Применение ВИЭ на морских нефтедобывающих платформах
Тимур Урусов, Аника Чебан
В жизни современного общества ведущая роль экономики принадлежит энергоресурсам, в число которых входят нефть и природный газ. Ежедневно мы расходуем более 80млн барралей нефти и 7 млрд кубометров природного газа. Находить нефть и газ становится все труднее и труднее. Новых месторождений на земле становится меньше. Отсюда, в последнее время в мире наблюдается большой интерес к добыче углеводородного сырья морей и океанов. Процесс добычи – трудоемкий, исходя из этого, применяют специальные инженерные системы, называемые морскими буровыми платформами.
Морские нефтедобывающие платформы делятся на два типа: стационарные и плавучие. В зависимости от климатических условий могут быть обычные и ледостойкие (Рис.1а, б). Таким образом, возможна установка платформ во всех широтах планеты – как в северных, так и в южных. Это дает возможность добывать сырье в любом уголке Земли.
В основном все морские буровые платформы снабжены типовым инженерным оборудованием. Для ледостойких платформ, проектируемых на арктическом шельфе Дальнего Востока, необходимо следующие значения потребления электроэнергии и тепла:
«Платформы с буровым комплексом:
Платформы без бурового комплекса:
Основное обеспечение электроэнергией и теплом для всей нефтебуровой морской платформы выполняют газотурбогенераторные установки (ГТУ). На каждой платформе в случаи аварии ГТУ, предусматриваются аварийные дизель-генераторы, обеспечивающие бесперебойное питание и позволяющие платформе функционировать постоянно, а также предусмотрены аккумуляторные блоки. Работу всех систем платформы обеспечивает две самые главные силовые установки приводом от газовых турбин.
Исходя из этого, внутренние инженерное оборудование – типовое. С каждым годом оно исчерпывает свои технико-эксплуатационные характеристики. Замена нового оборудования требует дополнительных затрат, а во время ремонтных работ морская буровая платформа не функционирует. Следовательно, не происходит добычи углеводородного сырья. Отсюда, необходимо автоматизировать инженерное оборудование на морских нефтедобывающих платформах. Исходя из этого, стоит использовать возобновляемые источники энергии, которые позволят платформе постоянно функционировать и быть самогенерирующими, экологичными и не вредить при этом окружающей среде.
Кроме этого, в настоящее время практически нигде не применяются системы с использованием ВИЭ – возобновляемые источники энергии. Используются лишь некоторые элементы, например, ветроэнергетические установки, и то не везде, поэтому нет и аналогов данного энергетического оборудования.
На основе проведенных исследований наиболее оптимальные возобновляемые источники энергии – это энергия солнца, воды, воздуха и энергия физическо-химических процессов.
Фотоэлектрические панели
Солнце, как известно, является первым и основным источником энергии для нашей планеты. Исходя их этого, за последние тридцать лет помимо тепловых, атомных, ветряных и гидроэлектростанции, широко набирает обороты и солнечная энергетика.
Неисчерпаемая и экологически безопасная солнечная энергия имеет постоянный спрос в южных регионах с большим количеством безоблачных дней, где такая энергия применяется не только для общественного пользования, но и для добычи углеводородного сырья.
В Германии немецкие инженеры построили корабль, работающий только от фотоэлектрических панелей общей площадью 537м2 – Planet Solar Türanor, который является экологически чистым и бесшумным. Корпус такого судна выполнен целиком из пластмасс, армированных углеродным волокном. На сегодняшний день является самым первым и крупнейшим в мире судном, работающий на солнечной энергии (Рис.2).
Благодаря двум электродвигателям, которые получают энергию от фотогальванических панелей, судно двигается со средней скоростью 10км/ч (максимальная скорость 26км/ч). Вся поверхность такого корабля покрыто 825 модулями, содержащие около 38000 фотоэлектрических панелей. Внутри судно разделено на 6 накопительных блоков, которые получают и накапливают энергию.
Применение такой технологии позволило команде из 6 человек совершить кругосветную экспедицию, используя только солнечную энергию.
Ветряные установки на воде
В 2005 году ученые из Стэнфордского университета провели исследования потенциального развития мировой ветроэнергетики и получили результаты, что ветер способен дать нам в семь раз больше электроэнергии.
Одна из ветряных электростанций на воде является London Array, мощостью 630МВт, построенная в открытом море (Юго-восток Великобритании). Ветроэлектростанция состоит из 340 ветряных турбин протяженностью 20км в прибрежной полосе графств Кент и Эссекс. Станция работает с июля 2013 года (Рис.3).
«Электростанция состоит из одной наземной подстанции и двух морских подстанций. Всего под водой протянуто более 400км кабеля. В целом данная ветролектростанция занимает площадь около 100км2»[2].
Проект London Array играет ключевую роль в программе правительства Великобритании по выполнению целей по защите окружающей среды и возобновляемой энергии.
Предварительные исследования показали, что автономный плавучий ветряк можно применять без дорогостоящих модификаций на любых глубоководных нефтегазовых разработках.
Волновая энергия
Сила волн на поверхности морей и океанов, как и любая другая энергия, может использоваться для полезной работы. По мнению экспертов, волны Мирового океана могут удовлетворить от 20% энергетических потребностей человечества.
Одна из известных установок на воде, получающая энергию за счет волн – волновая электростанция «Утка» Солтера, которая начала свое развитие в 1978 году.
Такая электростанция состоит из поплавков, напоминающие форму утки. Поплавки между собой объединяются при помощи единого вала, а внутри них находятся преобразователи и другие инженерные системы. Энергия вырабатывается за счет колебания поплавков, которые вызывают волны. Получаемая электроэнергия передается по подводному кабелю.
Электростанция Солтера мощностью 45МВт, расположена у западных берегов Британских островов, обеспечивающая электроэнергией Великобританию, которую вырабатывают 20-30 поплавков диаметром 15м. Общая длина такой станции – 1,2км (Рис.4).
Энергия за счет подводного течения
В морях и океанах за счет постоянного перетока с одного места в другое холодной и теплой воды образуются подводные течения. Массы таких течений позволяют извлекать энергию даже при скорости 1м/с и выработать энергию около 1кВт.
Во Флоридском проливе в 30км восточнее города Майами планируется установить подводную станцию – система «Кориолис», способную выработать энергию за счет подводного течения.
Система «Кориолис» представляет собой 242 турбины общей длиной около 60км и шириной 30км с двумя рабочими колесами, которые вращаются в разных направлениях. Колеса установлены внутри полой камеры из алюминия, обеспечивающие плавучесть турбины (Рис.5).
Полезная мощность каждой турбины составляет 43МВт, что позволит удовлетворить потребности штата Флориды (США) на 10%.
Нидерландские инженеры разработали подводную стену «Parthenon», которую можно использовать для свайных нефтедобывающих платформ (Рис.6а). Стена «Parthenon» не только производит энергию экологически чистым способом, но и выступает в роли защиты прибрежной зоны и местного порта от волнового воздействия. Но такой проект еще не построен.
Установка состоит из большого количество колонн, что и напоминает греческий Парфенон в Афинах. Каждая колонна представляет собой турбину метрового диаметра, вращающуюся во все стороны из-за воздействий речных волн (Рис.6б).
Ядерный реактор
Ядерные станции обеспечивают нашу страну 17% электроэнергией, на Северо-Западе – более 40%. В России работают более 10 АЭС и 33 энергоблока. В основном применяются обычные реакторы разомкнутого цикла, которые работают на низкообогащённом уране. Отсюда, они сильно не дожигают топливо, в результате чего, происходит накопление радиоактивных отходов.
В 2018 году Россия запустила единственную в мире плавучую атомную электростанцию длинной 1,5 футбольного поля (футбольное поле-106м) и высотой в 9-и этажный дом эксплуатационным сроком 40лет. Работает АЭС как в умеренных, так и в суровых климатических условиях. Ее прочный корпус может выдержать 7-и метровые волны, ветер со скоростью 200км/ч и столкновение с айсбергом (Рис.7).
В случае нештатной ситуации происходит автоматическое охлаждение реактора, обесточивание приводов и снижение давления, но «в материалах проекта не предусмотрено надежное обеспечение аварийного расхолаживания реактора при полном обесточивании АЭС»[3].
Плавучая АЭС включает двухреакторную энергоустановку, которая вырабатывает до 80МВт электричества. Следовательно, может обеспечить жизнедеятельность города около 100т.чел. Кроме этого, станция работает как опреснительное сооружение, отвечая всем экологическим нормам и безопасности.
Заключение
В последнее время в мире наблюдается большой интерес к добыче углеводородного сырья морей и океанов, таких как нефть и природный газ. Процесс добычи – трудоемкий, исходя из этого, применяют специальные инженерные системы, называемые морскими буровыми платформами.
По своему типу нефтяные и газоперерабатывающие платформы могут быть стационарные и плавающие, а по климатическим характеристикам – обычные и ледостойкие. Таким образом, возможно добывать сырье в любом уголке Земли.
Для проведения буровых работ морские нефтяные платформы потребляют 24000кВт электроэнергии и 12500кВт тепла. Отсюда, все морские буровые платформы снабжены типовым инженерным оборудованием. Но с каждым годом оно исчерпывает свои технико-эксплуатационные характеристики. Замена нового оборудования требует дополнительных затрат, а во время ремонтных работ морская буровая платформа не функционирует. Исходя из этого, стоит использовать возобновляемые источники энергии (Рис.8).
На основе проведенных исследований наиболее оптимальные инженерные оборудования возобновляемых источников энергии, которые можно применить для нефтедобывающих морских платформ, следующие:
Благодаря применению перечисленного автоматизированного инженерного оборудования, они позволят практически в 2 раза сократить потребление дизельного топлива в период бурения скважин и попутного газа на собственные нужды в период добычи нефти. Обеспечить требуемой энергией как для платформы, так и недалеко расположенных от месторождений поселков или небольших городов (расстояние от месторождений – 50-100км) (Рис.9).
Кроме этого, автоматизированные оборудования, которые находятся в воде, как и нефтяные буровые платформы, эксплуатируются долго (30-40лет). Исходя из этого, ученые предложили их не демонтировать после срока эксплуатации. Согласно данным нового исследования, они могут стать основой для искусственных рифов, где обитает большое разнообразие организмов.
Отсюда, стоит сказать, что внедрение возобновляемых источников энергии для добычи углеводородного сырья, позволят нефтяным морским платформам быть самогенерирующими, экологичными и не вредить при этом окружающей среде.
Список литературы
Научная литература:
Иностранные источники:
Интернет источники:
[1] Амирасланов З.А. Научные основы создания морских нефтегазпромысловых сталебетонных сооружений/ 3. А. Амирасланов. - М.: ООО «ЦентрЛитНефтеГаз», 2011. С.61
