У статті розглядаються альтернативні джерела енергії для живлення систем катодного захисту для нафтоі газопроводів. Зокрема, розглядається джерело альтернативної енергії - вітер. Показано, що цей вид відновлюваної енергії більш перспективний і економічно вигідний, ніж традиційні. Можливо його застосування для катодного захисту із зовнішнім джерелом струму.

Анотація наукової статті з електротехніки, електронної техніки, інформаційних технологій, автор наукової роботи - А. О. Шуваева, С. Ю. важко, Н. Н. Портнягин


ANALYSIS OF STATISTICAL VALUES OF WIND SPEED IN THE SHELF SEAS OF RUSSIA AND ITS USE IN AUTONOMOUS CATHODIC PROTECTION SYSTEMS

The article discusses alternative energy sources for supplying cathodic protection systems for oil and gas pipelines. In particular, the source of alternative energy is considered the wind. It is shown that this type of renewable energy is more promising and economically profitable than traditional ones. It can be used for cathodic protection with an external current source.


Область наук:
  • Електротехніка, електронна техніка, інформаційні технології
  • Рік видавництва: 2020
    Журнал
    Технічна експлуатація водного транспорту: проблеми і шляхи розвитку
    Наукова стаття на тему 'АНАЛІЗ СТАТИСТИЧНИХ ЗНАЧЕНЬ ШВИДКОСТІ ВІТРУ В шельфових МОРЯХ РОСІЇ ТА ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ В СИСТЕМАХ АВТОНОМНОЇ катодного захисту'

    Текст наукової роботи на тему «АНАЛІЗ СТАТИСТИЧНИХ ЗНАЧЕНЬ ШВИДКОСТІ ВІТРУ В шельфових МОРЯХ РОСІЇ ТА ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ В СИСТЕМАХ АВТОНОМНОЇ катодного захисту»

    ?УДК 620.91

    А.О. Шуваева 1, С.Ю. Труднев2, М.М. Портнягін3

    12Камчатскій державний технічний університет, Петропавловськ-Камчатський, 683980;

    3Россійскій державний університет нафти і газу (національний дослідницький університет) імені І.М. Губкіна,

    Москва, 119991 e-mail: alena. Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    АНАЛІЗ СТАТИСТИЧНИХ ЗНАЧЕНЬ ШВИДКОСТІ ВІТРУ В шельфових МОРЯХ РОСІЇ ТА ЙОГО ВИКОРИСТАННЯ В СИСТЕМАХ АВТОНОМНОЇ катодного захисту

    У статті розглядаються альтернативні джерела енергії для живлення систем катодного захисту для нафто- і газопроводів. Зокрема, розглядається джерело альтернативної енергії - вітер. Показано, що цей вид відновлюваної енергії більш перспективний і економічно вигідний, ніж традиційні. Можливо його застосування для катодного захисту з зовнішнім джерелом струму.

    Ключові слова: корозія, джерело живлення, вітроенергетична установка, катодний захист, силовий модуль.

    A.O. Shuvaeva1, S.Yu. Trudnev2, N.N. Portnyagin3

    12Kamchatka State Technical University, Petropavlovsk-Kamchatsky, 683003;

    3National University of Oil and Gas (National Research University) named after I.M. Gubkin,

    Moscow, 119991 e-mail: alena. Ця електронна адреса захищена від спам-ботів. Вам потрібно увімкнути JavaScript, щоб побачити її.

    ANALYSIS OF STATISTICAL VALUES OF WIND SPEED IN THE SHELF SEAS

    OF RUSSIA AND ITS USE IN AUTONOMOUS CATHODIC PROTECTION SYSTEMS

    The article discusses alternative energy sources for supplying cathodic protection systems for oil and gas pipelines. In particular, the source of alternative energy is considered the wind. It is shown that this type of renewable energy is more promising and economically profitable than traditional ones. It can be used for cathodic protection with an external current source.

    Key words: corrosion, power source, wind power installation, cathodic protection, power module.

    На сьогоднішній день основну роль у збільшенні видобутку нафти і газу, як правило, грає освоєння нових морських нафтових родовищ. Шельфи морів в середньому вивчені всього на 7%, в той час як основні сухопутні нафтогазоносні регіони - більш ніж на 50%. Тому потенціал шельфових запасів величезний. Також слід зазначити, що в даний час більше третини видобутої нафти і газу в усьому світі надходить з морських джерел.

    При освоєнні і розробці нових морських нафтових родовищ необхідно будівництво естакад, індивідуальних підстав, майданчиків під бурові установки та інших споруд. Металеві конструкції в морських умовах піддаються постійної інтенсивної корозії, що призводить до їх руйнування, а це знижує як промислову, так і пожежну безпеку платформи в цілому. Застосування поновлюваних джерел енергії спільно з системою катодного захисту здатне дати значний економічний і екологічний ефект. Збільшення терміну між відновними заходами шляхом вдосконалення технічної частини автономного джерела електричної енергії з зовнішнім джерелом струму і самостійного контролю безперебійної подачі для забезпечення роботи пристрою катодного захисту є актуальною проблемою.

    Одним з оптимальних методів щодо підвищення ефективності захисту від корозії є катодна електрохімічний захист нафтогазових платформ. Це доводять дослідження, які проводили такі діячі науки, як до. Т. Н. А.С. Наботових і к. Т. Н. В.З. Нгуєн. Також наукові школи під керівництвом А.А. Фатхулліна і С.Я. Дунаєвського регулярно розробляють методи щодо вдосконалення систем катодного електрохімічного захисту [1].

    В рамках даної статті були поставлені наступні завдання:

    1. Проаналізувати статистичні значення швидкості вітру в нафто- і газодобувних районах.

    2. Провести огляд існуючих вітроенергетичних установок (ВЕУ), що застосовуються для живлення систем катодного захисту з автономним джерелом живлення, виявити переваги і недоліки.

    Катодний захист із зовнішнім джерелом струму набула найбільшого поширення внаслідок простоти монтажу і експлуатації, високу технологічність і невисоку вартість. Зазвичай застосовують автономні катодні станції, що містять джерела постійного струму, такі як термоелектрогенератори, вітроелектрогенератори, турбоальтернатори і фотоелектрогенератори.

    Однак при використанні альтернативних джерел електричної енергії в системах катодного захисту, зокрема на морських нафтових установках, існує значний недолік - обмежена вихідна потужність. Так, для забезпечення роботи обладнання катодного захисту з мінімальним значенням споживаної потужності 200 Вт необхідний ветроге-нератор з діаметром лопатей 3 м, при цьому швидкість вітру повинна становити не менше 4,5 м / с.

    У кліматичних умовах території Російської Федерації в залежності від пори року і районів вітрова активність відрізняється в рази. На рис. 1 наочно представлені райони нафто- і газовидобутку Росії.

    Мал. 1. Основні нафтові і газові басейни

    Розглянемо вітряні характеристики, зокрема швидкість вітру для морів арктичного регіону Росії, де видобувається більше ніж 90% всього вітчизняного газу і близько 10% нафти. На рис. 1 видно, що більша частина нафтогазових запасів знаходиться в Баренцевому, Карському та Охотському морях. Нижче наведені графіки залежності середньої швидкості вітру від пори року для цих морів.

    Мал. 2. Залежність середньої швидкості вітру від пори року: а - в Баренцевому морі; б - Карському морі; в - Охотському морі

    З цих графіків можна зробити висновок, що за спостережуваний період часу середня швидкість вітру у всіх морях не опускається нижче позначки мінімального значення для ефективної роботи системи катодного захисту. Але в весняно-літній період відбувається достатнє зниження активності вітру. В таких умовах найважливішим фактором є енергоефективність обладнання, що працює з альтернативним джерелом енергії.

    На сьогоднішній день всі існуючі системи катодного захисту працюють на змінному струмі 220 В. Для роботи від постійного струму необхідно застосування додаткових інверторних установок, що призводить до втрати 15-20% потужності. З урахуванням ККД середньостатистичних використовуваних станцій катодного захисту порядку 80-85% загальні втрати можуть скласти до 40%.

    Щоб компенсувати ці втрати необхідно кратно збільшувати габаритні розміри вітрогенераторних установок, що відповідно призводить до збільшення їх вартості. Це суперечить одній з основних завдань - зниження витрат. Для вирішення цієї проблеми необхідно застосовувати станції катодного захисту напругою живлення 12-48 В постійного струму, основними елементами яких є силові модулі і модулі управління [2].

    а

    б

    в

    Силові модулі катодного захисту включають в себе напівпровідникові пристрої, що застосовуються для побудови елементів електротехнічних систем різного призначення: випрямлячі, інвертори, перетворювачі напруги або перетворювачі частоти. У свою чергу модулі управління складаються з пристроїв, які забезпечують такі параметри і режими роботи: управління і вимірювання вихідної напруги, вихідного струму, захисного потенціалу споруди і моніторинг датчика корозії [3]. Також даний модуль може бути використаний для управління джерелами живлення будь-якого типу, що мають зовнішній аналоговий вхід управління.

    Отже, вітроенергетичні установки доцільно застосовувати для живлення систем катодного захисту, розташованих в шельфових морях Росії. Даний висновок можна зробити, виходячи з даних аналізу швидкості вітру і його інтенсивності протягом року.

    література

    1. Найважче С.Ю. Дослідження роботи імпульсного стабілізатора напруги для харчування катодного захисту морських платформ / С.Ю. Важко, А.О. Шуваева // Укр. Держ. ун-ту морського і річкового флоту ім. адм. С.О. Макарова. - 2018. - № 4 (50). - C. 818-827.

    2. Dar M., Yusuf A. Experimental study on innovative sections for cold formed steel beams // Steel and Composite Structures: AnInt'l Journal. - South Korea, 2015. - Vol. 19, № 6. - P. 545-554.

    3. Важко С.Ю. Розробка комп'ютерної моделі паралельної роботи генераторного агрегату і трифазного безінерційного джерела живлення / С Ю. важко // Вісник Держ. ун-ту морського і річкового флоту ім. адм. С.О. Макарова. - 2015. - Вип. 2 (30). - С. 191-198.


    Ключові слова: корозія / джерело живлення / вітроенергетична установка / катодний захист / силовий модуль. / corrosion / power source / wind power installation / cathodic protection / power module.

    Завантажити оригінал статті:

    Завантажити