□ 顧家瑞 中國石化上海工程公司
近日，世界石油網(wǎng)發(fā)布觀點(diǎn)報(bào)告，強(qiáng)調(diào)指出，電氣化是脫碳最實(shí)用的解決方案，尤其是隨著可再生能源發(fā)電能力的增加和包括浮式生產(chǎn)儲油卸油船（FPSO）在內(nèi)的船舶電氣化勢頭的不斷增強(qiáng)。然而，該行業(yè)仍面臨阻力，包括高昂的前期成本、缺乏配套基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的人員以及標(biāo)準(zhǔn)差距。
海洋和近海部門在推動(dòng)能源成功轉(zhuǎn)型方面發(fā)揮著重要作用。近年來，運(yùn)營商和原始設(shè)備制造商（OEM）通過提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率、使用替代燃料和替代能源，在脫碳方面取得了重大進(jìn)展。電氣化計(jì)劃還擴(kuò)展到許多船只類型，包括客運(yùn)渡輪、拖船、海上支援船（OSV），其中可能包括平臺供應(yīng)船（PSV）、船員轉(zhuǎn)移船（CTV）和鉆機(jī)。我們現(xiàn)在正在探索如何應(yīng)用電氣化技術(shù)和概念來加速浮式生產(chǎn)儲油卸油船的脫碳，從而在路線圖上邁出下一步。
海上石油和天然氣生產(chǎn)脫碳
在過去的二三十年年里，浮式生產(chǎn)儲油卸油船從根本上改變了海上石油和天然氣生產(chǎn)，使運(yùn)營商能夠開采深水和超深水以及高度偏遠(yuǎn)地區(qū)的儲量。它們的靈活性和適應(yīng)性克服了傳統(tǒng)固定結(jié)構(gòu)的許多限制，在全球范圍內(nèi)開辟了曾經(jīng)被認(rèn)為在經(jīng)濟(jì)上不可行的海上油田開發(fā)機(jī)會。
近年來，雖然運(yùn)營商、工程公司和原始設(shè)備制造商在減少現(xiàn)代 浮式生產(chǎn)儲油卸油船 的碳足跡方面取得了長足進(jìn)步，但遏制溫室氣體 (GHG) 排放的壓力仍在持續(xù)增加。除非采取遏制措施，否則浮式生產(chǎn)儲油卸油船行業(yè)預(yù)計(jì)2023年將排放 3800萬噸二氧化碳，到 2030 年將排放近 5000 萬噸。
在世界某些地區(qū)，如北海，每桶石油的碳強(qiáng)度已成為油田開發(fā)項(xiàng)目是否達(dá)到最終投資決策（FID）的決定因素。全球其他近海生產(chǎn)地區(qū)，包括墨西哥灣(GOM) 和南美洲，最終也會出現(xiàn)這種情況。
浮式生產(chǎn)儲油卸油船的電氣化
在所有選項(xiàng)中，電氣化是浮式生產(chǎn)儲油卸油船脫碳最實(shí)際可行的路徑。
近年來，一些正在開發(fā)的浮式生產(chǎn)儲油卸油船已經(jīng)采用了電氣化戰(zhàn)略。然而，與小型船舶相比，這些設(shè)施的復(fù)雜性和電力需求（通常在80–150兆瓦之間），以及對工藝熱量的巨大需求，使電氣化成為一項(xiàng)更具挑戰(zhàn)性的任務(wù)。
浮式生產(chǎn)儲油卸油船產(chǎn)生的大部分排放來自燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)（GTG），它為各種船上作業(yè)提供電力。在許多情況下，發(fā)電機(jī)的廢熱也可作為處理系統(tǒng)的熱源。柴油發(fā)電機(jī)通常用作輔助電源和緊急（即停電）情況下的備用電源。脫碳的第一步是多使用燃?xì)廨啓C(jī)，少使用柴油發(fā)電機(jī)，目標(biāo)是減少柴油發(fā)電機(jī)的數(shù)量和尺寸。
如果浮式生產(chǎn)儲油卸油船與陸地的距離在合理范圍內(nèi)，則可以通過利用替代能源（例如海上風(fēng)電或岸電）增加發(fā)電機(jī)的發(fā)電量來顯著減少排放。這樣做可以使用更少的具有針對設(shè)施的電力要求進(jìn)行優(yōu)化的額定容量的發(fā)電機(jī)，從而使發(fā)電廠具有更高的燃料效率。
即使是效率的微小提高也可能對設(shè)施的碳足跡產(chǎn)生重大影響。例如，對于一個(gè)使用四臺30兆瓦空氣導(dǎo)出燃?xì)廨啓C(jī)滿足80兆瓦功率需求的浮式生產(chǎn)儲油卸油船發(fā)電廠，燃料效率提高1%可能導(dǎo)致每年減少約6500萬噸二氧化碳的排放。
利用清潔能源還可以通過消除對柴油發(fā)電機(jī)的需求來實(shí)施新的發(fā)電廠冗余計(jì)劃。可再生能源的間歇性確實(shí)意味著這可能需要添加儲能系統(tǒng)（ESS）——例如鋰離子電池、超級電容器、飛輪或其他——以確保持續(xù)供電。帶鋰離子電池的混合動(dòng)力（即柴油/氣電）動(dòng)力系統(tǒng)已成功應(yīng)用于多種類型的船舶，包括平臺供應(yīng)船、液化天然氣運(yùn)輸船、海上鉆井平臺等。
類似的概念正在實(shí)施，其特征是電池集成在海上浮動(dòng)或固定風(fēng)力渦輪機(jī)的柱內(nèi)。在這種情況下，可以將多個(gè)浮動(dòng)單元連接在一起，形成一個(gè)海上微電網(wǎng)，該電網(wǎng)能夠?yàn)橐粋€(gè)或多個(gè)海上資產(chǎn)提供清潔、穩(wěn)定的電力，從而降低傳統(tǒng)發(fā)電資產(chǎn)的負(fù)擔(dān)。風(fēng)力發(fā)電機(jī)組還可以配備必要的系統(tǒng)，使小型電動(dòng)或混合動(dòng)力船舶能夠?yàn)殡姵爻潆?，并減少上岸次數(shù)。
混合動(dòng)力概念在應(yīng)用于鉆機(jī)等小型資產(chǎn)時(shí)已經(jīng)顯示出前景。然而，考慮到浮式生產(chǎn)儲油卸油船對可靠性和生產(chǎn)正常運(yùn)行時(shí)間的極其苛刻的要求，需要做更多的工作來定義要求并制定指南，以最大限度地降低其應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)。
美國船級社電氣化車間
美國船級社致力于支持海上行業(yè)的電氣化舉措，并發(fā)布了一些關(guān)于儲能系統(tǒng)、混合動(dòng)力系統(tǒng)、海上變電站和電力服務(wù)的要求和指南，如海上充電系統(tǒng)、電力海岸連接等。
最近，我們舉辦了一次海上電氣化研討會，由石油公司、設(shè)計(jì)師、設(shè)備供應(yīng)商和許多行業(yè)領(lǐng)導(dǎo)者組成的國際論壇出席了研討會，以更好地了解浮式生產(chǎn)儲油卸油船電氣化相關(guān)的挑戰(zhàn)，并回答重要問題，例如：
我們?nèi)绾卧诳煽啃浴⒖捎眯院蛦吸c(diǎn)故障容忍度方面保持對基本服務(wù)的相同支持水平？
關(guān)于電源和電源的持續(xù)狀態(tài)，車主/操作員和美國船級社需要了解什么？
電源是否屬于分類安裝的一部分？
不同的安全和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的范圍界限在哪里？
潛在的故障點(diǎn)是什么（即轉(zhuǎn)塔、旋轉(zhuǎn)接頭、電纜布線等）？
事實(shí)證明，這次研討會是一次富有成效的活動(dòng)。與會者普遍認(rèn)為需要推進(jìn)海上電氣化技術(shù)，包括海上和陸上可再生能源、儲能系統(tǒng)和充電系統(tǒng)的連接。多名受訪者還表示核能是海上發(fā)電應(yīng)考慮的技術(shù)。
近三分之二的受訪者表示，財(cái)務(wù)限制和獲得可靠的電力供應(yīng)是海上電氣化的主要障礙。其他值得注意的回應(yīng)是，海上電力缺乏標(biāo)準(zhǔn)化接口，基礎(chǔ)設(shè)施準(zhǔn)備不足，以及性能和空間限制。
超過一半的研討會參與者表示，如果發(fā)電源位于船舶外部，則不應(yīng)屬于監(jiān)管范圍。然而，絕大多數(shù)人認(rèn)為應(yīng)包括與外部電源的接口。對潛在故障點(diǎn)的反應(yīng)不一，一些參與者引用了高壓輸電線路和海底電纜。人員培訓(xùn)也成為一個(gè)令人關(guān)切的問題。
保持當(dāng)下的勢頭
在海洋和近海領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和需要來自廣泛技術(shù)的貢獻(xiàn)。雖然替代燃料的使用和碳捕獲、利用和儲存（CCUS）可以發(fā)揮重要作用，但電氣化是脫碳最實(shí)用的解決方案，而且隨著可再生能源發(fā)電能力的增加，這種情況可能會持續(xù)下去。
總體而言，包括浮式生產(chǎn)儲油卸油船在內(nèi)的船舶電氣化勢頭持續(xù)增強(qiáng)。然而，該行業(yè)仍然面臨不利因素，包括前期成本高昂、缺乏配套基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)過適當(dāng)培訓(xùn)的人員以及技術(shù)和安全標(biāo)準(zhǔn)方面的差距。這些標(biāo)準(zhǔn)是美國船級社致力于通過與利益相關(guān)者密切合作來解決的任務(wù)，以確保充分理解和解決技術(shù)實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)，包括制定有助于更好地支持浮式生產(chǎn)儲油卸油船電氣化的規(guī)則和要求。
這篇世界石油網(wǎng)的觀點(diǎn)報(bào)告深入探討了海洋和近海領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)碳中和的技術(shù)挑戰(zhàn)與前景。其中，電氣化作為脫碳的最實(shí)際途徑得到了重點(diǎn)關(guān)注，特別是在浮式生產(chǎn)儲油卸油船等船舶領(lǐng)域。盡管存在著前期成本高昂、基礎(chǔ)設(shè)施不足以及人員培訓(xùn)等挑戰(zhàn)，但通過合作與創(chuàng)新，這些障礙是可以克服的。
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