل المدى مستمر على مستوى المكون.

كان التحدي الكبير أثناء التطوير والاختبار البيئيين هو التقاط الظروف الدقيقة التي من شأنها أن تؤدي إلى انحراف الاختبار ، وتغير في سلوك الجهاز أو قيمة المكون ، خاصة عندما تكون هذه الانحرافات متقطعة وتتضح فقط في ظل ظروف الاختبار القاسية. تم تنفيذ هذا العمل في كثير من الأحيان في مرافق الاختبار المتخصصة.

وتستند جميع المكونات على المعدات الحالية ، وتكييفها للتشغيل تحت البحر. يهدف المشروع إلى تأهيل وحدات البناء الأساسية للعمل مع معدلات الجهد والطاقة النموذجية المستخدمة في معالجة الغواصات ، بالإضافة إلى العمل في ظروف الغواصة شديدة الصعوبة. يتم اختبار جميع المكونات إلى API 17F. ويشمل ذلك اختبارات درجة الحرارة والاهتزاز والضغط ، بالإضافة إلى اختبار مدى الحياة المتسارع.

تتبع أنشطة المشروع التوصيات ومستوى الاستعداد التكنولوجي (TRL) المحدد في الإجراء DNV RP-A203. يوفر هذا نهجًا منهجيًا لضمان عمل التكنولوجيا بشكل موثوق ضمن الحدود المحددة. يعني التقدم إلى اختبار النموذج الأولي الكامل أن المشروع ينتقل الآن من TRL3 إلى TRL4.

تنطبق المتطلبات الحالية للمعدات الموجودة على الجانب العلوي ، وكذلك API17F القياسي لأنظمة التحكم في الإنتاج تحت سطح البحر. باستخدام هذه المعايير والأساليب ، قام المشروع بتطوير تقنيات التعبئة لتمكين توزيع وتحويل الطاقة بشكل قوي وفعال من حيث التكلفة للاستخدام تحت سطح البحر. الهدف هو تزويد الصناعة بإثبات أن هذه التكنولوجيا جاهزة للاستخدام.

تحكم قوي
على الرغم من أن نظام التحكم يعتمد على المنتجات الحالية ، إلا أنه كان يتعين تحديث التكنولوجيا وتعديلها بشكل كبير. يحتاج النظام أيضًا إلى تصميم غلاف جديد تمامًا. على الرغم من أن هناك بالفعل وحدات إلكترونية تحت سطح البحر لتطبيقات التحكم بشكل جيد ، فإن نظام التحكم المصمم هنا سوف يوفر وظائف أكثر تقدماً مقارنة بالحلول القائمة. يعد النظام أكثر قوة من أي نظام حديث يستخدم تحت سطح البحر اليوم.

تم تصميم VSDs تحت سطح البحر للتحكم في سرعة وعزم دوران مضخات وضواغط الغواصات لحقن مياه البحر وتطبيقات التعزيز والضغط. كما أنها مفيدة لاسترداد البيانات التشخيصية. غالبًا ما يكون جمع بيانات الجهاز من VSD أكثر فائدة من الأجهزة الفعلية. هذا يساعد على التنبؤ بسلوك الجهاز ، وتحسين التشغيل وتتبع مؤشرات الأداء ، وبناء المرونة.

المشروع الآن في مراحله النهائية. عند بدء اختبار المياه الضحلة للنموذج الأولي الشامل ، يمكن للصناعة أن تتطلع إلى حقبة جديدة تحل فيها المنشآت تحت سطح البحر محل المنصات العليا ، مما يقلل بشكل كبير من التكاليف والمخاطر المرتبطة بالإنتاج.

المؤلف
سفين فاتلاند ، نائب رئيس برنامج التكنولوجيا البحرية في ABB