Kiedy mały turbogenerator gazowy jest praktycznym rozwiązaniem dla zasilania w odległych lokalizacjach

Mały generator z turbiną gazową jest praktycznym rozwiązaniem dla zasilania w odległych lokalizacjach, gdy obiekt ma stałe obciążenie elektryczne, niezawodne źródło paliwa gazowego lub plan jego dostaw, a koszt przerwy w zasilaniu jest wyższy niż koszt posiadania turbiny. Jest szczególnie uzasadniony tam, gdzie logistyka oleju napędowego jest trudna, dostępna przestrzeń jest ograniczona lub działalność wymaga ciągłego zasilania krytycznych urządzeń wirujących, systemów procesowych, łączności i infrastruktury bezpieczeństwa.

Jest mniej atrakcyjny przy niewielkim, bardzo zmiennym obciążeniu, które występuje tylko sporadycznie. W takim przypadku konwencjonalny agregat prądotwórczy z silnikiem Diesla, akumulatory połączone z odnawialnymi źródłami energii lub system hybrydowy mogą zapewnić lepszy wynik ekonomiczny. Decyzję należy rozpocząć od profilu pracy, a nie od mocy znamionowej generatora.

Zacznij od profilu obciążenia, a nie od mocy znamionowej

Odległe obiekty często opisują swoje wymagania jako zapotrzebowanie szczytowe: największy oczekiwany rozruch silnika, zakłócenie procesu lub jednoczesną pracę urządzeń. Wartość ta ma znaczenie, ale nie decyduje o tym, czy turbina gazowa jest właściwym rozwiązaniem. Generator turbinowy należy oceniać pod kątem obciążenia podstawowego obiektu, obciążenia szczytowego, dobowych wahań obciążenia i wymaganych godzin pracy.

Małe turbiny gazowe zwykle zapewniają największe korzyści operacyjne tam, gdzie obciążenie jest względnie stabilne przez długi czas. Przykłady obejmują bezobsługowe instalacje gazowe, stacje rurociągowe, miejsca odwiertów z urządzeniami do ciągłego uzdatniania, odległe instalacje przemysłowe, systemy wsparcia górnictwa oraz odizolowane obiekty produkcyjne. Stabilne obciążenie pozwala jednostce pracować bliżej jej projektowanego zakresu, ograniczając straty operacyjne związane z częstą pracą przy obniżonym obciążeniu i wielokrotnymi rozruchami.

Projekt z dużą różnicą między normalnym a szczytowym zapotrzebowaniem wymaga bardziej starannego zaprojektowania. Przewymiarowanie turbiny w celu pokrycia rzadko występującego szczytu może skutkować jej nieefektywną pracą przez większość okresu użytkowania. Lepszym rozwiązaniem może być sekwencjonowanie obciążeń, mniejsza turbina połączona ze wsparciem bateryjnym lub układ modułowy, w którym jedna jednostka pokrywa obciążenie podstawowe, a druga obsługuje planowane szczyty lub zapewnia moc rezerwową.

• Oddzielnie określ minimalne, normalne, szczytowe i rozruchowe obciążenia.
• Ustal, czy zdarzenia wysokiego zapotrzebowania są przewidywalne czy losowe.
• Oddziel obciążenia krytyczne od obciążeń, które można odłączyć podczas zakłócenia.
• Oceń, przez ile godzin rocznie elektrownia musi pracować w każdym zakresie obciążenia.

Dla decydentów ćwiczenie to często zmienia pytanie zakupowe. Kwestia polega w mniejszym stopniu na wyborze największego dostępnego generatora, a bardziej na zaprojektowaniu architektury zasilania, która utrzyma stabilność obiektu podczas normalnej pracy, rozruchów urządzeń i prac konserwacyjnych.

Dostępność paliwa może uzasadnić inwestycję lub ją podważyć

Mały generator z turbiną gazową może być szczególnie praktyczny w obiektach dysponujących gazem towarzyszącym, gazem z pola, gazem rurociągowym, gazem składowiskowym po odpowiednim uzdatnieniu lub innym stałym źródłem paliwa gazowego. Uniknięcie rutynowego transportu oleju napędowego może ograniczyć ryzyko związane z trudnymi drogami, przerwami pogodowymi, ograniczeniami magazynowymi i kradzieżą paliwa. W niektórych odległych lokalizacjach ryzyko logistyczne dostawy paliwa ciekłego jest równie istotne jak bezpośredni koszt paliwa.

Jednak „gaz dostępny na miejscu” nie wystarczy. Skład paliwa, ciśnienie, zanieczyszczenia, wilgoć i ciągłość dostaw wpływają zarówno na osiągi, jak i na dobór urządzeń. Odległy obiekt może mieć gaz, który zasadniczo nadaje się do wykorzystania, lecz jego ciśnienie jest niestabilne lub wartość opałowa zmienna. Może to wymagać uzdatniania, sprężania, filtracji, osuszania lub podejścia do sterowania paliwem zaprojektowanego dla oczekiwanych wahań.

Jakość paliwa powinna być zatem traktowana jako dane wejściowe do projektowania już na wczesnym etapie projektu. Nie należy pozostawiać jej jako szczegółu rozruchowego po wyborze agregatu prądotwórczego. Gdy źródło gazu może się wyczerpywać, zmieniać sezonowo lub być przerywane przez działania po stronie wydobycia, strategia zasilania powinna również określać rozwiązanie awaryjne: magazynowane paliwo ciekłe, przyłącze do sieci, jeśli jest dostępne, rezerwę bateryjną, odłączanie obciążeń lub drugi generator.

Istnieje również praktyczna różnica między obiektem, w którym gaz jest rzeczywiście nadwyżkowy, a obiektem, w którym gaz jest potrzebny w innym miejscu procesu. Zużycie cennego gazu paliwowego do wytwarzania energii może nadal być uzasadnione, lecz należy je porównać z alternatywami, takimi jak eksport gazu, wykorzystanie go do bezpośredniego ogrzewania procesowego lub inwestycja w system zasilania dla niższego obciążenia. Decyzja dotycząca turbiny należy do ogólnego bilansu energetycznego obiektu.

Kompaktowe zasilanie ciągłe jest użyteczne, lecz dostęp serwisowy nadal decyduje o dostępności

Turbiny gazowe są często wybierane, ponieważ mogą zapewniać wysoką gęstość mocy w kompaktowym zestawie. Ma to znaczenie tam, gdzie transport, fundamenty, masa platformy, przestrzeń obudowy lub czas instalacji ograniczają projekt. Mogą również dobrze integrować się z obiektami, które cenią pracę ciągłą i scentralizowane zasilanie wielu odbiorów.

Kompaktowości nie należy mylić z prostotą. Zdalna instalacja nadal potrzebuje wykonalnej koncepcji konserwacji. Agregat musi być dostępny do rutynowych inspekcji, obsługi materiałów eksploatacyjnych, diagnostyki układów sterowania i planowanych prac przy komponentach. Jednostka zainstalowana w trudnej lokalizacji, bez wyposażenia do podnoszenia, planowania części zamiennych, zdalnej diagnostyki lub przeszkolonego lokalnego wsparcia, może być technicznie odpowiednia, lecz operacyjnie podatna na problemy.

Przed zatwierdzeniem technologii zespoły operacyjne powinny zadać praktyczne pytania:

• Czy przeszkolony personel może dotrzeć na miejsce w wymaganym czasie reakcji?
• Jakie czynności konserwacyjne może wykonać zespół na miejscu, a które wymagają wsparcia specjalistów?
• Jakie krytyczne części zamienne należy przechowywać na miejscu lub rozmieścić regionalnie?
• Czy system sterowania może być monitorowany zdalnie, w tym alarmy, trendy i zdarzenia wyłączenia?
• Jakie rozwiązania dotyczące podnoszenia, dostępu, wentylacji i izolacji bezpieczeństwa są wymagane dla planowanej konserwacji?

Pytania te są szczególnie istotne w zimnym klimacie, zapylonych regionach górniczych, środowiskach logistycznych podobnych do morskich oraz w obiektach z ograniczoną liczbą wykwalifikowanych pracowników. Warunki środowiskowe wpływają na filtrację powietrza, konstrukcję obudowy, rozwiązania chłodzenia, ochronę przed korozją oraz częstotliwość, z jaką agregat zasilający wymaga obsługi.

Obciążenia na polach naftowych wymagają zintegrowanego spojrzenia na układ napędowy

W środowiskach wiertniczych i obsługi odwiertów generator jest tylko jedną częścią wymagającego systemu zasilania. Obciążenia mogą obejmować pompy, urządzenia do kontroli fazy stałej, oświetlenie, systemy zakwaterowania, sterowanie, łączność i napędy pomocnicze. Ich cykle pracy mogą znacznie zmieniać się między fazami przygotowania, cyrkulacji, pompowania i wyłączenia.

Na przykład zestaw wiertniczy wykorzystujący zgodną z APIpompę płuczkową napędzaną silnikiem Diesla lub silnikiem elektrycznym stwarza różne wymagania dotyczące planowania instalacji elektrycznej zależnie od układu napędowego. Pompa napędzana silnikiem elektrycznym może powodować wysokie wymagania rozruchowe i przejściowe dla systemu wytwarzania energii, podczas gdy konfiguracja z napędem Diesla przenosi większą część obciążenia energetycznego poza instalację elektryczną. Wybór powinien uwzględniać metodę rozruchu silnika, falowniki tam, gdzie mają zastosowanie, jakość energii oraz skutki nagłej utraty urządzeń procesowych.

Nie oznacza to, że generator turbinowy jest automatycznie preferowanym rozwiązaniem dla każdej wiertni lub tymczasowej kampanii. Operacje krótkoterminowe ze zmieniającymi się lokalizacjami mogą bardziej cenić znane urządzenia Diesla i proste planowanie paliwowe. System oparty na turbinie staje się bardziej wiarygodny, gdy obiekt pozostaje aktywny wystarczająco długo, aby uzasadnić jego infrastrukturę, dostępny jest lokalny gaz, a ciągłe zapotrzebowanie na energię elektryczną jest wystarczająco duże, by zapewnić efektywną pracę.

Redundancję należy projektować wokół skutków dla produkcji

Systemy zasilania w odległych lokalizacjach są często oceniane według mocy znamionowej, lecz dostępność zależy od tego, co dzieje się, gdy jeden komponent jest niedostępny. Pojedynczy generator dobrany do pełnego obciążenia obiektu może wydawać się ekonomiczny, jednak nieplanowana przerwa może zatrzymać produkcję, zakłócić warunki procesu, przerwać działanie systemów bezpieczeństwa lub wymagać kosztownej sekwencji ponownego rozruchu.

W przypadku operacji krytycznych moc modułowa może być bardziej praktyczna niż jedna duża jednostka. Wiele jednostek wytwórczych może umożliwiać konserwację bez całkowitego wyłączenia, pozwalać dostosowywać moc do zmieniającego się zapotrzebowania i skuteczniej izolować awarię. Właściwy układ zależy od konsekwencji utraty zasilania oraz od ilości obciążenia, które można bezpiecznie odłączyć.

Projekt zasilania awaryjnego musi również rozróżniać pełną ciągłość produkcji od bezpiecznego wyłączenia. Pierwsza wymaga wystarczającej mocy rezerwowej do utrzymania pracy. Druga może wymagać zasilania jedynie dla systemów sterowania, łączności, oświetlenia, układów smarowania, ochrony przeciwpożarowej lub uporządkowanego wyłączenia procesu. Traktowanie każdego obciążenia jako równie krytycznego może prowadzić do niepotrzebnych nakładów inwestycyjnych; uznanie za krytyczne zbyt małej liczby obciążeń może stworzyć problem z przywróceniem pracy po awarii.

Koszt cyklu życia powinien uwzględniać to, co zdalna eksploatacja czyni kosztownym

Porównywanie samych cen zakupu rzadko prowadzi do trafnej decyzji dotyczącej zasilania w odległej lokalizacji. Istotne koszty obejmują dostawę lub uzdatnianie paliwa, roboty budowlane, instalację, personel operacyjny, planową konserwację, części zamienne, transport na miejsce, ryzyko przestojów oraz koszt utrzymania źródła rezerwowego.

Turbina może uzasadniać wyższą inwestycję początkową, gdy eliminuje powtarzające się obciążenia logistyczne, wspiera długi horyzont eksploatacji lub pozwala uniknąć strat związanych z niezawodnym zasilaniem. Z drugiej strony może być trudna do uzasadnienia, gdy roczne godziny pracy są niskie, uzdatnianie gazu jest rozbudowane lub obiekt zostanie wycofany z eksploatacji przed odzyskaniem inwestycji.

Najbardziej użyteczne porównanie finansowe wykorzystuje kilka scenariuszy operacyjnych zamiast jednej optymistycznej prognozy. Należy przetestować scenariusz normalnej produkcji, scenariusz niższego obciążenia, scenariusz przerwy w dostawie paliwa oraz scenariusz, w którym obiekt musi przez dłuższy czas polegać na zasilaniu rezerwowym. Takie podejście pokazuje, czy proponowana konfiguracja pozostaje wykonalna, gdy pierwotne założenia się zmieniają.

Praktyczna decyzja wyboru

Mały generator z turbiną gazową jest dobrym kandydatem do zasilania w odległych lokalizacjach, gdy spełnione są cztery warunki: obiekt potrzebuje długotrwałej, niezawodnej energii elektrycznej; obciążenie jest wystarczająco stabilne lub możliwe do zarządzania; gaz paliwowy jest dostępny w użytecznej i niezawodnej formie; a właściciel może zapewnić konserwację, części zamienne i przywrócenie pracy po awarii.

Gdy któryś z tych warunków jest słaby, rozwiązanie może nadal obejmować wytwarzanie energii z gazu, lecz rzadko jako samodzielny wybór urządzenia. Może wymagać projektu hybrydowego, mocy modułowej, uzdatniania paliwa, dodatkowego magazynowania lub innego napędu głównego. Najbardziej zdyscyplinowane projekty definiują te warunki przed wyborem agregatu, ponieważ awarie zasilania w odległych lokalizacjach zwykle zaczynają się od założenia eksploatacyjnego, które nigdy nie zostało sprawdzone.