פעולות נפט מרחוק לעתים קרובות להתמודד עם האתגר של מתן כוח אמין בסביבה תת-ימית קשה. מקורות כוח מסורתיים כמו גנרטורים משטח או סוללות יכול להיות מוגבל יעילות וארוכות, במיוחד כאשר שדות נעים למים עמוקים יותר, רחוק מהחוף, או דורשים מרחקים עניבה מורחבים. חידושים אחרונים בדור כוח תת-ים משנים את האופן שבו אתרי מרוחקים אלה מופעלים, מגבירים, יעילות, וקיימות תוך צמצום התלות על פלטפורמות גבוהות וטכנולוגיות יציבות בעתיד, וטכנולוגיות כוח.

הצורך ב- Subsea Power בביצועים מודרניים מחוץ לחוף

כמו שדות offshore ומפעילים לדחוף עמוק יותר, אגן מרוחק יותר, הביקוש לכוח תת ים גדל בחדות. ציוד עיבוד צוללות - כגון משאבות מרובותphase, מערכות הפרדה ודחוסים - דורש כוח חשמלי משמעותי להגביר את הייצור, להאריך את החיים בשטח, ומאפשר התפתחויות ארוכות טווח של העברת כוח מן פני השטח באמצעות כבלי כוח תת ים בפני מגבלות טכניות וכלכליות: מעל פני מתח ארוך, לפגיעות גבוהה לכדי פגיעה מכנית גדולה.

במקביל, התעשייה נעה לעבר כל מערכות תת-קרקעיות חשמליות, אשר מבטלות נוזלים שליטה הידראוליים ולהפחית משקל עליון. Powering המערכות הללו מפלטפורמה מרוחקת או על מתקן החוף הופך לא מעשי מעבר ל -100– 150 ק"מ, דור כוח צוללות מציע אלטרנטיבה: ייצור חשמל ישירות על קרקעית הים, באמצעות משאבי אנרגיה מקומיים כגון זרמים, גז טבעי מהמאגרים, או גישה מימן זו, מאפשרת חתימות אוטונומיות, ולהפחית את הפחתת פעילות אוטונומית, ולהפחית את הפחתת יכולת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת הפחתת החשמל באופן ישיר על קרקעית הים.

החידושים המרכזיים בדור כוח ים

כמה טכנולוגיות נמצאות כעת בחזית של הדור של כוח תת-ימי, כל אחת מהן עם יתרונות נפרדים לתנאי הפעלה שונים.ההבטחה ביותר כוללת טורבינות תת-ימיות, תאי דלק, מערכות היברידיות, ומושגים מתעוררים כמו טורבינות גז תת-ימי ומחסן אנרגיה.

טורבינס תת-קרקעי

טורבינות תת-ימיות רותמות את האנרגיה הקינטית של זרמי האוקיינוס והגאות כדי ליצור חשמל.מתכנן לסביבות מדכאות, קורוזיות, טורבינות אלה מוטבעות בדרך כלל על יסודות מבוססי כבידה או מעוגן אל קרקעית הים.הם מייצרים כוח מתמשך, צפוי באזורים עם זרמי טיטד חזקים או זרמי שדה עקביים.

למרות זרמי טיטד הם ספציפיים לאתר, אגן מים עמוקים רבים (למשל, offshore ברזיל, מערב אפריקה, ואת הים הצפוני) לחוות מספיק חזק כדי לייצר כוח משמעותי.האתגרים הטכניים העיקריים הם רעוע, קורוזיה, ושמירה על חותמות סיבוב תחת לחץ קיצוני. על מחקר מתמשך בציפויים מתקדמים, מניעת ביו-פעוטציה, ו גנרטורים ישירים (מכשירים ריקים) הוא שיפור במהירות של כמה שנים של אמינות.

תאי דלק צוללות

תאי דלק מציעים שיטה שקטה, אפס-בעירה של ייצור חשמל באמצעות תגובות כימיות.ליישומים תת-ימיים, Proton Exchange membrane (PEM) ותאים דלק חד-חמצני מוצק (SOFC) הם תאי הדלק המלומדים ביותר.בתאים דלק PEM פועלים בטמפרטורה נמוכה (60 & #8211;80 & #176; C) באמצעות מימן טהור ואוויר (או חמצן), רק מים וחום כמוצריביים הם יעילים, לעומת 60.

SOFCs לפעול בטמפרטורות גבוהות יותר (600 & #8211;1000 & #176;C) ויכול לרוץ ישירות על גז טבעי, רפורמה מתאן פנימי, המהווה יתרון גדול עבור מתקני תת-ימיים כי תחבורה מימן ואחסון נמנעים. פרויקטים כמו FLT:0DeSepS דלק CellFLT:1 (מתפתח על ידי Aker ואחרים) הוכיחו כי תחבורה מימן ואחסון מיוצרים עם מינימום של דלק אווירי חשמל, לעומת תאים חשמליים, לעומת דלק נוזליים חשמליים.

גז ים Turbines

למרות פחות פומבי, טורבינות גז תת-ימי מפותחות עבור יישומים בעלי עוצמה גבוהה (מאזניים) טורבינות אלה נגזרות טורבינות גז אווירי או תעשייתי, מותאם לשימוש תת-ימי על ידי החלפת צריכת האוויר עם אספקת חמצן על הסיפון או באמצעות מים סביב כמו שקוע חום.

מערכות היברידיות ואבטחת אנרגיה

אין מקור חשמל אחד אופטימלי עבור כל התרחישים מערכות היברידיות משלבות שתי טכנולוגיות או יותר עם אחסון אנרגיה כדי לאזן את היצע לסירוגין וביקוש משתנה.לדוגמה, טורבינות תת-ימית מספקת כוח בסיס, בעוד תא דלק או בנק סוללה מטפל בעומסים או ממלא פערים במהלך גל slack. Lithium-ion-ion (ואחרונה יותר, סויה או סוללות מוצקות) יכול להיות פרוס על ידי לחץ תת-אווירה בלחץ נמוך של עשרות שעות ביממה, המספקים של סוללות קריטיות של מערכות אבטחה.

מערכות ניהול אנרגיה (EMS) לתאם מקורות אלה, למקסם את השימוש באנרגיה מתחדשת ולהפחית צריכת דלק.מערכות כאלה אטרקטיביות במיוחד עבור בארות לוויין מרוחקות שאינן כל הזמן השתתפו; הצמח ההיברידי יכול לרוץ באופן אוטונומי במשך חודשים, להעביר נתונים מצב באמצעות מצבי אקוסטי או אינדוקטיביים.שילוב של תאומים דיגיטליים ואלגוריתמים חיזוי שיפור יעילות נוספת על ידי מהירויות דלק נוכחיות, ירידה, תאים, וסוללה של בריאות המדינה.

יתרונות של פעילות נפט מרחוק

מערכות כוח תת-ימי מודרניות מספקות יתרונות קונקרטיים לשיפור כלכלת הפרויקט וביצועים סביבתיים:

  • (FLT:0) אמינות העדר: כוח יוצר 1 (Felot) מבטל את הנקודה הארוכה ביותר של כישלון - הכבלים היבשים או הגנרטור העליון.
  • (FLT:0) היתרונות של אנרגיה:FLT:1 טורבינות תת-קרקעי לייצר אפס פליטות במהלך פעולת תאים דלק באמצעות גז טבעי להשיג ליד אפס NOx ו- SOx, ואם מימן מקורו מ אלקטרוליטיזה מתחדשת, פליטות פחמן יורדות ל-0. סובימי טורבינות גז יכול לשלב פחמן ללכוד או לזרימה מחדש, להפחית באופן דרמטי את טביעת הרגל הכוללת של פחמן.
  • (FLT:0) יעילות השימוש: FLT:1 ההוצאה הון של ייצור חשמל תת-ימי היא לעתים קרובות נמוכה יותר מזה עבור כבלים ארוכי-צעד ומשתנים הקשורים שלהם ומחליף. עלויות תפעול מופחתות כי אין תחבורה דלק מתמשכת (לטידל) או כי גז מיוצר משמש באופן מקומי במקום להתלקח.
  • (FLT:0) Flexibilitymia תפעולי: FLT:1 מערכות כוח צוללות ניתן לסגת לעצים תת-ימיים קיימים או פיות מאניות ללא שינויים גדולים בצד העליון.הם גם מאפשרים מרחקים עניבה מורחבים מעבר ל -100 ק"מ, פתיחת עתודות חדשות שהיו בעבר בלתי-כלכליות.
  • (FLT:0) שיפורים מאובטחים: 1FLT 1 ציוד דור ללוקינג על קרקעית הים מפחית את מספר האנשים על פלטפורמות ואת הצורך בטיפול בדלק מסוכן מערכות צוללות נועדו להתערבות מרחוק המופעלת מרחוק, הורדת החשיפה למזג אוויר כבד והעלאת פעולות.

מחקרים וגילויים אמיתיים

למרות שדור כוח תת-ימי הוא עדיין שוק נישה, כמה פרויקטים חלוצים אישרו את הטכנולוגיה בסביבות תפעוליות.

אחד ההפגנות הגדולות ביותר היה פרויקט FLT:0 משקעים גז קומפרסיון 1 (FLT:2Equinor ’s Asgard שדהFLT 3: 3), שהשתמש טורבינות גז בעוצמה גבוהה כדי להניע דחוסים עבור שיקום גז משופר.

דוגמה נוספת היא חוף סקוטלנד:0 (אורביטאל ימי כוח OvyOve2FLT:1 טורבינות (2MW), אשר פרוסה מחוץ לחוף סקוטלנד, אשר שימש כדי לספק כוח לתחנות טעינה תת-ימיות עבור כלי רכב תת-ימיים אוטונומיים (AUVs) למרות שלא ישירות כוח ייצור ציוד ייצור, הפרויקט מדגים את בגרות של טורבינות טיטד בסביבה עתירה גבוהה.

בשנת 2021, הודיעה החברה (FLT:0) OneSubseaFLT:1 (חברה של Schlumberger) על הניסויים המוצלחים של מערכת תאי דלק תת-ימית מדורג 10 קילוואט, שנועדה לאספקת חיישנים תת-ימיים ולמודולים שליטה לתקופות ארוכות.המערכת המופעלת במשך יותר מ-6 חודשים בסביבה קרקעית דמה, מה שמוכיח את עמידותם של תאי דלק תחת לחץ שדה במפרץ מקסיקו, מתחילים לשלב תאים קיימים כדי למזגים.

אחסון אנרגיה בצוללות ראה גם שימוש מעשי.FLT:0Battery Energy Storage Systems (BESS)BuildFLT:1 אשר נפרס על ידי FLT:2SaipemphFLT 3 בים התיכון לספק כוח גיבוי ליחידות שליטה תת-ימיות, ולהבטיח כי שסתוםים ומבצעים נותרו פונקציונליים במהלך ההפרעות בצד העליון.

לקריאה נוספת על פרויקטים ספציפיים, ראה את FLT:0Offshore Magazine ’ כיסוי של תאי דלק תת-ימי מתקדם 1 ו-FLT:2Equinor ’ סקירה של טכנולוגיית דחיסת תת-ימית FLT 3:

אתגרים ומכשולים טכניים

למרות התקדמות מהירה, פריסת של כוח תת-ימי עומדת בפני מספר אתגרים משמעותיים:

  • (FLT:0) לחץ גבוה קורוזיה: ציוד 1FLT1 חייב לפעול בעומק מים מעל 3000 מטר, עם לחץ חיצוני עד 300 בר. כל החומרים, החותמים, וחדירה חשמלית יש לתכנן בקפידה כדי למנוע מי ים באגרסיביות. למערכות פיצוי לחץ פעיל (למשל, מחסניות מלאות שמן) להוסיף מורכבות.
  • (FLT:0) אחריות עבור 25+ שנים: מערכות כוח צוללות 1 ( Subsea) חייבות להיות מיועדות ללא התערבות מינימלית או מינימלית על החיים של השדה.זה דורש בדיקות נרחבות, השתקפות של רכיבים, ונבנה ב Redundancy. לדוגמה, נושאים בטורפות מתחת למים דורשים לעתים קרובות חותמות יבשות או שטף מגנטי כדי לחסל.
  • (FLT:0) Power Conditioning and Transmission:FLT:1 המתח והתדירות שנוצר חייב להתאים לדרישות של ציוד תת-ימי. Power Electronics (למשל, כוננים בתדר משתנה) נדרשים להמיר ולסדיר את הכוח; האלקטרוניקה האלה הם נקודת כשלון.העברת כוח על פני מחברים תת-ימיים עם הפסדים נמוכים נשאר אתגר הנדסי, במיוחד עבור יישומים נוכחיים גבוהים (VDC).
  • (FLT:0) שימור והתערבות: FIRLT:1; אם גנרטור תת ים נכשל, העלות של גיוס עבור כלי תיקון יכול להיות מיליוני דולרים ליום. לכן, עיצובים מודולריים המאפשרים החלפת יחידות כוח מבוסס ROV הם חיוניים. חלק מפעילי מפתחים ממשקי חשמל תת ים סטנדרטיים כדי לאפשר נפיחות חמה של מודולים.
  • (FLT:0) גידול מרין ו- Biofouling: ibph:1 טורבינות תת-קרקעי וחילופי חום פגיעים ל biofouling, אשר מפחית יעילות ויכול לחסום חלקים נעים. ציפויים אנטי-פופולטיביים ופעולות ניקוי תקופתיות (למשל, באמצעות מברשת ROV או dosing כימי) הם הכרחיים במים גבוהים.
  • (FLT:0) Environmental Permitting: ⁇ F1) טורבינות Tidal עלולות להשפיע על הידרודינמיקה מקומית ועל חיי ימיים.דלק, במיוחד אלה המשתמשים בגז טבעי, דורשים אישורים לבעירה (למרות שממצה היא מינימלית).

תחזית עתיד

המסלול של ייצור כוח תת-ימי מצביע על שילוב גדול יותר עם טכנולוגיות דיגיטליות ואוטונומיות עד 2030, כמה מגמות סביר להניח שיעצבו מחדש את הנוף.

תאומים חכמים ודיגיטליים

המפעילים מפתחים רשתות חכמות תת-ים שמחברים מקורות חשמל מרובים – טורפים, תאי דלק, סוללות – עם איזון עומס בזמן אמת.תאומים דיגיטליים של מערכת החשמל מאפשרים למפעילים לחזות כישלונות, לייעל צריכת דלק ולדמיין את ההשפעה של הוספת עומסים חדשים.

אנרגיה אחסון כשירות

במקום להחזיק סוללות, המפעילים עשויים לשכור יחידות אחסון אנרגיה תת-ימיות כשירות, עם הספק האחראי על תחזוקה והחלפה.מודל עסקי זה מקטין את ההון העליון מעודד חדשנות בכימיה אחסון (למשל, סוללות זרימה, אחסון מימן) שיכול לעמוד בלחץ גבוה.

אינטגרציה עם Offshore Wind

למרות טורבינות רוח offshore הם מבנים משטח, החשמל שלהם יכול להיות מועבר subsea כדי כוח מרחוק היטב ראשים כוח מרחוק. עם זאת, הצעד הבא יכול להיות צף תת-קרקעי כי משלבים את הרוח עם דור תת-ימי, יצירת מיקרוגרידית משתמש כוח טיטד או דלק כאשר הרוח היא נמוכה.

כוח לרכבים תת-קרקעיים אוטונומיים (AUVs)

(הדור של כוח צוללות יכול לשמש גם את הצי ההולך וגדל של AUVs המשמש לבדיקה, תחזוקה ואוסף נתונים.ד. תחנות דוק מצוידות בתאי דלק תת-ימיים או טורבינות טיטד יכול לטעון מחדש את AUVs אלחוטית (באמצעות הפיכה אינדוקטיבית), המאפשרות פעולות תת-ימיות מתמשך ללא כלי תמיכה על פני השטח.

Longer Term: Seabed Factories

החזון האולטימטיבי הוא מפעל קרקעית הים, שבו כל הייצור, הפרידה וציוד הדחיסה הוא לגמרי מחשמל על ידי כוח תת-ימי מקומי.זה יסיר את הצורך בכל תשתית משטח, להפחית באופן דרמטי את עלויות ההון ואת הסיכונים הבטיחותיים. טורבינות גז צוללות ישרוף את הגז המיוצר לייצר חשמל, בעוד תאי דלק טורבינות טיטד לספק גיבוי פחמן דו-חמצני יכול להיות מגלגל או מאוחסן עמוק בתוך חבלה של כמה יוזמות בינלאומיות, כולל פרויקט כוח: 1.

לסיכום, חידושים בדור כוח תת-ימי פותחים אפשרויות חדשות לפעילות מרוחקת של נפטפילד.טורבינות תת-קרקעית, תאי דלק ומערכות היברידיות מציעים חלופות אמינות, נקיות וחסכוניות לעוצמה העליונה המסורתית, בעוד שהאתגרים הטכניים נשארים, פרויקטים מוכחים בתחום ו-R&D מתמשכת מצביעים על כך שכוח תת-ימי יהפוך למרכיב סטנדרטי של פיתוח עמוק במים בתוך העשור הבא.