□ 顧家瑞 中國石化上海工程公司
近日，世界石油網發布觀點報告，強調指出，電氣化是脫碳最實用的解決方案，尤其是隨著可再生能源發電能力的增加和包括浮式生產儲油卸油船（FPSO）在內的船舶電氣化勢頭的不斷增強。然而，該行業仍面臨阻力，包括高昂的前期成本、缺乏配套基礎設施和經過適當培訓的人員以及標準差距。
海洋和近海部門在推動能源成功轉型方面發揮著重要作用。近年來，運營商和原始設備制造商（OEM）通過提高發動機效率、使用替代燃料和替代能源，在脫碳方面取得了重大進展。電氣化計劃還擴展到許多船只類型，包括客運渡輪、拖船、海上支援船（OSV），其中可能包括平臺供應船（PSV）、船員轉移船（CTV）和鉆機。我們現在正在探索如何應用電氣化技術和概念來加速浮式生產儲油卸油船的脫碳，從而在路線圖上邁出下一步。
海上石油和天然氣生產脫碳
在過去的二三十年年里，浮式生產儲油卸油船從根本上改變了海上石油和天然氣生產，使運營商能夠開采深水和超深水以及高度偏遠地區的儲量。它們的靈活性和適應性克服了傳統固定結構的許多限制，在全球范圍內開辟了曾經被認為在經濟上不可行的海上油田開發機會。
近年來，雖然運營商、工程公司和原始設備制造商在減少現代 浮式生產儲油卸油船 的碳足跡方面取得了長足進步，但遏制溫室氣體 (GHG) 排放的壓力仍在持續增加。除非采取遏制措施，否則浮式生產儲油卸油船行業預計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，如北海，每桶石油的碳強度已成為油田開發項目是否達到最終投資決策（FID）的決定因素。全球其他近海生產地區，包括墨西哥灣(GOM) 和南美洲，最終也會出現這種情況。
浮式生產儲油卸油船的電氣化
在所有選項中，電氣化是浮式生產儲油卸油船脫碳最實際可行的路徑。
近年來，一些正在開發的浮式生產儲油卸油船已經采用了電氣化戰略。然而，與小型船舶相比，這些設施的復雜性和電力需求（通常在80–150兆瓦之間），以及對工藝熱量的巨大需求，使電氣化成為一項更具挑戰性的任務。
浮式生產儲油卸油船產生的大部分排放來自燃氣輪機發電機（GTG），它為各種船上作業提供電力。在許多情況下，發電機的廢熱也可作為處理系統的熱源。柴油發電機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氣輪機，少使用柴油發電機，目標是減少柴油發電機的數量和尺寸。
如果浮式生產儲油卸油船與陸地的距離在合理范圍內，則可以通過利用替代能源（例如海上風電或岸電）增加發電機的發電量來顯著減少排放。這樣做可以使用更少的具有針對設施的電力要求進行優化的額定容量的發電機，從而使發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施的碳足跡產生重大影響。例如，對于一個使用四臺30兆瓦空氣導出燃氣輪機滿足80兆瓦功率需求的浮式生產儲油卸油船發電廠，燃料效率提高1%可能導致每年減少約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電機的需求來實施新的發電廠冗余計劃。可再生能源的間歇性確實意味著這可能需要添加儲能系統（ESS）——例如鋰離子電池、超級電容器、飛輪或其他——以確保持續供電。帶鋰離子電池的混合動力（即柴油/氣電）動力系統已成功應用于多種類型的船舶，包括平臺供應船、液化天然氣運輸船、海上鉆井平臺等。
類似的概念正在實施，其特征是電池集成在海上浮動或固定風力渦輪機的柱內。在這種情況下，可以將多個浮動單元連接在一起，形成一個海上微電網，該電網能夠為一個或多個海上資產提供清潔、穩定的電力，從而降低傳統發電資產的負擔。風力發電機組還可以配備必要的系統，使小型電動或混合動力船舶能夠為電池充電，并減少上岸次數。
混合動力概念在應用于鉆機等小型資產時已經顯示出前景。然而，考慮到浮式生產儲油卸油船對可靠性和生產正常運行時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用風險。
美國船級社電氣化車間
美國船級社致力于支持海上行業的電氣化舉措，并發布了一些關于儲能系統、混合動力系統、海上變電站和電力服務的要求和指南，如海上充電系統、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、設計師、設備供應商和許多行業領導者組成的國際論壇出席了研討會，以更好地了解浮式生產儲油卸油船電氣化相關的挑戰，并回答重要問題，例如：
我們如何在可靠性、可用性和單點故障容忍度方面保持對基本服務的相同支持水平？
關于電源和電源的持續狀態，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？
不同的安全和技術標準的范圍界限在哪里？
潛在的故障點是什么（即轉塔、旋轉接頭、電纜布線等）？
事實證明，這次研討會是一次富有成效的活動。與會者普遍認為需要推進海上電氣化技術，包括海上和陸上可再生能源、儲能系統和充電系統的連接。多名受訪者還表示核能是海上發電應考慮的技術。
近三分之二的受訪者表示，財務限制和獲得可靠的電力供應是海上電氣化的主要障礙。其他值得注意的回應是，海上電力缺乏標準化接口，基礎設施準備不足，以及性能和空間限制。
超過一半的研討會參與者表示，如果發電源位于船舶外部，則不應屬于監管范圍。然而，絕大多數人認為應包括與外部電源的接口。對潛在故障點的反應不一，一些參與者引用了高壓輸電線路和海底電纜。人員培訓也成為一個令人關切的問題。
保持當下的勢頭
在海洋和近海領域實現碳中和需要來自廣泛技術的貢獻。雖然替代燃料的使用和碳捕獲、利用和儲存（CCUS）可以發揮重要作用，但電氣化是脫碳最實用的解決方案，而且隨著可再生能源發電能力的增加，這種情況可能會持續下去。
總體而言，包括浮式生產儲油卸油船在內的船舶電氣化勢頭持續增強。然而，該行業仍然面臨不利因素，包括前期成本高昂、缺乏配套基礎設施和經過適當培訓的人員以及技術和安全標準方面的差距。這些標準是美國船級社致力于通過與利益相關者密切合作來解決的任務，以確保充分理解和解決技術實施的風險，包括制定有助于更好地支持浮式生產儲油卸油船電氣化的規則和要求。
這篇世界石油網的觀點報告深入探討了海洋和近海領域實現碳中和的技術挑戰與前景。其中，電氣化作為脫碳的最實際途徑得到了重點關注，特別是在浮式生產儲油卸油船等船舶領域。盡管存在著前期成本高昂、基礎設施不足以及人員培訓等挑戰，但通過合作與創新，這些障礙是可以克服的。
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