تشغيل قاع البحر: ضع مأخذ كهربائي فيه

(الصورة: ABB)

ABB Subsea: يمكن لشبكة الطاقة البحرية أن تساعد المشغلين على مراقبة صحة معداتهم البحرية عن كثب. (الصورة: ABB)

مختبر Subsea: تعمل شركة ABB على اختبار الطاقة الكهربائية لتدميرها في مختبرها في منطقة البحر الأحمر في أوسلو. (الصورة: ABB)

Previous Next

هناك ثورة طاقة قادمة في قاع البحر.

في إطار الجهود المبذولة لتعزيز إنتاج النفط والغاز من تحت سطح البحر والوصول إلى الحقول بعيداً عن الشاطئ ، وفي المياه الأعمق وحتى في القطب الشمالي ، تجري حاليًا ثورة طاقة تحت سطح البحر. تقوم العديد من الشركات متعددة الجنسيات بتطوير أنظمة لتوفير الطاقة الكهربائية عبر قاع البحر - فكر بمقابس الطاقة تحت سطح البحر.

ومن شأن توفير إمكانية الوصول إلى الطاقة تحت سطح البحر بهذه الطريقة أن يساعد شركات النفط والغاز على نقل معدات المعالجة إلى قاع البحر ، بدلاً من استضافتها على منصات. وفي قاع البحر ، ستكون المعدات ، بما في ذلك المضخات والضواغط أكثر فعالية وكفاءة في زيادة معدلات الإنتاج. كما سيساعد الاعتماد المنخفض على المنصات على تقليل آثار أقدام شركات النفط ، مما يقلل من مخاطر التلوث وانبعاثات ثاني أكسيد الكربون. وستوفر جميع الأنظمة الكهربائية أيضًا تحكمًا أكثر استجابة ورصدًا طبيًا متقدمًا للمعدات تحت سطح البحر.

لكن هذه البنية التحتية الجديدة يمكن أن تدعم أكثر من المضخات والضواغط والمحركات. ويمكن أيضا استخدامه لدعم أسطول متنام من المركبات غير المأهولة تحت الماء ، فضلا عن دعم الصناعات الأخرى ، من علوم المحيط إلى التعدين في أعماق البحار.

يقول جان بوجي ، نائب رئيس قسم التكنولوجيا تحت سطح البحر: "بمجرد أن تكون لديك طاقة منخفضة ، يمكنك تشغيل شاحنات ROVs (المركبات التي تعمل عن بعد) ، والتدفئة في خطوط الأنابيب (لمنع التعطيل) ، وعدد من التطبيقات الأخرى التي تظهر". ABB ومدير مشروع في مشروع صناعة الطاقة المشتركة تحت سطح البحر (JIP) للشركة مع شتات أويل. "كانت هناك مناقشات حول الاتصالات إلى الرياح البحرية ، والتعدين (الأحياء البحرية) ، وتربية الأحياء المائية ... أي شيء لديه القدرة على نقل (مثل مزارع الرياح) ويحتاج الطاقة يمكن استخدام هذه البنية التحتية لاستيراد وتصدير الطاقة. نحن فقط نلمس السطح ".

المفهوم
في الوقت الحالي ، أنظمة النفط والغاز البحرية تحت سطح البحر هي كهروهيدروليكية. يتم تغذية كل مستهلك للطاقة بالطاقة والاتصال عبر سرعات منفصلة من محرك سرعة متغيرة على الجانب العلوي (VSD). مثل هذا النظام لديه مرونة محدودة ، إذا أراد المشغل أن يضيف في بئر جديد أو مضخة تحت سطح البحر.

ومع ذلك ، فإن مفهوم شبكة الطاقة الكهربائية تحت سطح البحر سيشمل خط طاقة واحدًا لمعدات قاع البحار (في عمق يصل إلى 3000 متر في الوقت الحاضر) ، ومن المحتمل أن يكون مصدرًا للطاقة على اليابسة يصل إلى 600 كيلومترًا بدون أي منصة بحرية. ومن ثم ، فإن المفاتيح الكهربائية المثبتة تحت سطح البحر وشبكات VSD سوف تتحكم في الطاقة وتوزعها على مجموعة من المستخدمين ، من المضخات والضاغطات إلى أنظمة تسخين خطوط الأنابيب و ROVs أو المركبات تحت الماء المستقلة (AUVs).

ويجري طرد هذا المفهوم من النرويج ، إلى حد كبير من قبل شتات أويل النرويجية ، جنبا إلى جنب مع شركات النفط الكبرى الأخرى عن طريق مشاريع التأمين المشتركة. "الفوائد المباشرة (للكهربة تحت سطح البحر) تقلل من الطباعة والتكلفة على الجانب العلوي ، من خلال إزالة النظام الهيدروليكي ، وجود وحدات فرعية أصغر وأقل تعقيدًا ، أصغر وأخف ، وتحسين الصحة والسلامة والبيئة ، واختبار مبسط من خلال الإزالة يقول فيدار ستراند ، كبير مديري عمليات المبيعات في مركز التكنولوجيا والحلول للنفط والغاز في شركة BHGE: "من المعدات المضغوطة". ويستشهد "ستراند" الذي يتحدث في مؤتمر "وادي الساطي" في أوسلو في شهر آذار (مارس) ، بتوفير في تكاليف دورة الحياة النموذجية يتراوح بين 10 و 20 في المائة ، من الكهرباء بالكامل ، مع نسبة 25 في المائة في بعض الحالات.

من يفعل ماذا؟
تحريك إلكترونيات الطاقة تحت سطح البحر ليست مهمة سهلة. ومع ذلك ، فإن الشركات ، بما في ذلك ABB ، و Siemens و Baker Hughes ، وهي شركة GE (BHGE) ، تعمل على إيجاد حلول ، إما عن طريق تهجين مكونات مثبتة بالفعل (VSDs ، switchgear ، transformers ، إلخ) في حاوية واحدة من الغلاف الجوي ، أو إنشاء مكونات جديدة وتأهيلها ، والتي يمكن أن تعمل في بيئات مضغوطة مليئة بالنفط.

تمتلك BHGE نظام جو واحد مؤهل ، والذي تم تصميمه لنقل الطاقة لمسافة 120 كم من الشاطئ إلى حقل Ormen Lange لشركة Shell ، حيث يقوم بتشغيل الطاقة تحت سطح الأرض (وهو مشروع تم وضعه على الرف).

تعمل ABB على نظام قادر على العمل لنقل ما يصل إلى 100 ميجاواط من الطاقة حتى 600 كيلومتر وعمق يصل إلى 3000 متر عمق المياه. قامت الشركة ببناء اختبار VSD تحت سطح البحر واختباره رطبًا ، وهي تستعد لاختبار ثانٍ للمياه الضحلة ، إلى جانب معدات التبديل هذه السنة. من المقرر أن يكتمل النظام بالكامل في منتصف عام 2019. تقوم شركة ABB بوضع المكونات في الحاويات المملوءة بالنفط واستخدام الحمل الحراري الطبيعي للتبريد.

كانت شركة سيمنز تخطط لإجراء اختبار كامل للنظام في عام 2017. وتقوم شركة Siemens في الغالب بوضع مكوناتها في الحاويات المملوءة بالنفط أيضًا. تعمل شركة Siemens Subsea على شبكة كهرباء JIP مع شركة Statoil ، إلى جانب Chevron و ExxonMobil و Petrobras ، ومنذ العام الماضي ، ENI.

كما تدافع شركة Siemens عن نظام توزيع الجهد المنخفض للبطانة يسمى DigiGrid ، والذي يتضمن اتصالات الألياف البصرية.

جميع كهربائي
جنبا إلى جنب مع تطوير شبكة الطاقة تحت سطح البحر ، يتم إجراء التحركات نحو المعدات الكهربائية. وقد تم استخدام جميع المحركات الكهربائية لمدة 15 عامًا وكانت هي الشكل الأساسي لتشغيل الصمامات في مشروع ضغط Åsgard من ستات اويل التابع لشركة شتات أويل - وهي أول صناعة للمعالجة تحت سطح البحر ، تم إطلاقها في عام 2015 ، قبالة النرويج.

وقد تم بناء حوالي 8.5 مليون ساعة من الخبرة مع المحركات الكهربائية منذ أن تم تركيبها لأول مرة على Statfjord في 2001/2 ، مع توافر 99.3 في المئة ، Eldar Lundanes ، مدير النظام العالمي ، TechnipFMC ، وقال وادي Subsea.

في عام 2016 ، قامت شركة توتال بتركيب أول شجرة زيتون تحت الماء بالكامل (مجموعة من الصمامات على رأس البئر) ، في بحر الشمال ، قبالة سواحل هولندا. وكان أحد العقبات التي تعترض تحقيق هذا الإنجاز هو توافر صمام أمان كهربائي في قاع البئر (eDHSV) ، والذي تحقق ، ولكنه لا يثبت إلا في نسخة 5in ، وهو ما يحد من التطبيقات.

جميع الأنظمة الكهربائية أيضا تمهد الطريق لطائرات بدون طيار. "باستخدام كل الكهرباء لديك الكثير من الخيارات. يقول Helge Sverre ، تطوير الأعمال في شركة Blue Logic للربط الحثيري النرويجي تحت سطح البحر ، يمكن أن يكون لديك طائرات بدون طيار طوال الوقت ، ويمكنك التوصيل بالطاقة والتواصل معها. "يمكن أن يكون لديك مراقبة على مدار الساعة 24/7 ، يمكن تخفيض التكلفة ، سيكون أكثر أمانًا ، مع وجود مساحة أصغر ، ولا سفن ، وانبعاثات أقل من ثاني أكسيد الكربون ..." قد يكون هذا مفيدًا بشكل خاص في المناطق الحساسة مثل جزر لوفوتين أو المنطقة القطبية الشمالية.

وبالفعل ، يعمل مصنعو السيارات المشغلة تحت سطح البحر على تطوير مركبات ROVs و AUVs والهجينة الكهربائية لعدد من السنوات ، وذلك بهدف تمكين المركبات المقيمة تحت سطح البحر التي يمكن أن تصل إلى مقابس الطاقة البحرية هذه لاستخراج البيانات ، وإجراء العمليات ، وشحن بطارياتها.

تساعد التطورات التي تحققت في الموصلات الاستقرائية ، لنقل الطاقة والاتصال باتجاهين ، من قبل شركات مثل Blue Logic ، ومن خلال الاتصال البصري المائي ، من قبل أمثال Sonardyne ، في تمكين المواقع تحت سطح البحر والالتحام ، والشحن ، والتحكم ، ومن خلال الاتصالات المائية لهذه المركبات.

تصميم نظام المحطة الفرعية التابع لشركة ABB لديه مقبس "ROV". ومع الحجم ، يمكن لهذه الأنظمة أن تساعد في خفض مستوى الطلب على الطاقة ، كما هو الحال في المدن التي يتم فيها سحب بطاريات السيارات عند ذروة الطلب ، عندما لا يتم استخدام السيارات ، يقترح Bugge ، ويعاملها مثل بنوك الطاقة المتنقلة.

عندما لا يكون هناك قدر كبير من الطاقة التي يمكن الاعتماد عليها ، قد تكون البطاريات تحت سطح البحر مشحونة ومن ثم تستخدم عند الحاجة ، كما تقترح ستراند. يعتبر توحيد السطوح البينية ، ليس أقلها بالنسبة لرسو السفن ، من أجل الطاقة والاتصالات ، من قبل الكثيرين أمراً مهماً لتحقيق هذه الرؤية.

المشكلة الملصقة هي اتفاق الصناعة على الآلية الخاطئة لأنظمة السلامة الحرجة. يتم استخدام الخزائن الفاشلة في فصل الربيع حاليًا ، ولكن في نظام كهربائي بالكامل ، يمكنك الانتقال إلى أنظمة الأمان التي تعمل بالبطاريات. يقول ستراند: "إنها واحدة من أكثر المناقشات إثارة للاهتمام التي نجريها في هذه الصناعة - الربيع أو البطارية؟" إن الفائدة من سلامة الفشل الكهربائي هي أنك قادر على اختبارها دون إيقاف الإنتاج. "مع الربيع ، ليس من السهل إطلاقه قليلاً. مع وجود نظام آمن كهربائي ، يمكنك التحكم الكامل بعزم الدوران والسرعة.

متطلبات الصناعة الحالية ، في ظل API 170 ("الكتاب المقدس لعهد الكريسماس" ، يقول Lundanes) هو مكتوب إلى حد كبير للأنظمة الكهروهيدروليكية ، ولكن. "هناك بيروقراطية للتغلب عليها. لكننا سنتغلب عليه ".

ساعد الانكماش في صناعة النفط والغاز. هناك المزيد من العقول والانفتاح على التكنولوجيا الجديدة. "حتى إذا كانت واجهة برمجة التطبيقات لا تتحرك بسرعة ، يتم فتح مواصفات المشغلين للسماح بالتكنولوجيا الجديدة ، مثل جميع الأجهزة الكهربائية. تستشهد Lundanes بتخفيض التكلفة بنسبة 25 إلى 50 في المائة من خلال القضاء على بعض الأنابيب الفولاذية أو اللدائن الحرارية في السرة ، وأكثر من ذلك ، إذا كان من الممكن التخلص من السرة بالكامل أيضًا عن طريق نقل التخزين الكيميائي والحقن تحت سطح البحر ، وحتى توفير الطاقة المحلية لاحتياجات الطاقة ( تعمل ENI مع شركة العوامة ذات طاقة الأمواج على هذا المفهوم) وباستخدام الاتصالات اللاسلكية.

البيانات
هناك أيضًا ميزة أخرى تتمثل في استخدام الكهرباء بالكامل: قدرات أكبر للتحكم في العمليات ومراقبة الحالة ، وإمكانية الاستفادة من البيانات الضخمة. يقول لاندانس: "تعتبر الأنظمة الكهربائية أكثر تأثراً من الأنظمة الهيدروليكية ، لذا سيكون لديك معرفة أفضل وإمكانية توقع وتوافر ويمكنك زيادة تقليل تكاليف النظام".

يقول ستراند: "يشجع التشغيل الكهربائي ، على سبيل المثال ، التحكم في العمليات والتحكم في التشغيل". "بالمقارنة مع الأنظمة الكهروهيدروليكية ، هناك فرق كبير في كمية البيانات التي يمكننا الاستفادة منها." على سبيل المثال ، يمكن قياس بيانات الجهد والتيار والبطارية لمعرفة ما إذا كانت ستطلق المشغل عند الحاجة. "أنت تعرف المزيد عن موضع الصمام ، يمكنك قياس سرعة المحرك ، ولديك ملف عزم الدوران ،" يمكنك من خلاله استنتاج التآكل. كما يمكن أن تساعد بيانات الاهتزاز على استنتاج المعلومات حول ما يتدفق من خلال صمام ، كما يضيف.

يمكن لـ DHSVs الكهربائية (التي يمكن تثبيتها بشكل أسرع من نظيراتها الهيدروليكية ، كما يقول ستراند) أن تدعم الإكمال الكهربائي بالكامل داخل الآبار ، مما يعني بعد ذلك المزيد من الإكمالات الذكية - مما يعني مرة أخرى أن المزيد من المعلومات عن التحكم في الآبار ومزيد من التحكم فيها متاح. في الواقع ، تعمل BHGE على سيارة DHSV تعمل بالبطارية ، والتي من المتوقع أن تكون جاهزة في عام 2020.

ومن ثم ، فإن الدمج بين الكهرباء والإيثرنت والاتصالات بالألياف البصرية يمكّن من إتاحة البيانات بسهولة في الوقت الفعلي ، بحيث يمكن تطبيق تحليلات البيانات لتحسين الإنتاج ومراقبة الحالة والصيانة التنبؤية.

لا يزال شكل بنية الاتصالات والحوسبة - أي المركزية أو اللامركزية (باستخدام الحوسبة الحافة) - موضع نقاش. ولكن خلاصة القول هي أنه يمكن إضافة المزيد من المعلومات والمزيد من التحكم وإلى هذا الإطار من خلال الاتصالات المائية ، بحيث يمكن للمركبات التحدث إلى البنية التحتية وبعضها البعض ، دون الحاجة إلى الاتصال الجسدي.

كل هذا يتيح نظام أكثر مرونة. يقول ستراند: "إن الانتقال إلى جميع أنواع الكهرباء يشبه البدء بورقة نظيفة من الورق". "اليوم ، تم تطوير الحلول الكهربائية التي تم تطويرها من أجل الحلول الكهروهيدروليكية داخل حدود هذه الأنظمة. مع كل الكهرباء يمكننا أن نتجاوز ذلك ".

كانت الصناعة هنا من قبل ، في 1990s ، عندما تم النظر في الحلول الكهربائية لأول مرة. يقول بوج: "أصبح السوق الآن جاهزًا والتطبيقات جاهزة". ستكون موثوقية هذه المعدات أساسية ، لكنها قادمة. "إنها أيام مبكرة ، لكني أعتقد أن ثورة الطاقة هذه في قاع البحر قادمة ولن تكون فقط من أجل النفط والغاز".

(كما نشر في طبعة مايو 2018 من مراسل التكنولوجيا البحرية )