Alimentando o fundo do mar: Coloque um soquete nele

(Imagem: ABB)

ABB Subsea: A rede elétrica submarina poderia ajudar os operadores a monitorar mais de perto a saúde de seus equipamentos submarinos. (Foto: ABB)

Laboratório Submarino: A ABB está testando eletricidade para destruição em seu Laboratório Submarino em Oslo. (Foto: ABB)

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Há uma revolução energética chegando ao fundo do mar.

Nos esforços para impulsionar a produção submarina de petróleo e gás e alcançar campos mais distantes da costa, em águas mais profundas e até mesmo no Ártico, uma revolução de energia submarina está em andamento. Várias multinacionais estão desenvolvendo sistemas para fornecer energia elétrica através do fundo do mar - pense em tomadas de energia submarinas.

Dar acesso a energia submarina dessa maneira ajudaria as empresas de petróleo e gás a mover o equipamento de processamento para o fundo do mar, em vez de hospedá-lo em plataformas. No fundo do mar, os equipamentos, incluindo bombas e compressores, seriam mais eficazes e eficientes para aumentar as taxas de produção. A dependência reduzida de plataformas também ajudaria a reduzir as pegadas das empresas de petróleo, reduzindo o risco de poluição e as emissões de CO2. Sistemas totalmente elétricos também forneceriam um controle mais ágil e um monitoramento avançado da integridade de equipamentos submarinos.

Mas essa nova infraestrutura poderia suportar mais que bombas, compressores e atuadores. Também poderia ser usado para apoiar uma frota crescente de veículos submarinos não tripulados, bem como apoiar outras indústrias, desde a ciência dos oceanos até a mineração em águas profundas.

“Uma vez que você tenha energia lá embaixo, você pode alimentar ROVs (veículos operados remotamente), aquecimento em tubulações (para evitar bloqueios) e uma série de outras aplicações que estão surgindo,” diz Jan Bugge, vice-presidente de tecnologia submarina na ABB e Diretor de Projetos de um projeto de indústria de energia elétrica (JIP) da empresa com a Statoil. “Houve discussões sobre conexões com a energia eólica offshore, mineração (deepsea), aquicultura ... Qualquer coisa que tenha energia para transmitir (como parques eólicos) e precise de energia pode usar essa infraestrutura para importar e exportar energia. Estamos apenas tocando a superfície.

O conceito
No momento, os sistemas submarinos de petróleo e gás são eletro-hidráulicos. Cada consumidor de energia é alimentado com energia e comunicações através de umbilicais separados de uma unidade de velocidade variável de topo (VSD). Esse sistema tem flexibilidade limitada, caso um operador queira adicionar um novo poço ou uma bomba submarina.

O conceito de rede de energia submarina, no entanto, envolveria uma única linha de energia para o equipamento do fundo do mar (em até 3.000m de profundidade de água no momento), potencialmente de uma fonte de energia terrestre a 600km de distância e sem plataforma offshore. Em seguida, os equipamentos de distribuição instalados submarinos e os VSDs controlariam e distribuiriam a energia para uma variedade de usuários, desde bombas e compressores até sistemas de aquecimento de tubulação e ROVs ou veículos subaquáticos autônomos (AUVs).

O conceito está sendo retirado da Noruega, em grande parte pela norueguesa Statoil, junto com outras grandes companhias petrolíferas via JIPs. “Os benefícios diretos (de eletrificação submarina) estão reduzindo o custo e a impressão de pé superior, através da remoção do sistema hidráulico, tendo módulos submarinos umbilicais menores, menores e mais leves, melhor saúde, segurança e meio ambiente, e testes simplificados através da remoção de equipamentos pressurizados ”, diz Vidar Strand, gerente sênior de operações de vendas, centro de tecnologia e soluções para óleo e gás da BHGE. Strand, falando na conferência do Vale Subsea, em Oslo, em março, cita uma economia típica de 10 a 20 por cento no custo de vida, de ficar totalmente elétrica, com 25 por cento em alguns casos.

Quem está fazendo o que?
Subir a eletrônica de potência em movimento não é tarefa fácil. No entanto, empresas como ABB, Siemens e Baker Hughes, uma empresa GE (BHGE), estão trabalhando em soluções marinando componentes já comprovados (VSDs, painéis de distribuição, transformadores, etc.) em contêineres de atmosfera única ou criando e qualificando novos componentes , que pode operar em ambientes pressurizados preenchidos com óleo.

A BHGE tem um sistema qualificado de uma atmosfera, que foi projetado para transmitir energia de 120 km da costa até o campo Ormen Lange da Shell, onde ela alimentaria a compressão submarina (um projeto que foi arquivado).

A ABB está trabalhando em um sistema capaz de trabalhar para transportar até 100MW de potência até 600km e até 3.000m de profundidade de água. Ela construiu e testou um VSD submarino e está se preparando para um segundo teste de águas rasas, junto com um trem de pouso este ano. O sistema completo deve estar completo em meados de 2019. A ABB está colocando os componentes em contêineres cheios de óleo e usando convecção natural para resfriamento.

A Siemens estava planejando um teste de sistema completo em 2017. A Siemens também está colocando seus componentes em contêineres cheios de óleo. A Siemens Subsea está trabalhando em uma rede elétrica submarina JIP com a Statoil, juntamente com a Chevron, a ExxonMobil, a Petrobras e, desde o ano passado, a ENI.

A Siemens também está defendendo um sistema de distribuição de baixa voltagem, chamado DigiGrid, que incorpora comunicações de fibra ótica.

Todo-elétrico
Em conjunto com o desenvolvimento da rede de energia submarina, estão sendo feitos movimentos em direção a equipamentos totalmente elétricos. Os atuadores totalmente elétricos estão em uso há 15 anos e foram a principal forma de atuação de válvulas no projeto de compressão submarina Åsgard da Statoil - uma iniciativa inédita na indústria de processamento submarino, lançada em 2015, na costa da Noruega.

Cerca de 8,5 milhões de horas de experiência foram construídas com atuadores elétricos desde que os primeiros foram instalados na Statfjord em 2001/2, com 99,3% de disponibilidade, disse Eldar Lundanes, Gerente de Sistema Global da TechnipFMC, ao Subsea Valley.

Em 2016, a Total instalou a primeira árvore de Natal submarina totalmente elétrica (um conjunto de válvulas na cabeça do poço), no Mar do Norte, ao largo da Holanda. Um obstáculo para essa conquista foi a disponibilidade de uma válvula elétrica de segurança no poço (eDHSV), que foi alcançada, mas só é atualmente comprovada em uma versão de 5 polegadas, o que limita as aplicações.

Sistemas totalmente elétricos também abrem o caminho para os drones. “Usando tudo elétrico você tem muito mais opções. Você pode ter drones lá o tempo todo, pode conectar e ligar com eles ”, diz Helge Sverre, desenvolvedor de negócios da empresa norueguesa de conectores submarinos indutivos Blue Logic. “Você poderia ter vigilância 24 horas por dia, 7 dias por semana, custos reduzidos, segurança, menor área de ocupação, sem embarcações, menor emissão de CO2…” Isso poderia ser particularmente benéfico em áreas sensíveis como as Ilhas Lofoten ou o Ártico.

De fato, os fabricantes e operadores de veículos submarinos vêm desenvolvendo ROVs elétricos, AUVs e híbridos há vários anos, com vistas a permitir que veículos residentes submarinos possam se conectar a esses soquetes submarinos para extrair dados, realizar operações e carregar suas baterias.

Avanços feitos em conectores indutivos, energia bidirecional e transferência de comunicação, por empresas como a Blue Logic, e através da comunicação ótica de água, como a Sonardyne, estão ajudando a possibilitar o posicionamento e acoplamento submarino, carregamento, controle e comunicação de água para estes veículos.

O projeto do sistema de subestação submarina da ABB tem um “soquete” de ROV. Com escala, esses sistemas poderiam até mesmo ajudar a nivelar a demanda de energia, como está sendo feito em cidades onde as baterias de carros são puxadas para baixo na demanda de pico, quando os carros não estão sendo usados, sugere Bugge, tratando-os como bancos de energia móveis.

Onde não há uma grande quantidade de energia para ser utilizada, as baterias submarinas podem ser carregadas com um fio e então usadas como e quando necessário, sugere Strand. A padronização de interfaces, principalmente para o acoplamento, para energia e comunicações, é vista por muitos como importante para a realização dessa visão.

Um problema mais sério é o acordo do setor sobre o mecanismo de segurança para sistemas críticos de segurança. Os cofres com mola de mola são usados ​​atualmente, mas em um sistema totalmente elétrico, você passaria para sistemas à prova de falhas alimentados por bateria. “É uma das discussões mais interessantes que temos em andamento no setor - primavera ou bateria?”, Diz Strand. O benefício de um cofre à prova de falhas elétrico é que você é capaz de testá-lo sem interromper a produção. “Com a primavera, não é fácil liberar um pouco. Com um cofre elétrico, você pode ter controle total de torque e velocidade ”, diz Strand.

Os requerimentos atuais da indústria, sob a API 170 (“a bíblia da árvore de Natal”, diz Lundanes) são muito escritos para sistemas eletro-hidráulicos, no entanto. “Há uma burocracia para superar. Mas nós vamos superar isso.

A desaceleração do setor de petróleo e gás ajudou. Há mentes mais abertas e aceitação de novas tecnologias ”, diz Lundanes. “Mesmo que a API não esteja se movendo rapidamente, as especificações das operadoras estão sendo abertas para permitir novas tecnologias, como todas as elétricas. Lundanes cita 25-50 por cento de redução de custo eliminando alguns dos tubos de aço ou termoplásticos no umbilical, e mais, se o umbilical pode ser completamente eliminado também movendo o armazenamento de produtos químicos e injeção submarina, e mesmo tendo geração local de energia para as necessidades de energia ( A ENI está trabalhando com uma empresa de bóias de energia das ondas em tal conceito) e usando comunicação sem fio.

Dados
Há também outro benefício para se tornar totalmente elétrico: maior capacidade de controle de processos e monitoramento de condições, e o potencial para alavancar grandes volumes de dados. "Os sistemas elétricos são inerentemente mais instrumentados que os sistemas hidráulicos, para que você tenha mais conhecimento e previsibilidade e disponibilidade, além de poder reduzir ainda mais o custo do sistema", diz Lundanes.

A atuação elétrica, por exemplo, “melhora o controle do processo e o posicionamento da atuação”, diz Strand. "Em comparação com sistemas eletro-hidráulicos, há uma enorme diferença na quantidade de dados que podemos alavancar." Por exemplo, os dados de tensão, corrente e bateria podem ser medidos para saber se acionará o atuador quando necessário. “Você sabe mais sobre a posição da válvula, você pode medir a velocidade do atuador e ter um perfil de torque”, a partir do qual você pode inferir o desgaste. Os dados de vibração podem até mesmo ajudar a inferir informações sobre o que está fluindo através de uma válvula, acrescenta ele.

Os DHSVs elétricos (que podem ser instalados mais rapidamente que seus equivalentes hidráulicos, diz Strand) também poderiam suportar completações totalmente elétricas dentro dos poços, o que significaria então completações mais inteligentes - o que significa mais informações e maior controle sobre os poços está disponível. De fato, a BHGE está trabalhando em um DHSV alimentado por bateria, que deve estar pronto em 2020.

A combinação de eletrificação com comunicações de fibra ótica e ethernet permite que os dados estejam prontamente disponíveis, em tempo real, para que a análise de dados possa ser aplicada para otimização de produção, monitoramento de condições e manutenção preditiva.

A forma da arquitetura de comunicações e computação - ou seja, centralizada ou descentralizada (usando computação de borda) - ainda é um debate. Mas, a linha inferior é que há mais informação e mais controle e a esta estrutura submarina através de comunicações de água podem ser adicionadas, de forma que veículos podem falar com a infraestrutura e um ao outro, sem ter que conectar fisicamente.

Tudo isso permite um sistema mais flexível. “Mudar para totalmente elétrico é como começar com uma folha de papel limpa”, diz Strand. “Hoje, soluções elétricas que foram desenvolvidas para soluções eletro-hidráulicas foram desenvolvidas dentro dos limites desses sistemas. Com toda a eletricidade, podemos ir além disso.

A indústria já esteve aqui antes, nos anos 90, quando soluções elétricas foram consideradas pela primeira vez. “Agora o mercado está pronto e os aplicativos estão prontos”, diz Bugge. A confiabilidade deste equipamento será fundamental, mas está chegando. "É cedo, mas acho que esta revolução energética no fundo do mar está chegando e não será apenas para petróleo e gás."

(Conforme publicado na edição de maio de 2018 do Marine Technology Reporter )