http://www.eprussia.ru/epr/379-380/6561757.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 23-24 (379-380) декабрь 2019 года

Морской шельф Арктики: прогрессивное энергоснабжение

Представители разных отраслей мировой экономики, бизнеса и власти обсуждают множество вопросов, связанных с освоением Арктики, – от морского судоходства, полярной авиации и энергоснабжения до жизни человека в суровых условиях Заполярья. Особый интерес представляют новые технологии, способные не просто растопить лед холодных территорий, но и дать экономический эффект при освоении этих районов.

Территория Арктики прочно ассоциируется со сложными условиями добычи углеводоров, в частности, речь идет о подводной добыче, процесс которой сложен технически и энергетически. Надежное энергоснабжение объектов подводного добычного комплекса – один из основных факторов, влияющих на эффективность освоения морского месторождения.

При комбинированном виде обустройства морского нефтегазового месторождения источник генерации находится на морской платформе, и передача энергии идет по кабелям переменного тока.

При этом расстояние от платформы до комплекса обычно не превышает 40 км. При подводном виде обустройства месторождений расстояние от береговых источников электроэнергии до ПДК может быть больше 100 км. И тогда использование переменного тока с постоянной частотой приводит к большим потерям мощности в линиях электропередачи и, следовательно, к снижению общей эффективности освоения морских месторождений.


Генерация к холоду шельфа

Коллектив разработчиков в составе Юрия Харченко, Судура Сугунушева (РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина) и Александра Гриценко (ООО «Газпром ВНИИГАЗ») предложили вариант комбинированного обустройства на примере норвежских месторождений Asgard и с полностью подводной энергетикой – Ormen Lange.

Как рассказали специалисты, месторождение Asgard расположено на расстоянии 200 км от берега при глубине моря 240‑310 м. Генерация электроэнергии происходит на блоке А – судно FPSO. Схема энергоснабжения предусматривает, что на судне расположены генерирующие мощности для системы ПДК. А состав оборудования включает в себя: частотные преобразователи (VSD), генератор бесперебойного питания для системы управления (UPS), повышающие трансформаторы. Подводное оборудование состоит из понижающих трансформаторов, электроэнергия от которых направляется к подводным компрессорам (11,5 МВт х 2), станции управления и насосам.

Данная схема передачи электроэнергии возможна только при небольших (до 40 км) расстояниях между источником энергии и системой энергопотребления. В суровых арктических условиях, при круглогодичном ледовом покрытии на удаленной от берега акватории установка морских надводных нефтегазодобывающих сооружений невозможна. Следовательно, необходимо рассмотреть варианты всего оборудования в подводном исполнении. Примером полностью подводного обустройства является месторождение Ormen Lange, которое расположено на расстоянии 120 км от берега при глубине моря 800‑1100 м. Управление и электроснабжение всего оборудования системы ПДК осуществляется по кабелю системы переменного тока (АС-кабелю) с береговых объектов.

Схема электроснабжения ПДК Ormen Lange состоит из береговой и подводной части. В береговой части находятся: источник энергии – линии электропередачи (ЛЭП), статический компенсатор реактивной мощности (СКРМ), регулятор под нагрузкой (РПН), пульт управления и береговой повышающий трансформатор. Подводная часть включает в себя: силовой кабель, понижающий трансформатор и распределительный щит, электроэнергия от которого поступает к подводному сепаратору, фонтанной арматуре и через частотный преобразователь электроэнергии, к подводной системе компримирования.

Как отметили ученые, подводный компрессор, состоящий из 4 линий компримирования, мощностью 58 МВт, является основным источником потребления электроэнергии. Подача электричества к подводному компрессору осуществляется через частотный преобразователь (VSD), который позволяет сократить расход электроэнергии на 20 % за счет контроля скорости вращения электродвигателя и уменьшения потерь холостого хода.

Этот пример обустройства добычи на месторождениях является единственно верным при освоении месторождений в арктических условиях, однако использование системы переменного тока имеет ограничение по расстоянию передачи. Эффективным расстоянием применения переменного тока, полагают эксперты, является дистанция не более 150 км. Использование передачи переменного тока на расстояния свыше приведенного значения приводит к значительным потерям в кабелях из‑за реактивной составляющей полной мощности. Из этого следует, что при освоении морских месторождений в Арктике необходимо использовать иные способы энергоснабжения подводных промыслов.


Воспользуемся опытом соседей

В настоящее время повсеместно используются подводные высоковольтные HVDC (постоянный ток) линии для передачи электричества на большие расстояния, как в Европе. При обустройстве отдаленных морских месторождений с полностью подводным расположением всего технологического комплекса система энергоснабжения c постоянным током имеет ряд преимуществ над системой энергоснабжения c переменным током. А именно: уменьшение нагрузки на силовые трансформаторы, увеличение в связи с этим срока их службы; сокращение нагрузки на провода и кабели, возможность использования кабелей меньшего сечения; снижение уровня потерь электроэнергии.

Однако специалисты считают, что во всех существующих проектах передачи постоянного тока оборудование по преобразованию постоянного тока в переменный и обратно находится на берегу (в надводном исполнении). Преобразователи, постоянный ток – переменный ток, на данный момент не разработаны. Из этого следует, что применение постоянного тока для электроснабжения оборудования, работающего на переменном токе на отдаленных месторождениях в полностью подводном исполнении, невозможно.


В рамках национального проекта «Наука» в России до 2024 года планируется создание 15 научно-образовательных центров мирового уровня, часть которых, несомненно, будет относиться к Арктике, интерес к которой неуклонно растет. В этом году прошли крупнейшие мероприятия, посвященные Арктическому региону – «Неделя арктической науки», состоявшаяся в мае 2019 года, и международная конференция и выставка по освоению ресурсов нефти и газа Российской Арктики и континентального шельфа стран СНГ (RAO / CIS Offshore 2019). В 2020 году состоится еще более масштабное мероприятие – Всемирный конгресс социальных и гуманитарных наук об Арктике.



«Двойной» ток

Одним из решений использования постоянного тока для энергоснабжения месторождений с подводным обустройством может быть применение инверторных двигателей (ИД), работающих как на переменном, так и на постоянном токе. Принцип его работы такой: коммутатор переключает транзисторы в зависимости от угла поворота ротора, регулируя тем самым питание фаз обмотки. Датчик угла поворота ротора и коммутатор выполняют функции щеточно-коллекторного узла двигателей постоянного тока. В двигатель устанавливаются три датчика Холла с интервалами в 60 или 120 электрических градусов. Датчики реагируют на магнитное поле, тем самым определяя положение ротора относительно статора двигателя. Инверторный двигатель является комбинированным вариантом электрического двигателя и встроенного частотного преобразователя. Самое главное отличие инверторного двигателя в том, что он не имеет трущихся частей (щеток), а ротор, как и в любом электрическом двигателе, вращается под воздействием электромагнитного поля. Тем самым двигатель имеет больший безремонтный интервал и увеличивает срок службы компрессора.

Применение ИД на постоянном токе существенно снизит энергопотребление подводного компрессора и обеспечит более точную работу его двигателя за счет поддержания требуемого числа оборотов, что позволит обеспечить плавный режим работы без скачков давления на выходе.

Эксперты уверены, что российский сектор Арктики – огромная сырьевая база углеводородов. Учитывая тяжелые климатические условия, круглогодичное ледовое поле, освоение месторождений возможно только подводным способом. Энергоснабжение таких подводных промыслов должно отвечать самым высоким требованиям и быть надежным в течение всего цикла эксплуатации. Исходя из вышеуказанного, применение системы постоянного тока наряду с инверторными двигателями – наиболее перспективное направление при освоении морских месторождений арктической территории.


Благодарим за содействие в подготовке материала организаторов RAO / CIS Offshore 2019.


Отправить на Email

Также читайте в номере № 23-24 (379-380) декабрь 2019 года:

  • Поздравляем с Днем энергетика и Новым годом!

    Огромный, сложный и многогранный – именно таков энергетический комплекс России. И создать его «портрет» в газете – практически нереально. Поэтому наше издание – это лишь штрихи к портрету, крупными и мелкими мазками. Спасибо всем читателям газеты, которые вглядываются в создаваемый нами «портрет» энергетики. Читают о себе, о коллегах и смежниках. Каким будет следующий год – зависит от каждого из нас. Желаю всем веры в себя и ...

  • «Вега-ГАЗ»: опыт и надежность

    Основная деятельность ООО «Вега-ГАЗ», основанного в 1997 году, – производство и поставка систем автоматики для нужд российского топливно-энергетического комплекса. ...

  • Морской шельф Арктики: прогрессивное энергоснабжение

    Представители разных отраслей мировой экономики, бизнеса и власти обсуждают множество вопросов, связанных с освоением Арктики, – от морского судоходства, полярной авиации и энергоснабжения до жизни человека в суровых условиях Заполярья. Особый интерес представляют новые технологии, способные не просто растопить лед холодных территорий, но и дать экономический эффект при освоении этих районов. ...

  • Электромобили в России: риски и возможности

    Рынок электромобилей по всему миру стремительно растет. Ожидается, что к концу 2019 года он превысит 7 млн единиц. В России на сентябрь 2019 года было зарегистрировано около 6 тыс. единиц электромобилей. ...

  • ТГК-2: Инвестиции – в тепло

    Территориальная генерирующая компания № 2 успешно ведет деятельность в пяти регионах, обеспечивая надежное и бесперебойное снабжение потребителей тепловой и электрической энергией. ТГК-2 последовательно работает над повышением экономической эффективности своей деятельности и внедряет новые технологические решения. ...


'