Kombikraft sparer miljøet

I løpet av våren 2000 er de to første offshore-kombikraftverkene i verden satt i drift. Phillips Petroleum Company Norway valgte en dampturbin i kombianlegg som hovedgenerator for sin nye vanninjeksjonsplattform på Eldfisk. Norsk Hydro erstattet en gassturbingenerator med et dampturbinsystem på Oseberg Gass. I 2001 kommer det tredje anlegget i drift: Saga Petroleum – nå Hydro – valgte kombikraftverk for kraftgenerering på Snorre B.

Eksosen fra gassturbiner inneholder mye energi i form av varme, men slippes vanligvis ut til atmosfæren. Ved å lede gassen gjennom en varmegjennvinningskjel, nyttes varmen til å produsere overhetet damp, for drift av en dampturbin. Denne kombinasjonen av gassturbiner og dampturbiner er kjent som kombikraftverk.

Økonomisk gevinst

Ved å velge damp i stedet for ekstra gassturbiner ved kraftbehov, unngår man CO 2 - og NO x - utslipp. Kombikraftverk er en realitet for kraftgenerering offshore, mens andre utslippsreduserende konsepter fortsatt er på utviklingsstadiet.

Oljeselskapene vil ha økonomisk gevinst fra sparte utslippsavgifter ved innføring av kombikraftverk. Større driftssikkerhet og tilgjengelighet for dampturbiner sammenlignet med gass-/dieseldrevne turbiner minsker tap på grunn av produksjonsstans – en vesentlig økonomisk faktor for en produksjonsplattform. Eventuelle økte investeringskostnader tilbakebetales i løpet av få år.

Kombikraftverk er konvensjonell teknologi, brukt i gasskraftverk på land. Dette gir en betryggende referanse for oljeselskapene som har innført systemene offshore. Årsaken til at det ikke er installert slike anlegg på plattformer tidligere, er at dampsystemer har vært oppfattet som tunge og plasskrevende.

Nye kombikraftverk er optimalisert for kraftgenerering og ytelse i forhold til størrelse og vekt. Varmevekslerne er komprimerte, og vannbuffertankene er integrert i systemet som drum/separator. Dette kompakte lavvektssystemet har muliggjort installering av dampsystemer offshore.

Stabile

Erfaring fra drift av dampturbiner på land og i båter – fyrte kjeler – viser at disse er stabile som kraftgeneratorer, ved lastendringer og prosessvariasjoner. Gjennomkjøring av dampsystemene har dokumentert stabilitet og tilgjengelighet også offshore.

Dampanleggene fungerer slik at komprimert kaldt vann forvarmes og går innom drum med deaerator, før det pumpes inn i kjelen for koking. Noe av vannet går over til damp, og tofaseblandingen går inn i drum igjen for separasjon. Væsken entrer kokekretsen igjen, mens dampen ledes mot overheter. Overhetingen skjer i to trinn, med vanninnsprøyting mellom. Den overhetede dampen ekspanderer gjennom turbinen ned mot vakuumtrykk. I kondenser endres fasen til ren væske igjen, som pumpes opp til forvarmer. Dermed er kretsen lukket.

Fleksible kraft-/varmeanlegg

Dampsystemene på Oseberg Gass, Eldfisk og Snorre B viser noen av variasjonsmulighetene for kraft- og varmetilførsel.

På Oseberg Gass får dampsystemet eksosvarme fra to gassturbiner som er kompressordrivere, og lasten fra dampturbinen følger, på grunn av lastendringer, energiendringene i eksosgassen direkte. Dampgeneratoren er på nett sammen med to gassturbingeneratorer, som tar opp variasjonene i kraftbehov. Det kan ekstraheres damp ved lavtrykksdelen – 1 bar a – av dampturbinen. Dette gir mulighet for forsyning av varme til hetemediumssystemet ombord. Ved full drift og uten dampavtapping gir dampturbinen 16 MW.

På Eldfisk er dampanlegget koblet til to av gassturbinene som driver vanninjeksjonspumper, og til gasskompressoren. Noe damp går alltid i bypass forbi dampturbinen for dumping i kondensoren. Dette fordi dampgeneratoren er hovedleverandør av kraft, og overskuddsdampen mater dampturbinen ved økning i kraftbehov. Dermed reagerer ikke dampturbinen direkte ved eksosgassendringer.

Full drift gir 10,3 MW, og da har man fortsatt 10 prosent overskuddsdamp. En ekstra varmeveksler er lagt til i kjelen for å drive en ferskvannsgenerator. Denne kretsen influerer ikke dampanlegget direkte, men er en del av et totalt kraft-/varmeanlegg. Sjøvann for kjøling i kondenser er på Eldfisk bygget inn i systemet for tilførsel til vanninjeksjonspumpene, slik at ekstra løftekraft er unngått.

Gir 17,3 MW

På Snorre B får dampanlegget eksosvarme fra to generatordrivende gassturbiner, og dampgeneratoren er på nett med disse. Gassgeneratorene tar opp lastvariasjoner på nettet. Dampturbinen følger eksosgassendringene direkte, som på Oseberg Gass. Det er også her dampavtapping fra turbinen for varmeavgivelse til annet konsum. Avtappingen skjer ved et høyere trykk enn på Oseberg, 6 bar a. Full drift og ingen dampavtapping på Snorre B gir 17,3 MW.

Kraftbehovet på en plattform kan dekkes ved å konstruere koblingene mellom gassturbiner og dampturbiner ut fra den mest plassøkonomiske og energioptimale løsning. Også varmebehov kan dekkes integrert i kombikraftløsningen, som på Oseberg og Snorre, eller ved å inkludere en varmeveksler i lavtemperaturdelen av eksosgassen, som på Eldfisk.

Høyeste temperatur i dampanleggene er 430 grader Celsius, og operasjontrykk er i området 20 bar g.