【新技术】马来西亚海上混合发电系统

作者  |  无忧

石油和天然气行业长期以来一直依赖涡轮发电机进行海上发电。这些涡轮燃烧机械作为微电网运行，现有的电源管理系统（PMS）作为微电网控制器。涡轮燃机通常使用天然气或柴油作为燃料气，以确保可靠的发电，这些发电机的运行成本通常很高。此外，涡轮燃机的能源效率低，且为确保地面支持力可满足需求，通常尺寸过大。通常，发电负荷由两台涡轮发电机组承担，另一台机组作为备用，使得运营支出较高。此外，在具有气体疏散管道的平台上运行的涡轮发电机将消耗宝贵的燃气，而这些燃气本可用于出售，这将对销售气体总收入产生影响。燃气的燃烧还将导致二氧化碳（CO ₂ ）的排放，需要缴纳碳税。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

为了缓解这个问题，PRSB开发了一种海上混合发电概念，以利用和优化风力涡轮机系统，在马来西亚等弱风区进行海上发电。在这个概念中，在这个概念中，采用适应低风速的海上风力涡轮机取代原有的燃气轮机发电机，有效降低了维护成本和碳暴露。此外，让海上可再生能源的发电被石油和天然气平台有效使用，并将燃料气将被处理、运输用于天然气销售，从而提高经济性。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

01. 背景

马来西亚位于弱风区。运营商的大多数石油和天然气平台的水深超过60米，被认为是海上风力涡轮机系统的“深水”。对于轮毂高度年平均风速小于6.5米/秒的低风速地区，海上风力涡轮机系统通常价格昂贵且不划算。出于经济原因，海上风力涡轮机是专为国际电工委员会I级或II级场地设计的多兆瓦级涡轮机。然而，需要安装具有高功率密度的二氧化碳有效可再生发电机，以支持无法使用风电但与当地海上石油和天然气资源绑定的工业工厂。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

02.解决方案

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

鉴于这些挑战，即不存在类似的弱风场技术解决方案和选择合适的风力涡轮机系统，已经确定了具体标准，例如1）特定额定功率，2）维护成本，3）危险风险，4）黑启动能力，5）海上能力。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

从初步研究来看，比功率的合理值小于例如200 W/m ² ，以在弱风区实现高容量因数。低维护成本要求解决方案具有很少的技术复杂性和最少的组件。孤岛情况下的黑启动能力需要存储，并导致对风力发电厂的发电机/逆变器系统的要求。目前没有办法从市面上买到一台现成的可以实现上述所有目标的风力涡轮机，最终选择最接近上述标准的欧洲制造商Eleon AS提供的风力涡轮机。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

海上风力涡轮机系统包括一个定制的风力涡轮机，适用于利用弱风区的能量，一个微电网系统，将风力涡轮机与涡轮发电机集成在一起，它们被安置在张力腿平台浮动结构上。这个浮动平台由重力锚固定。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

该风力涡轮机基于永磁直接驱动（DD）系统。与其他标准DD风力涡轮机相比，该设计具有几个决定性的优势：1）发电机轴承基于专利的单侧支撑（SSDD）发明；2）主机架高度集成，使得发电机上的轴向载荷最小化；3）这允许相当小的气隙，进而具有相当高的比切向力，从而实现高效率；4） 基于铝而不是玻璃纤维的机舱外壳与利用高科技过滤装置的直接空气冷却系统集成在一起，其中结合了现有石油和天然气海上平台系统的适应性，这也提高了效率，特别是对于弱风区；5） 由于涡轮机的旋转部件在设计上与机舱的其余部分隔离，因此降低了危险风险。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

总体而言，这种风力涡轮机的顶部重量非常轻，实际上是市场上最轻的比顶级重量之一。轻顶重量对于海上应用具有成本效益，因为重量低有利于结构、运输和安装需求。现代风力涡轮机控制器可集成单个变桨控制、基于机舱的激光雷达和其他负载相关功能，允许未来自适应特定站点优化。虽然该设计最初不是转为海上应用而构想的，但这种设计适用于海上场地和浮子下部结构，并在实际工程中进行了调整。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

风力涡轮机塔架底部下方的为张力腿平台浮动下部结构。张力腿平台的基本结构是方形排列的四个垂直圆柱形浮力体。纵轴上穿越浮力体的未可攀爬的大管道，可确保浮力体内部设备的维修和维护。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

利用马石油在利用现有微电网控制器（PMS）管理微电网方面的丰富经验和专业知识，通过将现有能源（如涡轮发电机）扩展到包括风力涡轮机和电池储能系统（BESS）等可再生能源，引入了微电网的新概念。BESS将满足风能的间歇性，从而在该试点中最大限度地利用风能。新的微电网控制器，称为能源管理系统（EMS），将控制来自现有涡轮发电机，风力涡轮机和BESS的多源电源，与现有的PMS互补和协同工作。

整体解决方案的考虑不仅包括可以适应弱风区并具有尽可能最低维护要求的风力涡轮机发电机的类型，还包括研究尖端的基础技术。预计平准化度电成本将低于传统发电量。为了确保优化的混合概念，需要仔细选择和调整风力涡轮机系统及其下部结构，以实现具有成本效益的解决方案。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

03. 总结

海上风电是生态和再生能源供应的最重要支柱之一。然而，传统海上风力涡轮机的建设目前与大型技术、环境和财务挑战有关。最大限度地降低这些成本和风险对于海上风电行业至关重要，特别是对于彻底改变海上石油和天然气发电理念。该项目的成功将为在全球弱风区部署海上风力涡轮机系统铺平道路。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns

系统的精心设计和工程是确保该项目成功的关键。该项目通过概念和前端工程设计，选择和进一步发展的浮动海上系统，对风力涡轮机系统进行了优化，以满足马来西亚的弱风，并将微电网系统详细集成到石油和天然气平台。该系统有可能将高运营支出和碳排放量降低30%至50%。反过来，这将降低平准化度电成本，从而为马来西亚等弱风区提供经济的解决方案。

石油圈原创，石油圈公众号：oilsns