Kraft til havbunnen

For å forenkle kraftforsyningen til undervannsprosessanlegg, har ABB utviklet Subsea Electrical Power Distribution System (Sepdis). Dette utviklingsprosjektet viser at norsk oljeindustri ligger helt i front av teknologiutviklingen internasjonalt.

Både oljeselskaper og leverandører har vært i stand til å tenke nytt for å gjennomføre Sepdis-prosjektet, som danner en ny epoke for utvinning av olje- og gassfelt.

De fleste store internasjonale operatørene har undervanna kraftdistribusjon blant de fem viktigste teknologiområdene som må utvikles for å bygge ut og drive olje og gassfelt på store dyp. De store olje og gassforekomstene utenfor norskekysten, på Vest-Afrikakysten og i Mexicogolfen krever slike løsninger.

Lanseres i 2000

Samtidig vil denne teknologien sannsynligvis anvendes innenfor andre aktiviteter under vann, eksempelvis undervannsgruvedrift, interkontinental kraftutveksling og undervannsboring.

Sepdis-systemet, som lanseres i løpet av året, er et komplett konsept for transmisjon, distribusjon og kontroll av elektrisk kraft på havbunnen ned mot havdyp på 2000 meter. Systemet gir svar på oljeindustriens behov for å tilføre elektrisk kraft i megawattområdet til havbunnsinstallasjoner. Dette åpner nye muligheter for å bruke undervannsprosessanlegg og pumpeapplikasjoner kostnadseffektivt – alt i industriens strev etter å finne feltutbyggingsløsninger som tåler en oljepris ned mot ti dollar fatet.

System konsept

Dagens løsninger for elektrisk kraft til undervannskraftforbrukere innebærer distribusjon og plassering av frekvensomformere, transformatorer og brytere på overflateinstallasjoner. Dette er plasskrevende utstyr med lange individuelle kabler for hver forbruker under vann.

I tillegg kreves utstyr for å håndtere utfordringene med lange kabler, motorstart og resonansfenomener – som følge av høyfrekvente komponenter av strøm og spenning overført i de lange kabelene. En forenklet kraftdistribusjon gir reduserte dekksvekter, som igjen gir store kostbesbarelser.

Sepdis flytter kraftdistribusjonen ned på havbunnen i umiddelbar nærhet til forbrukerne, på linje med et landanlegg. Dette fjerner alle utfordringene med lange motorkabler. All elektrisk effekt som kreves på et felt, kan overføres med en kraftkabel. Utstyret som står igjen på plattformdekket, omfatter kun en bryter og transformator.

Tunge utviklingsoppgaver

Elektrisk sett er Sepdis et konvensjonelt transmisjons- og distribusjonssystem, men antallet komponenter er redusert til et minimum og integrert i felles moduler – bestemt av deres evne til å tåle trykk og iboende pålitelighet. Selv om prosjektet har tatt utgangspunkt i tilgjengelig teknologi, har ABB gjennomført flere tunge utviklingsoppgaver, eksempelvis et fullstendig passivt kjølesystem for kraftelektronikk i kammer på 1 atmosfære.

Sepdis vil overføre den elektriske effekten med spenninger i området 11–33 kV – avhengig av effektbehov og kabellengde. Denne delen av systemet består av en bryter og transformator på havoverflaten, en undervannshøgspenningskabel, en høgspennings-, våt elektrisk kobler for å tilknytte sjøvannskabelen, og en undervannstransformator. Den største utfordringen i transmisjonsdelen var å ta fram den våte kobleren, som skal håndtere bevegelser/koblinger i kontakt med sjøvann og i tillegg de samme spenningspåkjenningene som de andre komponentene i systemet.

Distribusjonsdelen av Sepdis består av et skinnearrangement – integrert i undervannstransformatoren – og delbare koblere mellom transformator- og laststyringsmodulene. De største utfordringene i denne delen av systemet er mekanisk tilpassing av de ulike modulene, slik at de kan installeres på en mest mulig trygg og effektiv måte på 2000 meters havdyp hengende i en enkel vaier.

Induktive laster

Lastene Sepdis skal forsyne med elektrisk kraft, skal i hovedsak være roterende maskineri for trykkøkning i væske, gass eller væske-/gassstrømmer. Hastighetene vil være i området 1000–15.000 omdreininger pr. minutt og svært ofte med variabelt turtall som operasjonsbetingelse for de fleste av disse maskinene, som krever bruk av undervannsfrekvensomformere. I tillegg kan det tenkes å forsyne elektrisk kraft til røroppvarming, dråpe-utskillere og filtre.

Sepdis-prosjektet har helt fra start utviklet systemet med hensyn til at det skal brukes, installeres og vedlikeholdes på 2000 meters havdyp. Videre har prosjektet lagt vekt på bygge utstyret modulært – slik at systemet kan konfigureres på flere måter – i tillegg til en fullintegrert løsning.

Frekvensomformer

Undervannsfrekvensomformeren, slik den fremstår i Sepdis, er en multifunksjonsmodul med integrert treviklingstransformator for 12-puls likeretting, effektbryter for selektiv utkobling dersom en feil skulle oppstå i en gren av systemet, kontrollsystem med kommunikasjonsmoduler for fjernoperasjon, selve frekvensomformeren og mekanisk utrusting for å håndtere det utvendige trykk, installasjonskrefter og temperatur.

Omformeren er basert på ABBs konvensjonelle ACS1000 frekvensomformer med de nye krafthalvlederne IGCT, en videreutvikling av den tradisjonelle GTO-en. Ved hjelp av en fullstendig mekanisk redesign kan den tilpasses sylindriske tanker. Videre har man bygd inn redundans og fjernet/byttet ut komponenter slik at påliteligheten er kraftig forbedret, blant annet gjennom et helt passivt kjølesystem. Fordi et utgangsfilter sikrer en tilnærmet sinusformet utgangsspenning, elimineres problemer med harmoniske spenninger og strømmer.