Kraftforsyning til offshore innretningar

Kraftforsyning til offshore innretningar

Norsk Elektroteknisk Forening
Oslo, 4. november 2014
Kraftforsyning til offshore innretningar
Lokal kraftgenerering
versus hovedkraft via sjøkabel
Lars Juhani Ådnanes, Statoil
From: Hans Haakon Faanes [mailto:hans.faanes@elkraft.ntnu.no]
Sent: 18. august 2014 15:59
To: Lars Juhani Ådnanes
Subject: Forespørsel om foredrag
•
a)
Av ting vi gjerne vil ha belyst, er de to alternativene,
kraftforsyning fra land og
b)
kraftgenerering offshore.
Kraftgenerering offshore


b)
a)
Hvilken virkningsgrad kan men regne med ved kraftgenerering offshore
GTG:15/40%, med WHRU: opptil 60%
Kan noe av energibehovet på en oljeplattform dekkes av spillvarme.
Ja, WHRU på turbineksos
Kraftforsyning fra land


Ved forsyning fra land er det interessant å få vite om det forlanges reserve kraftforsyning om bord.
Ja, krav til to hovekraftkilder
og separat nødkraftkilde
Tekniske utfordringer med forsyning fra land er også interessant å få belyst.
DC:
KOSTNAD (dette er ikkje teknisk utfordring)
2
AC:
Landfall, lokalisering av sterkt knutepunkt
Offshore; Låg kortslutningsytelse
Kompensering reaktiv effekt
Spenningsregulering
Flytar; Dynamisk kabel
Temaer
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
3
Krav (forskrifter, normer)
Dømer; Lokal kraftgenerering
Tradisjonelt design, ESD hiarki
Utnytte fordel med kabel; Nødstrøm og brannvasspumper
Dømer; Offshore innretning med kraftforsyning via kabel
Black start
Oppsummering
Petroleumstilsynet– Innretningsforskriften
Til § 47
Elektriske anlegg
For utforming av elektriske anlegg bør standarden IEC 61892-serien brukes.
Til § 38
Nødkraft og nødbelysning
For å oppfylle kravet til nødkraft som nevnt i første til og med tredje ledd, bør standardene
NS-EN ISO 13702 kapittel 9 og vedlegg C.1, NORSOK S-001 kapittel 18 og IMO 2009 MODU
CODE kapittel 5 brukes, med følgende tillegg:
forbrukere av nødkraft bør begrenses til utstyr som bidrar til å opprettholde innretningens
integritet i en nødssituasjon.
4
a) Krav; Forskrifter og normer
IEC 61892-2
5
Krav;
a)
Krav;
Forskrifter
Forskrifter
og og
normer
normer
IEC 61892-2
NB! New clause in revisjon 2.0
2012.3
•6
Oppsummering – Krav i IEC 61892
Hovedkraft:
4.2.1; To hovedkraft-kilder (e.g. to generatorar, eller kabel + generator, eller to
kablar). Ikkje krav til å dekka fullt kraftbehov med ei kilde ute av drift, sjå under.
Essensiell kraft:
4.2.3; Dersom prosess tilgjengelighet er oppfylt med ei hovedkraft-kilde, kan ein
av dei to kildene nemnt over vera ein «essensiell generator».
Nødgenerator er ikkje tillatt brukt som back-up kraft-kilde.
Nødkraft:
4.3; Alltid krav til nødkraft (normally manned unit), nødkraftsystem skal vera
uavhengig av andre kraftsystem (og andre hjelpesystem).
Kan i korte periodar bli brukt til ikkje-nødforbrukarar (dette krever myndighet si
godkjenning).
I Norge har Ptil sagt «NEI» (Innretningsforskrift § 38)
7
Krav;
a)
Krav;
Forskrifter
Forskrifter
og og
normer
normer
Kraftgenerering offshore, Statfjord B
Hovedkraft: 2 x 19 MW
Nød
Boring
8
b) Dømer; Lokal kraftgenerering
Ess
Kraft frå land
Kraftgenerering offshore, Gina Krog
Ess
Nød
9
b) Dømer; Lokal kraftgenerering
Hovedkraft 1 x 30 MW
Kraft og varme på Tampen
Innretning
Hovedkraftgenerering
Elkraftbehov
Varme
Max
(MW)
Behov
(MW)
Kilde WHRU
Spenning
(kV)
Ytelse
(ant x MW)
SF A
13.8
3 x 19
38
16
1 x 20 (G)
SF B
13.8
2 x 19
37
11
Kjele: 2 x 12
SF C
13.8
3 x 20
48
17
2 x 20 (G)
GF A
13.8
4 x 20
74
22
3 x 22 (G)
GF B
13.8
Kabel GFA
Inngår i GF A
GF C
13.8
3 x 20
46
Snorre A
11
3 x 22
63
Snorre B
11
2 x 27 + 16
25
Kabel A - B
Visund
11 (50 Hz)
2 x 22
8
3 x 21 (G)
Dampgen. (16) basert på
turbin eksosvarme
20
WHRU = Waste Heat Recovery Unit, G = Generator, K = Kompressor
NB! Dette er data frå 2003, effekt/varmebehov kan vera betydeleg endra
10
Dømer;
b)
Dømer;
Lokal
Lokal
kraftgenerering
kraftgenerering
«Tradisjonelt» design
APS
Pushbutton
in CCR
Abandon Platform Shutdown Level
Stop Emergency
Generator
ESD-1
Pushbutton
in CCR
Gas in nonhazardous
area
Emergency Shutdown Level 1
Stop Main/Ess.
Generator
ESD-2
Pushbutton
in CCR
Start Emergency
Generator
Gas in
hazardous
area
Emergency Shutdown Level 2
Isolate process
SWB and
distribution panels
11
c) Tradisjonelt design, ESD-hiarki
•
Etter initiering APS
Kun kritiske UPS forbrukarar
spenningssatt i 30-60 minutt
(nav aid 96 timar)
•
Brannvasspumper fortsetter
«Tradisjonelt» design
Cause: Confirmed gas in non-hazardous area=> ESD1
Effect: Stop main power
Effect: Start emergency generator
12
Status: Draft
Typisk ESD hiarki
«Tradisjonelt» design – Lokal hovedkraft-generering
Hovedkraft-system
Hoved gen.
Ess.gen
G
G
System 80
Nødkraft-system
G
System 84
System 82
ESD1: Stopp hovedkraft, start nød-generator
13
Tradisjonelt
c)
Tradisjonelt
design,
design,
ESD-hiarki
ESD-hiarki
G
Gjøa; Kraftkabel frå land kombinert med tradisjonelt design
Brannvassgeneratorar (2 stk)
Brannvassgeneratorar (2 stk)
Nød-generator
Gass lekkasje (non-hazardous area):
• Utkopling av sjøkabel
• Start diesel nød-generator
• Start to diesel brannvass-generatorar
14
Ønskjer me dette design?
Sjøkabel,
Hovedkraftforsyning
Utnytte fordel med kabel
Hovedkraft-system
Kraft frå land
Nødkraftsystem
D
System 80
11 kV
G
System 84
D
G
M
M
Fordeler:
Nødkraft og
brannvasspumper er
tilgjengelege
utan start av dieselgeneratorar
15
d) Utnytte fordel med kabel
System 71
Brannvass-pumper
System 82
690 V
ESD1: Kople ut hovedkraft
(ikkje start nød-generator)
Utnytte fordel med kabel
Hovedkraft-system
Kraft frå land
Back-up
hovedkraft/ess.
G
Nødkraftsystem
D
System 80
11 kV
G
11 kV-SWB
i samme rom?
Godkjenning
frå myndighet
System 84
D
D
T
G
M
M
System 71
Brannvass-pumper
16
Utnytte
d)
Utnytte
fordel
fordel
med
med
kabel
kabel
System 82
690 V
Utnytte fordel med kabel ESD1
Hovedkraft-system
Kraft frå land
D/T
G
Nødkraftsystem
D
System 80
11 kV
G
System 84
D
G
M
M
Fordeler:
Nødkraft og
brannvasspumpe(r) er
tilgjengelege
utan start av dieselgeneratorar
17
Utnytte
d)
Utnytte
fordel
fordel
med
med
kabel
kabel
System 71
Brannvass-pumper
System 82
690 V
Utnytta fordel med kabel
APS
Hovedkraft-system
Kraft frå land
D/T
G
Nødkraftsystem
D
System 80
11 kV
G
System 84
D
G
M
M
Fordeler:
Brannvasspumpe(r) er
tilgjengelege
utan start av dieselgeneratorar
18
Utnytte
d)
Utnytte
fordel
fordel
med
med
kabel
kabel
System 71
Brannvass-pumper
System 82
690 V
Døme på sjøkabel på eksisterande plattformer
 Kabel mellom to plattformer, hovedkraft-generering kun på den
eine plattforma;
Sleipner => Gudrun
 Kabel frå land;
Troll A
 Kabel mellom to plattformer, hovedkraft-generering på begge
plattformene;
Gullfaks A  Gullfaks C
19
e) Dømer; Kraftforsyning via kabel
Hoved-gen 3 x 20 MW
T
T
T
G
G
G
Sleipner - Gudrun
SLA
45 kV
Gudrun
13.8 kV
Ess. gen 2 x 2 MW
D
D
G
G
SLB
11 kV
Back-up
gen
2,1 MW
6 kV
M
D
Nød-gen 1,2 MW
G
D
D
G
G
440 V
20
Dømer;
e)
Dømer;
Kraftforsyning
Kraftforsyning
viavia
kabel
kabel
3 kV
690 V
Nød-gen
2,1 MW
FW
Sleipner - Gudrun
Sleipner
21
Dømer;
e)
Dømer;
Kraftforsyning
Kraftforsyning
viavia
kabel
kabel
ESD1 Gudrun
Kraft frå land til Troll A – APS
132 kV
•
Aktivering "APS" :
Alarm i kontrollrom på Kollsnes, APS-lampe i
plattformmatrise på Kollsnes lyser rødt.
Kabelen blir ikkje automatisk utkopla.
•
Kontakt mellom plattformsjef på Troll A og Kollsnes.
Plattformsjef på Troll A skal ta beslutning om
sjøkabel skal koblast ut eller ikkje.
•
15 minutt etter aktivering "APS" på plattform:
Ny alarm og to gule trykknappar i Kollsnes
kontrollrom merka “koble ut landkraft" lyser rødt.
•
Dersom kontakt mellom kontrollrom på land og
plattformsjef ikkje er etablert innan 15 minutt:
Kontrollroms-operatør på Kollsnes koplar ut
kabelen ved å trykkja begge trykk-knappane.
Onshore (Kollsnes)
45 kV
Sjøkabel (69 km)
D
Nød
2,4 MVA
Ess. gen.
6,12 MVA
G
6,6 kV
D
D
G
G
690 V
M
2x
Troll A-plattform
M
2x
Brann-pumper
(4 x 1.3 MW)
22
Dømer;
e)
Dømer;
Kraftforsyning
Kraftforsyning
viavia
kabel
kabel
Gullfaks
Hovedkraft 4 x 20 MW
T
T
T
T
G
G
G
G
A
Hovedkraft 3 x 20 MW
C
T
T
T
G
G
G
13.8 kV
Nød.
2 x 2,4 MW
D
D
D
G
G
6 kV
G
M x2
M x2
Brannvatn
13.8 kV
25/25/7
MVA
25/25/7
MVA
36 kV
Sjøkabel(8 km)
Nødkraft
Hovedkraft på ei
plattform er nødkraft på
den andre!
Nød
2 x 2,4 MW
D
D
G
G
D
6 kV
G
x4 M
Brannvatn
Power Management System (PMS):
• Aktiv og reaktiv lastdeling (generatorane), med optimalisering operasjonelle kostnader (turbin virkningsgrad,
tap, fuel kostnad, utslepp), SINTEF
• Transformator trinnkopling
• Hurtig lastavkastning.
Døme på utfordring som PMS må handtera:
• GF-C importerer 20 MW fråGFA – heile kraftstasjonen på GFA trippar:
• Nødtavle på GFA blir isolert frå hovedkraftsystemet
• Forbruk på ca 25 MW på GFC blir utkopla.
• GFC snur 20 MW import til 5 MW eksport til GFA nødsystem. => Avbrotsfri nødkraft-forsyning på GFA (og GFC)!
• Sekvensen er fullført i løpet av 250 ms.
23
Dømer;
e)
Dømer;
Kraftforsyning
Kraftforsyning
viavia
kabel
kabel
Black start
SLA
Hoved-gen 3 x 20 MW
tradisjonelt anlegg med kraftstasjon
T
T
T
G
G
G
45 kV
Gudrun
13.8 kV
Ess. gen 2 x 2 MW
D
D
G
G
11 kV
M
6 kV
D start sekvens:FW
Utdrag av tenkt black
Nød-gen 1,2 MW
D
UPS
G
Kontrollspenning
440 V
24
f) Black start
1) Overbru APS og kaldstart ein UPS
G nødgenerator
2) Overbru APS og start
3) Start diverse hjelpesystem
4) Start essensiel-generator
690 V
5) «Back to normal» på nødsystem
6) Start hovedgeneraor
Nød-genpå essensiel-generator
7) «Back to normal»
2,1 MW
Hoved-gen 3 x 20 MW
Black start
SLA
anlegg med sjøkabel
T
T
T
G
G
G
45 kV
Gudrun
13.8 kV
Ess. gen 2 x 2 MW
D
D
G
G
11 kV
M
6 kV
D
Nød-gen 1,2 MW
G
D
G
440 V
25
Black
f)
Black
start
start
1) Etabler styrespenning til diverse
brytarar, e.g. kaldstart ein UPS
2) Overbru APS på hovedkraft
(innkommer 45 kV)
3) Spenningsett 45 kV tavle
4) Spenningsett 11 kV tavle
5) Spenningsett 690 V tavle (nød)
690 V
Nød-gen
2,1 MW
FW
Oppsummering – Ulike kabelkonsept
1) Kabel til plattform frå land eller annan plattform, i tillegg eigen hovedkraftgenerering:
• Nødgenerator som back-up for nød-forbrukarane.
• Elektrifisering del av brannvasspumpene.
• Mulighet for alternativ black-start
• Synkrone system, PMS (aktiv/reaktiv lastfordeling lastavkastning m.m.)
• Døme; Gullfaks, Snorre, Goliat
2) Kabel til plattform frå land eller annan plattform, ingen eigen hovedkraftgenerering:
• Essensiell generator for back-up/LQ når kabel er ute av drift.
• Nødgenerator som back-up for nød-forbrukarane.
• Elektrifisering del av brannvasspumpene.
• Mulighet for alternativ black-start
• Døme; Gjøa, Gudrun, Valemon, Troll A, Valhall, Ivar Aasen, Martin Linge
3) Forsyning til anna plattform, ingen hovedkraft-generering på den andre plattforma:
• Ingen eigne fordeler med kabelen.
• Tradisjonelt systemdesign på eigen plattform (som for «stand alone»).
• Døme; Sleipner A, Kvitebjørn, Edvard Grieg
26
g) Oppsummering
Kraftforsyning til offshore innretningar
Lars Juhani Ådnanes
ljaa@statoil.com
Tel: +4741556639
www.statoil.com
27