为海底供电：在其中放置一个插座

（图片：ABB）

ABB海底：海底电网可以帮助运营商更加密切地监测海底设备的健康状况。 （照片：ABB）

海底实验室：ABB正在奥斯陆海底实验室对电力电子进行破坏测试。 （照片：ABB）

Previous Next

海底正在发生能源革命。

为了促进海底石油和天然气生产，并进一步从海岸，更深，甚至北极水域到达油田，海底动力革命正在进行。一些跨国公司正在开发横跨海底供电的系统 - 认为海底电源插座。

以这种方式获得海底能源将有助于石油和天然气公司将处理设备移至海底，而不是将其托管在平台上。在海底，包括泵和压缩机在内的设备在提高生产率方面会更加有效和高效。减少对平台的依赖也有助于减少石油公司的足迹，减少污染风险和二氧化碳排放量。全电式系统还将提供更加灵敏的控制和先进的海底设备健康监测。

但是，这种新的基础设施可以支持泵，压缩机和执行器。它也可以用来支持不断增长的无人水下舰队，以及支持从海洋科学到深海采矿等其他行业。

“一旦你在那里停电，你就可以为遥控潜水器（遥控车辆）提供动力，在管道中加热（以防止堵塞）以及一些其他应用，”海底技术副总裁Jan Bugge说。 ABB和该公司与挪威国家石油公司合作的海底电力联合行业项目（JIP）项目总监。 “关于与海上风电，（深海）采矿，水产养殖相关的讨论已经有所讨论......任何有能力传输（如风电场）和需要电力的东西都可以使用这种基础设施来输入和输出电力。我们只是碰触表面。“

这个概念
目前，海底石油和天然气系统是电动液压系统。每个电力消费者都通过独立的脐带缆从上部变速驱动器（VSD）供电和通信。如果操作人员想要添加新井或海底泵，这种系统灵活性有限。

然而，海底电网的概念将涉及到海底设备的单条输电线（目前水深可达3,000米），潜在可能来自离岸平台600公里以外的陆上电源。然后，海底安装的开关设备和VSD将控制和分配电力给用户，从泵和压缩机到管道加热系统和ROV或自主水下航行器（AUV）。

挪威的挪威国家石油公司（Statoil）和其他石油巨头通过JIPs将其驱逐出挪威。 “（海底电气化）的直接好处是通过拆除液压系统，具有更小，不太复杂的脐带，更小和更轻的海底模块，改善健康，安全和环境，并通过去除简化测试，从而减少顶层印刷和成本的压力设备，“BHGE石油和天然气技术和解决方案中心高级销售运营经理Vidar Strand说。斯特兰德在3月份在奥斯陆举行的Subsea Valley会议上发表讲话时指出，全部电力生产的典型生命周期成本节省为10-20％，在某些情况下为25％。

谁在做什么？
移动电力电子海底并非易事。尽管如此，包括ABB，西门子和通用电气公司（BHGE）的Baker Hughes在内的公司正在研究解决方案，方法是将已经过验证的组件（VSD，开关设备，变压器等）在一个气氛容器中卤化，或者创建和验证新组件，可以在充满油的加压环境下运行。

BHGE拥有一个合格的单气氛系统，该系统旨在将电力从岸上传输至壳牌Ormen Lange油田120公里，在这里为海底压缩（一个搁置的项目）提供动力。

ABB正在研制一套能够运输高达100兆瓦的功率达600千米，深达3,000米水深的系统。它已经建造并湿测试了海底VSD，并正在准备今年进行第二次浅水测试以及开关设备。整个系统将于2019年中期完工。 ABB将这些部件放入充油容器中，并使用自然对流进行冷却。

西门子计划在2017年进行全面的系统测试。西门子大多也将其组件放在充油容器中。西门子Subsea与Statoil合作开发海底电网JIP，与Chevron，ExxonMobil，Petrobras以及去年以来的ENI一起合作。

西门子还提倡使用称为DigiGrid的内田低压配电系统，该系统采用了光纤通信技术。

全电
随着海底电网的发展，向全电式设备迈进。全电动执行器已使用15年，是挪威国家石油公司Åsgard海底压缩项目的首要阀门驱动形式 - 2015年在挪威海上启动的海底处理行业首创。

自2001/2年在Statfjord上安装第一台电动执行器以来，已有约850万小时的使用经验，99.3％的可用性，TechnipFMC全球系统经理Eldar Lundanes告诉Subsea Valley。

2016年，道达尔在荷兰境外的北海安装了第一个全电动海底圣诞树（一套在井口上的阀门）。取得这一成就的一个绊脚石是电子井下安全阀（eDHSV）的实现，但目前仅在5英寸版本中得到证实，这限制了应用。

全电式系统也为无人机铺平了道路。 “使用全电式，你有更多的选择。您可以一直拥有无人机，您可以插入电源并与之通信，“挪威海底电感连接器公司Blue Logic的业务发展部门Helge Sverre说。 “您可以全天候监控，降低成本，更安全，占地面积更小，无船只，更低的二氧化碳排放......”这对于罗弗敦群岛或北极等敏感地区尤其有利。

实际上，海底车辆制造商和运营商多年来一直在开发电动ROV，AUV和混合动力车，以便使得能够插入这些海底电源插座的海底驻车能够提取数据，执行操作并为他们的电池充电。

像Blue Logic这样的公司和通过水上光通信，像Sonardyne一样在电感连接器，双向电力和通信传输方面取得的进展正在帮助海底定位和对接，充电，控制和通过水通信为这些汽车。

ABB的海底变电站系统设计有一个ROV“插座”。 Bugge称，随着规模的扩大，这些系统甚至可以帮助消除能源需求，正如在汽车未被使用时那样汽车电池在高峰需求下被取消的城市所做的那样，Bugge将其视为移动电源银行。

如果没有大量的电力供应，海底电池可能被涓流充电，然后在需要时使用，建议Strand。接口的标准化，特别是电源和通信的对接，很多人认为实现这一愿景非常重要。

一个棘手的问题是关于安全关键系统故障安全机制的行业协议。目前使用弹簧故障保险箱，但在全电式系统中，您将转向采用电池供电的故障保护系统。 “这是我们在这个行业中最有趣的讨论之一 - 春天还是电池？”斯特兰德说。电气故障安全保护的好处是，您可以在不关闭生产的情况下对其进行测试。 “随着春天的到来，放松一点点并不容易。通过电气故障保护，您可以完全控制扭矩和速度，“Strand说。

但是，根据API 170（“圣诞树圣经”），目前的行业要求是非常多的电液系统。 “有一个官僚体系需要克服。但我们会克服它。“

石油和天然气行业的低迷已经有所帮助。有更多的开放思想和接受新技术，“隆达内斯说。 “即使API运行速度不快，运营商的规格也正在被打开，以允许诸如全电的新技术。隆达内斯通过消除脐带中的一些钢管或热塑管来降低25-50％的成本，如果脐带可以通过移动化学储存和海底注入完全消除，甚至具有本地发电以满足电力需求， ENI正在与这样一个概念的波浪能浮标公司合作）并使用无线通信。

数据
全电式还有另一个好处：更好的过程控制和状态监测功能，以及利用大数据的潜力。 “电气系统本身比液压系统更具备仪表功能，因此您具有更好的知识和可预测性，可用性，并且可以进一步降低系统成本，”Lundanes说。

例如，电动驱动“改善了过程控制和驱动定位”，Strand说。 “与电动液压系统相比，我们可以利用的数据量存在巨大差异。”例如，可以测量电压，电流和电池数据，以确定是否在需要时启动执行器。 “你可以更多地了解阀门的位置，你可以测量执行器的速度，并有一个扭矩曲线，”你可以从中推断出磨损。振动数据甚至可以帮助推断有关流过阀门的信息，他补充道。

电子DHSVs（可以比液压装置更快安装，Strand说）也可以支持井内全电式完井，这意味着更多的智能完井 - 这也意味着更多关于井的更多信息和更多控制权。事实上，BHGE正在研究一种电池供电的DHSV，预计在2020年完成。

将电气化与以太网和光纤通信相结合，可以使数据随时可用，实时数据分析可用于生产优化，状态监测和预测性维护。

通信和计算架构的形状 - 即集中式或分散式（使用边缘计算） - 仍然是一个争论。但是，底线是有更多的信息和更多的控制，并且通过水上通信可以在这个框架下增加水通信，这样车辆就可以与基础设施和对方通话，而无需物理连接。

这一切都可以实现更灵活的系统。 “转向全电式就像从一张干净的纸张开始，”Strand说。 “今天，在这些系统的边界内开发出了用于电动液压解决方案的电动解决方案。全电式，我们可以超越这个。“

在20世纪90年代，电力解决方案被首次考虑之前，这个行业一直在这里。 “现在市场已经准备就绪，应用已经准备就绪，”Bugge说。这种设备的可靠性将是关键，但即将到来。 “现在已经很早，但我认为这次海底能源革命即将到来，并不仅仅是石油和天然气。”

（如发布于2018年5月版的海洋技术报告 ）