Energi fra havet. Udgivet i 2017 af Maskinmestrenes Forening. Ansvarshavende redaktør: Formand Per Jørgensen.

Transkript

1 ENERGI FRA HAVET

2 Energi fra havet Udgivet i 2017 af Maskinmestrenes Forening. Ansvarshavende redaktør: Formand Per Jørgensen. Foto: Lars Møller, Bent Medvind, Siemens, DONG Energy A/S, Mogens Holmgaard, Heidi Lundsgaard, Fiskeri- og Søfartsmuseet.

3 FREMTIDENS ENERGI FRA HAVET Danske maskinmestre arbejder verden over med udvinding af energi, internationale miljøløsninger og energieffektivisering til gavn for den globale vækst og økonomi. Der er gået mere end 50 år, siden de første olie- og gasfelter i 1966 blev fundet på dansk territorium i Nordsøen. Det første danske oliefelt blev sat i drift i 1972, og siden har de nu 19 danske oliefelter pumpet 404 milliarder skattekroner ind i den danske statskasse. Den fremtidige danske energiforsyning vil efter alle prognoser komme til at bestå af både fossile brændsler og vedvarende energier, vind, sol og gas. Vi kommer ikke til at holde op med at efterspørge olie og gas, hverken herhjemme eller på verdensplan. Vi skal bruge den danske energiteknologi og ekspertise til at optimere anlæg og installationer, så de fossile brændstoffer udnyttes bedst muligt, samtidig med at vi effektiviserer brugen af den vedvarende energi. BEDRE UDNYTTELSE AF OLIE/GAS Efter flere årtier med stor fremgang står olie/gassektoren imidlertid i disse år over for en række udfordringer. De seneste års prisfald presser sektoren. Samtidig er der en stigende global omstilling til vedvarende energier og krav om lavere CO2-udledning. Det kan umiddelbart se sort ud for olie/gasbranchen. Imidlertid findes der løsninger inden for energieffektivisering, ressourceoptimering og omkostningsminimering. Olie-og gasressourcerne findes i Nordsøen, og vi skal udvikle nye teknologier og processer, som gør det mere rentabelt at udvinde de eksisterende fossile brændsler. Det vil gøre det muligt at udvinde nordsøolie i meget lang tid fremover, lyder det fra oliebranchen. TEKNOLOGISK INNOVATION Da det første danske oliefelt blev sat i drift i 1972, var målet at udvinde fem procent af olien i Nordsøen. Over 95 procent af olien lod man således ligge. Da man senere introducerede de horisontale boringer, fik man en dramatisk stigning i indvindingsgraden, og i dag forventer man at hente mellem procent af al olien op. En tommelfingerregel siger, at blot én procent i øget indvindingsgrad giver 50 milliarder kroner produktionsværdi, og i Norge er en indvindingsgrad på hele 50 procent nu inden for rækkevidde gennem teknologisk udvikling. Det er således et område, hvor teknologisk udvikling kan føre til store gevinster. Uudnyttede danske oliefelter vil kunne betale sig at udvinde, når forretningsgrundlaget er til stede, og der Per Jørgensen, formand for Maskinmestrenes Forening. findes til stadighed nye forekomster af olie, eksempelvis de dybtliggende HPHT-felter (højt tryk og høj temperatur). Dette kræver mere risikofyldte investeringer, men ressourcerne er påvist. STIGENDE VINDKRAFTSKAPACITET Kapaciteten af offshore-vindenergi forventes globalt at stige markant, og den danske ekspertise inden for energiteknologi har betydeligt potentiale for at skabe vækst, eksport og beskæftigelse. Ifølge det engelske analysebureau Douglas-Westwood vil kapaciteten af offshorevind stige fra de nuværende 30 GW til 74 GW i 2025 med en samlet investering på op til 200 milliarder euro. Det svarer til en kapacitet på over 350 gange Horns Rev 2. Den øgede efterspørgsel skyldes blandt andet et stort behov for vedvarende energi, som er let at distribuere og omsætte, og heraf er vindproduceret elektrisk energi den mest attraktive metode i dag. Danmark har en nøgleposition inden for områder, der kan gøre offshore-vindenergi mere økonomisk rentabel. Vores virksomheder er tekniske eksperter i udvikling, drift og vedligeholdelse, og de kan bidrage til at reducere omkostningerne inden for såvel selve offshore-produktionen som hele infrastrukturen omkring den. ENERGI FRA HAVET 3

4 INDHOLD Mere olie skal op fra Nordsøen 5 Skal Danmark fortsat være en olienation? 10 Olie- og gasudvinding i Nordsøen 13 Drilling Operations 18 Offshore Structures 23 Proces 27 Offshoreklynger skaber innovation og værdi 34 Offshore vind 38 DD: Fremtidens mølleteknologi 44 Havmølleparker 46 Vindmøllens opbygning 48

5 TEKNOLOGISK INNOVATION MERE OLIE SKAL OP FRA NORDSØEN Center for Olie og Gas har fået bevilget én milliard kroner til at udvikle nye teknologier, som skal gøre det muligt og rentabelt at udvinde mere olie og gas fra Nordsøen, og maskinmestre kan bidrage til processen. 100 forskere og udviklere skal de kommende år udvikle teknologier og koncepter, som skal gøre det både teknisk muligt og rentabelt at forlænge indvindingen af olie og gas fra den danske del af Nordsøen. Forskerne arbejder i Center for Olie Gas Danish Hydrocarbon Research and Technology Centre (DHRTC) i samarbejde med Dansk Undergrunds Consortium og andre virksomheder. Én milliard kroner er der bevilget til centrets projekter, der begyndte i 2014 og efter planen skal vare mindst ti år. Centeret har adresse på DTU og aktiviteter flere steder uden om DTU, da DHRTC er et partnerskab mellem DTU, Aalborg Universitet, Aarhus Universitet, Københavns Universitet og GEUS.»Vi skal levere anvendt forskning og udvikling, der tager udgangspunkt i nogle konkrete problemstillinger, som olie- og gasindustrien står med i Nordsøen. Vores forskning og udvikling skal udvikle prototyper og demonstrationsmodeller, som branchen så skal færdigudvikle til praktisk brug,«siger Bo Cerup-Simonsen, direktør for Center for Olie og Gas. Centret anvender en udviklingsskala fra 0-7, hvor niveau nul er Med nye og mere effektive teknologier og løsninger i fremtiden bliver det alt andet lige mere attraktivt at investere i ny produktion, og det kan forhåbentlig bidrage til øget indvinding, selvom olieprisen forbliver på et lavt niveau. Bo Cerup-Simonsen, direktør for Center for Olie og Gas. ikke-afprøvede ideer og koncepter, og niveau syv er fuldt udviklede kommercielle løsninger.»vi har fokus på at udvikle løsninger fra niveau nul til tre på den modenhedsskala. Niveau tre svarer til en afprøvet prototype. Herfra skal industrien videreudvikle og færdiggøre løsningerne, så de passer specifikt til det konkrete formål,«siger Bo Cerup- Simonsen. Energistyrelsen forudser i en analyse, at den kommercielle olieindvinding i Nordsøen med de nuværende forudsætninger bliver indstillet senest i løbet af 2040 erne. Med hjælp af blandt andet nye løsninger fra Center for Olie og Gas skal det blive muligt at hæve indvindingsgraden fra Nordsøen og dermed potentielt forlænge den danske olie- og gasproduktion.»vores arbejde tager udgangspunkt i helt konkrete data og problemstillinger fra branchen, ENERGI FRA HAVET 5

6 »Vi har meget bevidst opbygget en projektportefølje, der også tager hensyn til industriens behov for omkostningsreduktioner. Det kan i høj grad berøre maskinmestrenes arbejde, da mange af dem arbejder med optimeringsprojekter i tilknytning til produktion og vedligehold, som er en vigtig del af vores felt,«siger Bo Cerup-Simonsen. så vi kan beskæftige os med reelle problemstillinger, der på sigt kan omsættes til praktiske løsninger. Vi er i direkte dialog med branchens egne eksperter, som for eksempel kunne være maskinmestre med opgaver inden for produktion eller vedligehold, så vi er sikre på, at vi beskæftiger os med de problemstillinger, der optager branchen fremadrettet. Derfor ser vi meget gerne et samarbejde med blandt andet maskinmestre hos leverandører i branchen, som kan bidrage til den proces,«siger Bo Cerup-Simonsen. FLERE SAMTIDIGE UDFORDRINGER Olie- og gasindvindingen i Nordsøen står aktuelt over for flere store udfordringer samtidig: Olie- og gasproduktionen toppede for ti år siden og er for nedadgående. Olieprisen er den laveste i mange år. Flere produktionsanlæg i Nordsøen er år gamle og står over for nødvendig levetidsforlængelse. Hertil kommer, at den gennemsnitlige indvindingsgrad for olie og gas i den danske del af Nordsøen er på 28 procent. I både den engelske og norske del af Nordsøen er indvindingsgraden betydeligt højere, blandt andet fordi den danske kalk er langt vanskeligere at producere fra end mange andre steder.»vores mål på nuværende tidspunkt er, at vi i 2020 skal have demonstreret nye løsninger, der kan hæve indvindingsgraden med cirka én procent fra 28 til 29 procent. Det svarer til cirka 100 millioner ekstra tønder olie. Men jeg vil ikke komme med et bud på, hvor meget vores arbejde kommer til at betyde for indvindingsgraden i løbet af de ti år, som centeret foreløbig har fået midler til. Industrien har allerede lagt enorme ressourcer og ekspertise i at bringe produktionen til dagens stadie, og der er mange faktorer, som spiller ind på indvindingsgraden; ikke mindst olieprisen er med til at bestemme, hvilke og hvor mange af vores løsninger som industrien ønsker at arbejde videre med,«siger Bo Cerup- Simonsen. Da centret åbnede i september 2014, var olieprisen over 100 dollar per tønde. I skrivende stund er den omkring 50 dollar per tønde, og det har lagt mange udviklingsprojekter på hylden i olie- og gasindustrien. Center for Olie og Gas kan heller ikke ignorere den mulighed, at den lave oliepris er kommet for at blive i en længere periode, og at det i så fald vil betyde et meget stærkt fokus ENERGI FRA HAVET 6

7 på effektivisering og omkostningsreduktioner i olie- og gasbranchen.»vi har meget bevidst opbygget en projekt-portefølje, der også tager hensyn til industriens behov for omkostningsreduktioner. Det kan i høj grad berøre maskinmestrenes arbejde, da mange af dem arbejder med optimeringsprojekter i tilknytning til produktion og vedligehold, som er en vigtig del af vores felt,«siger Bo Cerup-Simonsen, der opfordrer maskinmestre og deres respektive virksomheder til at vurdere, om de kan bidrage til centerets projekter. VARIERENDE INDVINDINGSGRAD En væsentlig årsag til at indvindingsgraden i den danske del af Nordsøen ikke er så høj som i nabolandenes felter, er undergrunden. Der er meget kalk i den danske undergrund, og det gør olieindvindingen ekstra udfordrende. Olien presses ud af undergrunden med vand under højt tryk, så undergrundens beskaffenhed er meget afgørende for, hvor nemt og billigt olien kan produceres.»i den danske del af Nordsøen varierer indvindingsgraden meget. Nogle steder er den 40 procent, andre steder under ti procent. Potentialerne for at øge indvindingen er meget forskellige af natur. Så her står vi over for en helt selvstændig problemstilling, som meget af vores forskning kommer til at rette sig mod. Hvordan får vi udviklet metoder og teknologier, så vi kan få presset mere olie ud af undergrunden og til en pris, hvor det kan betale sig,«siger Bo Cerup- Simonsen. Operatørerne og deres underleverandører har i årtier arbejdet på at udvikle stadig mere effektive metoder og teknologier til at øge indvindingsgraden. Så hvor er det, at Center for Olie og Gas kan gøre en forskel?»vores løsninger er ikke bundet til bestemte underleverandører af udstyr og teknologi. Vi har stor respekt for de løsninger, som operatører og underleverandører har udviklet i tidens løb, og det er vigtigt at forstå, hvad der allerede er gjort, for også at forstå hvad der er muligt fremadrettet. Men videnskab og teknologi bevæger sig konstant, så jeg tror, vi kan komme med nye koncepter, metoder og teknologier, som branchen ikke selv er nået frem til endnu. Vi er jo etableret som et partnerskab helt uden for virksomhedernes mure og kan arbejde mere frit med de mere vilde og langsigtede ideer. Det er DUC selv, som med statens og DHRTC-partnerskabets velsignelse har etableret centeret med en forventning om at skabe nye radikale ideer, som kan være med til at øge indvindingsgraden i de danske felter. Vi får enorm hjælp af data og interaktion med DUC s eksperter, men har i sidste ende selv ansvaret for at definere og vælge vores satsninger,«siger Bo Cerup-Simonsen. STØRRE UAFHÆNGIGHED AF OLIEPRIS Nordsøens undergrund er endnu ikke fuldstændig kortlagt og analyseret, når det gælder forekomster af olie og gas. Der pågår stadig efterforskning af nye felter med potentiale til indvinding.»der kan ligge felter, som er så store, at de er værd at etablere produktion fra. Men vores forskning retter sig specifikt mod de kendte felter og den produktion, som foregår der. Vi skal hjælpe industrien med at blive bedre til at hente den olie og gas op, som i dag bliver i undergrunden, enten fordi man ikke har den fornødne teknologi, eller fordi det ikke kan betale sig med de kendte teknologier og de øvrige rammebetingelser, som branchen opererer under. Oliepris og rammevilkår spiller en stor rolle for, hvor meget man vil investere i at udvikle felterne med nye brønde, ny teknologi med videre. Men med nye ENERGI FRA HAVET 7

8 og mere effektive teknologier og løsninger i fremtiden bliver det alt andet lige mere attraktivt at investere i ny produktion, og det kan forhåbentlig bidrage til øget indvinding, selvom olieprisen forbliver på et lavt niveau,«siger Bo Cerup-Simonsen. Hans klare forventning er, at Center for Olie og Gas kan bidrage til en forlænget og øget olie- og gasproduktion fra Nordsøen.»Videnskab og teknologi bevæger sig hele tiden fremad. Der udvikles konstant nye metoder og indhøstes ny viden. Vores opgave er at få gjort den viden og de metoder praktisk anvendelige, så centeret kan gøre en forskel for fremtidens olie- og gasproduktionen i Nordsøen,«siger Bo Cerup-Simonsen. SYV FORSKNINGS- OG TEKNOLOGIOMRÅDER Center for Olie og Gas har udpeget følgende forsknings-og teknologiområder: Halfdan-feltet udvikling af teknologier og løsninger til at udvide olieproduktionen fra Halfdanfeltets nederste lag. Det er for dyrt at lave et nyt brøndsystem, men kan der laves en løsning med eksisterende brøndsystem, så det kan betale sig at hente olie fra det nedre lag? Ekofisk-formationen den har forholdsvis lav indvindingsgrad i dag, blandt andet fordi formationen består af tæt kalk med en væsentlig grad af sprækker, så injiceret vand har tendens til at løbe igennem uden at presse olie ud. Udvikling af løsning som kan presse olien ud. Brøndintegritet på Dan-feltet et af de store, gamle felter hvor der anvendes vandinjektion men hvor der er øget vandgennemstrømning uden tilsvarende olieproduktion. Der skal findes løsninger, som kan få vandinjektionen til at fungere mere effektivt, blandt andet ved at aflukke underjordiske vandkanaler. Dan-felt og Halfdan-felt ny løsning til vandinjektion der pumpes store mængder vand ned i brøndene, og der ses et forbedringspotentiale for, at Big Data -analyser kan bruges til produktionsoptimering. Omkostninger ved drift og vedligehold nye teknologier skal hjælpe med at optimere drift og vedligehold, for eksempel ved hjælp af sensorer og nye analysemetoder. Kan robotter, droner, kameraer eller andre teknologier anvendes i højere grad, når platforme og andre anlæg skal undersøges for at planlægge og udføre vedligehold, så omkostninger reduceres? Teknisk levetidsforlængelse mange olie- og gasproducerende anlæg i Nordsøen er år gamle og står over for levetidsforlængelse under opretholdelse af bestemt sikkerhedsniveau. Hvad kan man gøre for at forlænge levetid af konstruktioner, uden at det bliver for dyrt? Nedre kridt disse geologiske lag i den danske undergrund i Nordsøen er specielt tætte, og selvom der er udført meget innovative tiltag for at muliggøre dagens produktion, er der stadig et teoretisk potentiale for at øge indvindingsgraden. Der skal udvikles løsninger, som gør det rentabelt at udnytte det store potentiale, der ligger i disse kridtlag. CENTER FOR OLIE OG GAS Center for Olie og Gas på DTU skal forske i og udvikle nye teknologiske og konceptuelle løsninger, der øger olie- og gasindvindingen i den danske del af Nordsøen. Foruden udvikling af nye løsninger skal centret uddanne og tiltrække nye talenter til branchen. DUC har bevilget én milliard kroner til de første ti års forskning, og partnerne i DHRTC (DTU, AU, AaU, KU, GEUS) har medfinansieret, så donationen kun dækker direkte omkostninger til forskning og udvikling. Flere end 100 forskere og udviklere forventes at blive knyttet til centeret senest i løbet af 2017, hvor det når sit planlagte aktivitetsniveau. Centerets arbejde foregår i tæt samarbejde med DUC, og der forventes at blive et tæt samarbejde med mange øvrige dele af olie- og gasindustrien inklusiv underleverandører. Center for Olie og Gas er finansieret af DUC Dansk Undergrunds Consortium der er et joint venture mellem A.P. Møller- Mærsk, Shell, Chevron og Nordsøfonden, som samarbejder om at producere størstedelen af olie og gas fra den danske del af Nordsøen. ENERGI FRA HAVET 8

9 ENERGI FRA HAVET 9 Bo Cerup-Simonsen er direktør for Center for Olie og Gas Danish Hydrocarbon Research and Technology Centre (DHRTC) som har fået bevilget én milliard kroner til centrets forskningsog teknologiprojekter, der begyndte i 2014 og efter planen skal vare mindst ti år.

10 FREMTIDENS FORSYNING SKAL DANMARK FORTSAT VÆRE EN OLIENATION? De første danske oliefund blev gjort i Nordsøen for 50 år siden, og olie-gasudvindingen har bidraget med over 400 milliarder kr. til statskassen. Men hvordan ser fremtiden ud for dansk olie- og gasproduktion? Det er 50 år siden de første store danske olie- og gasfund blev gjort i Nordsøen, og det er 44 år siden, den kommercielle olieproduktion begyndte på Dan-feltet i Siden er der produceret fire milliarder tønder olie og rullet over 400 milliarder kroner fra olie-gas-udvindingen i den danske statskasse. Aktuelt er omkring medarbejdere ansat i oliegas-branchen, og Danmark har i mere end tyve år været selvforsynende med olie og gas som det eneste EU-land. Selvom produktionen af olie og gas toppede i 2004, er der stadig store samfundsmæssige indtægter fra olie- og gasproduktionen. Men hvordan ser fremtiden ud for den danske olie- og gasproduktion set i lyset af den lave oliepris og omstillingen til et samfund, hvor målet er CO2-neutralitet baseret på vedvarende energikilder? Aktuelt er olie-gas-branchen presset med store nedskæringer til følge. Hos brancheforeningen Olie Gas Danmark er der imidlertid ingen Martin Næsby:»Vi ser en dansk energiforsyning baseret på en blanding af vind, biomasse, sol, olie og gas.«tvivl: Olie og gas har en vigtig rolle at spille i Danmark i mange år frem trods de aktuelle udfordringer.»på den lange bane må vi forvente, at efterspørgslen på olie og gas vil fortsætte og måske endda vokse. Verdens befolkningstal stiger, og velstanden og behovet for energi stiger i mange tidligere fattige lande. Prognosen fra det internationale energiagentur siger, at i 2040 vil andelen af vedvarende energi stadig kun være på omkring otte procent. Så der vil stadig til den tid være et stort energibehov, som skal dækkes fra fossile brændsler. Spørgsmålet er, om Danmark stadig er en olie- og gasproducerende nation til den tid. Men med de rette forudsætninger er der ikke noget til hinder for, at der stadig er olie- og gasproduktion i Danmark om 50 år,«siger Martin Næsby, adm. direktør for brancheforeningen Olie Gas Danmark. NY NATIONAL STRATEGI Selvom branchen er ramt hårdt på indtjeningen i øjeblikket, mange nye olie-gas-projekter sættes på standby, og der kører store fyringsrunder, mener Martin Næsby, at man må kigge på den lange bane for at vurdere potentialet for branchen. ENERGI FRA HAVET 10

11 »Der er flere faktorer, som er med til at bestemme, om det kan betale sig at hente olie og gas op fra Nordsøen: Udvindingsteknologien, tilstrækkelige data om undergrunden, olieprisen, de aktuelle produktionsomkostninger og de øvrige politiskøkonomiske rammevilkår,«siger Martin Næsby. Han mener, at der stadig kan være uopdagede olie- og gasressourcer i den danske del af Nordsøen, ligesom man i Norge i 2010 opdagede det meget store Johan Sverdrup-felt.»Der ligger nok ikke kæmpestore uopdagede reservoirer i den danske del af Nordsøen, men der kan godt ligge reservoirer, som er store nok til, at det kan betale sig at udvinde dem med ny teknologi, en højere oliepris og de rette rammevilkår,«siger Martin Næsby. Olie Gas Danmark har de seneste år deltaget i et samarbejde med regeringen om at formulere en langsigtet strategi for Nordsøen. Nu afventer man offentliggørelsen af udspillet til, hvordan man kan sikre en optimeret indvinding af olie og gas fra Nordsøen fremover. Før denne strategi er offentliggjort, ønsker Olie Gas Danmark ikke at uddybe deres egne ønsker til de fremtidige vilkår ud over at det skal være attraktivt at investere i både fortsat produktion og nye olie- og gasboringer. UÆNDRET FORBRUG NÆSTE TI ÅR Men i Olie Gas Danmarks fremtidige vision skal den danske energiforsyning bestå af et energimiks:»vi ser en dansk energiforsyning baseret på en blanding af vind, biomasse, sol, olie og gas. I kraft af mere energieffektive teknologier vil man kunne udnytte de fossile brændsler endnu bedre. Dette kan for eksempel ske ved, at bilerne kommer til at køre meget længere på literen, og vi får isoleret vores bygninger og boliger endnu bedre. Der er 2,4 millioner personbiler i Danmark, og kun et fåtal af dem er el-drevne. Vindmøller dækker i dag 40 procent af vores strømproduktion. Der bliver med andre ord stadig brug for olie og gas mange år frem, og vi er klar til at levere vores samfundsmæssige bidrag,«siger Martin Næsby, som også peger på, at Energistyrelsen i sin seneste prognose forventer et stort set uændret dansk forbrug af olie og gas de næste ti år. Ifølge Martin Næsby kommer den danske olie- og gasproduktion næppe tilbage på det niveau, der var for ti år siden, da produktionen toppede, men mindre kan også gøre det, mener Olie Gas Danmark. På sigt forventer oliebranchen stigende oliepriser, og det kan vende udviklingen.»lige nu igangsættes ingen nye udvindingsprojekter på grund af den lave oliepris. Men vi forventer, at olieprisen stiger til et niveau, hvor disse investeringer bliver rentable igen. Den aktuelle krise betyder, at branchen desværre må sige farvel til mange dygtige folk, heriblandt maskinmestre, og det er selvfølgelig uheldigt, når der igen bliver brug for flere medarbejdere,«siger Martin Næsby. Han peger på, at olie og gas har været en meget væsentlig faktor i at få mange lande ud af fattigdom, fordi de fossile brændsler har gjort det muligt for disse lande at eksportere deres varer til den rige del af verden.»der er foreløbig ikke nogle seriøse afløsere for olie og gas, når det gælder transportsektoren hverken til lands, til søs eller i luften. Danmark har et valg: Ønsker vi fortsat at være en olienation? England har gennemført en række incitamentsordninger for at fastholde sin olie-gas-industri, fordi den bidrager med mange arbejdspladser og regional udvikling. De tænker på den lange bane, og Danmark kan gøre det samme,«siger Martin Næsby. ENERGI FRA HAVET 11

12 ENERGI FRA HAVET 12

13 BAGGRUND OG PERSPEKTIV OLIE- OG GASUDVINDING I NORDSØEN Nordsøen med sine kolde vintre, kraftige vindstød og 30 meter høje bølger har været et af de mest udfordrende områder for olieindvinding. Olie og naturgas er dannet af fossiler af organiske mikroorganismer, der i millioner år har ligget i undergrunden. Under de rette tryk- og temperaturforhold omdannes disse fossiler til hydrocarboner råolie på grund af fossilernes indhold af kulstof. Siden midten af 1800-tallet har man udvundet olie fra undergrunden på land, efter man fandt effektive metoder til at forfine råolien, men først i moderne tid har man udviklet metoder til at bore efter olie og naturgas under havbunden offshore olie- og gasproduktion. ENERGI FRA HAVET 13

14 Den danske nordsøolie Danmark har over 40 års erfaring med udnyttelse af olie- og gasforekomster i Nordsøen, men først i 1980 erne og 1990 erne tog produktionen til. Siden den kommercielle olieproduktion blev sat i gang i 1972 har en række olieselskaber etableret aktiviteter i Nordsøen på baggrund af tildelte licenser som administreres af Energistyrelsen. Ti selskaber har andel i de producerende felter, men kun fire selskaber står som ansvarlige operatører i den danske del af Nordsøen: Maersk Oil (Tidligere Mærsk Olie og Gas) DONG Energy Hess Danmark Wintershall Ved sit højdepunkt i 2004 var den samlede produktion af nordsøolie næsten kubikmeter om dagen, mens produktionen af naturgas toppede i 2000 med næsten 31 millioner normalkubikmeter om dagen. Den danske produktion udgør cirka 0,5 procent af verdensmarkedet, og da danske virksomheder besidder væsentlig knowhow inden for udnyttelse af marginale og vanskeligt tilgængelige felter, har mange virksomheder mulighed for at skabe aktiviteter i udlandet. 50 år siden første danske oliefund i Nordsøen I 1966 gør Dansk Undergrunds Consortium det første store fund af olie i den danske del af Nordsøen. Den første kommercielle olieproduktion begynder på Dan-feltet i Siden 1972 har den danske olieog gasproduktion i Nordsøen indbragt statskassen over 400 milliarder kroner. Cirka medarbejdere er ansat i oliegasindustrien. Hertil kommer flere tusinde arbejdspladser hos branchens underleverandører. Danmark har været selvforsynende med olie og gas siden midten af 1990 erne. Produktionen af olie og gas fra Nordsøen toppede i Transport af olie og gas På verdensplan udgør transport af olie og naturgas det største selvstændige forretningsområde, og for at opnå tilstrækkelig volumen, foregår transporten med skib. 1,7-1,8 milliarder tons olie transporteres årligt svarende til procent af den totale maritime handel på verdensplan. De vigtigste transportruter af gas og råolie med skib fra Mellemøsten til Europa og USA er via Kap det Gode Håb i Sydafrika eller Suez-kanalen. Olie og gas til Asien transporteres ofte via Malacca-strædet mellem Sumatra og Malaysia. I en ikke så fjern fremtid forventes en rute nord om Rusland ved Arktis. ENERGI FRA HAVET 14

15 Oliereserverne i Nordsøen Nordsøen indeholder størstedelen af Europas oliereserver og er en af de største ikke-opec-producerende regioner i verden. Fem lande opererer med olie- og gasproduktionen i Nordsøen på baggrund af bevilgede licenser tildelt af de enkelte landes myndigheder. De største reserver tilhører Storbritannien, Norge og Danmark, mens der er mindre produktioner i Tyskland og Holland. Nordsøens største olieproducerende felt er norsk, Troll-feltet, og hele den norske produktion er omtrent otte gange større end den danske. Oversigtskort over landefordeling i Nordsøen. Kilde: Energistyrelsen. Upstream og downstream Upstream er alle processerne i olieog gasindvindingen fra de forberedende, geologiske undersøgelser og prøveboringer til selve produktionen på havet samt transporten af olie og gassen til land. Downstream er alle processerne fra raffinering af olie og naturgas til lagring, fragt og forsyningsledninger ud til forbrugerne samt markedsføring af produkterne. Offshoreindustriens aktører er primært beskæftiget inden for upstream. ENERGI FRA HAVET 15

16 Naturgas Hvis mængden af lette kulbrintemolekyler er tilstrækkeligt høj, bliver råolien til en gasart naturgas. Ud over kulbrintemolekyler kan naturgassen bestå af gasarterne methan, ethan og propan. Naturgas fra Nordsøen består primært af methan og er den reneste form for gas og anvendes i både private boliger og i industrien. Mængden af naturgas opgives i Nm3, hvor N står for Normal det vil sige, at mængden er angivet ved normale forhold ved 0 C og én atmosfæres tryk. Produktions- og distributionsvirksomheder måler naturgas i McF tusind kubikfod, MMcf millioner kubikfod eller TcF trillions cubic feet (på dansk: milliarder kubikfod). Ligesom råolie måles naturgas efter energiindhold, BOE, så det er muligt at sammenligne energiindhold i olie og gas. En tønde råolie svarer til cirka 6 McF naturgas. Råolie Råolien kan have forskellig sammensætning alt efter indholdet af hydrogenrige kulbrintemolekyler. Let råolie indeholder lette kulbrintemolekyler og udmærker sig ved at flyde let gennem boringer og rørledninger det vil sige, at let råolie har høj viskositet. Let råolie anvendes primært til brændstoffer som benzin, diesel og flybrændstof. Tung råolie indeholder tungere kulbrintemolekyler, er mere tyktflydende og derfor sværere at pumpe op af undergrunden og i rørledninger, altså lav viskositet. Tung råolie anvendes primært til fyringsolie og i mindre omfang til brændstof. Mængden af udvundet råolie opgives i tønder, mens oliens energiindhold beregnes i BOE Barrels of Oil Equivalent. Dette angiver mængden af energi i en tønde olie. ENERGI FRA HAVET 16

17 Reservoirer Et reservoir består af sand, råolie, gas og vand, som separeres naturligt af tryk- og tyngdekraften, så gassen typisk ligger øverst og herunder råolie og vand. For at et reservoir kan dannes, skal der være et øvre lag af ikke-porøse strukturer som granit eller ler, som forhindrer lette hydrocarboner i at fordampe eller trænge op mod overfladen. Nogle steder er lette hydracarboner fordampet fra reservoiret gennem sprækker i undergrunden, så der i reservoiret kun er tunge hydrocarboner, som kan udvindes til tjære eller tung råolie. Et olie- eller gasreservoir er komplekst, og billedet af en sø af råolie eller naturgas lige til at suge op fra undergrunden er langt fra virkeligheden særligt når det gælder reservoirer i Nordsøen. Olien eller naturgassen er ofte indkapslet i kalk- eller sandstenslag eller andre typer porøse strukturer. Samtidig kan forskydninger i jordskorpen betyde, at et reservoir med tiden bliver delt op i flere mindre, hvilket vanskeliggør udnyttelsen. Tværsnit af tre forskellige reservoirtyper. Vandrette boringer Et reservoir kan bestå af vandrette lag af råolie, som strækker sig kilometervis gennem undergrunden, men som kun er få meter tykt. Disse reservoirer udnyttes optimalt ved hjælp af vandrette boringer, der eksempelvis er det danske olieselskab Maersk Oils adelsmærke. Maersk Oil er indehaver af rekorden for verdens længste vandrette boring, idet selskabet i 2008 borede en vandret boring på fod ved Al Shaheen-feltet ud for Qatar svarende til 10,9 kilometer. ENERGI FRA HAVET 17

18 FORBEREDELSER DRILLING OPERATIONS Den største investering for olieselskaberne ved etablering af nye olie- og gasfelter er prøveboringer og etablering af brønde. Rigtyper Ved prøveboringerne består boreriggen af følgende moduler: Derrick Rig floor Drawworks Top drive Mud handling Borerørene bores ned i undergrunden, og for hver 30 meter rør monteres et nyt rør i forlængelse, så der skabes en sammenhængende rørledning, hvor selve borehovedet er placeret for enden. Boreslam, der kommer op af brønden, analyseres og vurderes løbende for at kontrollere, hvilke strukturer man bevæger sig igennem. Efterhånden som borerøret bliver længere, bliver det også tungere, og boreriggen skal kunne håndtere borerør på op til 500 ton. Det er afgørende for denne del af processen, at borerøret ikke overbelastes, så det knækker og dele af borerøret må efterlades i undergrunden. ENERGI FRA HAVET 18

19 Etablering af et nyt olie- eller gasfelt og produktion af olie og naturgas fra reservoirer under havbunden er en kompliceret og investeringstung operation, der primært varetages af større multinationale olieselskaber med mulighed for at investere betydelige milliardbeløb i udvikling af nye felter. Alene i den danske del af Nordsøen investeres ifølge Energistyrelsens opgørelse årligt omkring én milliard kroner i efterforskning i nye felter og 4-7 milliarder kroner i feltudbygning. Olie- og gasreservoirer i undergrunden lokaliseres gennem 3D-visualisering og seismiske undersøgelser, som kan anvendes til at genkende formationer i undergrunden, hvor der typisk er oplagret hydrocarboner. Er de seismiske undersøgelser positive, placeres rigge til de første efterforskningsboringer. I Danmark er boreriggen typisk af jack-up-typen en sejlende enhed, hvis stålgitterben placeres på havbunden på relativt beskedne vanddybder mellem 35 og 70 meter. Ved hjælp af kraftige donkrafte løftes eller sænkes arbejdsområdet op og ned ad gitterbenene alt efter vanddybden. Udnyttelsesgrad De bedst udnyttede felter i verden ligger på en udnyttelsesgrad på 70 procent af den totale estimerede mængde råolie, mens den gennemsnitlige udnyttelsesgrad globalt er omkring 40 procent. For nogle mere vanskeligt tilgængelige felter i Nordsøen er udnyttelsesgraden blot 25 procent. Når et reservoir udvindes, vil det naturlige tryk i undergrunden hjælpe råolien op gennem boringerne, og råolien vil af sig selv flyde op mod overfladen, når der er boret en brønd ned til reservoiret. Efterhånden som trykket aftager i takt med at reservoiret tømmes, kan det være nødvendigt at stimulere brøndene ved at pumpe eksempelvis vand, damp, CO2 eller gas ned i den ene ende af reservoiret for at skabe tryk til at få råolien op i den anden ende. Denne fremgangsmåde kræver, at der etableres særlige injektionsbrønde i et nøje fastlagt mønster. Dette sker oftest, hvis olien er meget tyktflydende og vanskelig at få op af undergrunden. Denne teknik har de seneste årtier øget udnyttelsesgraden betragteligt i Nordsøen. Andre metoder, som benyttes til at øge udnyttelsesgraden, kaldes Enhanced Oil Recovery. Udtrykket omfatter forskellige teknikker fra anvendelse af additiver til at gøre olien mere flydende til anvendelse af små keramiske kugler til at pumpe ned i porøse strukturer for at undgå, at borehullet mudrer til. ENERGI FRA HAVET 19

20 Brøndtyper Wildcat-boring en prøveboring i områder, hvor man ved meget lidt om undergrunden. Undersøgelsesboring når boringen er foretaget udelukkende med henblik på at indsamle information om jordstrukturer og lignende. Prøveboring en egentlig prøveboring på baggrund af dokumenterede forventninger om fund. Produktionsboring boring med henblik på senere produktion. ENERGI FRA HAVET 20

21 Etablering af brønd Er prøveboringerne vellykkede, etableres det ønskede antal brønde. Der er tre typer konventionelle brøndtyper med den traditionelle oliebrønd med naturgas som et biprodukt som den mest anvendte. Dernæst er den specifikke naturgasbrønd med ingen eller meget lidt olie som biprodukt. Tredje brøndtype er kondenserede eller flydende kondenserede gasser, som udskilles fra den egentlige naturgas. Da naturgas er lettere end luft, vil gassen søge mod overfladen, og der er derfor forskel på brøndenes konstruktion og de tilhørende anlæg. Ved traditionelle oliebrønde er det nødvendigt med anlæg til at løfte råolien op af brøndene, mens brønde til naturgas eller kondenserede gasser ikke har behov for samme udstyr. Borehullerne fores ved hjælp af såkaldt casing, som borerøret kan løbe i. På ydersiden af denne casing benyttes cement for at stabilisere brønden. På havbunden etableres et såkaldt juletræ, som består af ventiler og rør til styring af tryk og flow fra undergrunden. Herefter er brønden klar til produktion, og boreriggen erstattes af en permanent produktionsplatform med anlæg til behandling af råolien, inden den kan sendes til raffinering på land. Brønden bores under betragtelige trykpåvirkninger fra undergrunden, og for at undgå ukontrollerbare eller eksplosionsagtige udslip de såkaldte blowouts installeres som det første flere uafhængige sikkerhedssystemer på havbunden. En såkaldt blowout preventer lukker af for brønden i tilfælde af overtryk og forhindrer både eksplosion og forurening. Illustration af princippet for konstruktionen af en brønd. ENERGI FRA HAVET 21

22 De første årtier var naturgassen et restprodukt af udvindingen af råolien, og gassen blev brændt af ude på Nordsøen. I løbet af 1980 erne besluttede man dog at udnytte gassen, og naturgas fra Nordsøen udgør i dag en væsentlig del af den danske energiforsyning. Offshore Structures inddeles i fem kategorier: Olie- og gasefterforskningsboringer Produktion Beboelse Gangbroer og overgange Lastnings- og losningsfaciliteter ENERGI FRA HAVET 22

23 KONSTRUKTIONER OFFSHORE STRUCTURES Offshoreanlæg, borerigge og produktionsplatforme er nogle af de største flytbare konstruktioner i verden. Offshore Structures er en fælles betegnelse for platforme, rigge, rør og andre installationer og udstyr til efterforskning og indvinding af olie og naturgas på havet. Alt efter behov anvendes platforme med ben i stål eller beton på lavere havdybder, mens der anvendes flydende anlæg eller fartøjer ved større havdybder. Desuden kan man anvende mobile borerigge ved de første prøveboringer, typisk i stål og med stålgitterben. FLYDENDE PRODUKTIONSENHEDER Ved store havdybder anvendes flydende produktionsenheder, som minder mere om et traditionelt skib end en offshoreinstallation. Der findes to forskellige typer: FSO står for Floating Storage & Offloading systems og er et fartøj udstyret med anlæg til forarbejdning af råolie. Det ligger fortøjet ved den ønskede position i en kortere eller længere tidsrum. FPSO står for Floating Production, Storage og Offloading system og kan varetage hele processen med at hente råolien op, separere den og efterbehandle den, inden olien lagres i skibets tanke eller i tanke på havbunden forbundet til skibet med fleksible rørledninger. ENERGI FRA HAVET 23

24 SUBSEA-INSTALLATIONER Det ses stadig oftere, at tankanlæg, rørledninger og andre offshoreanlæg etableres på havbunden de såkaldte subsea-installationer. Dermed undgås store konstruktioner til at bære anlæg over vandet. I den danske del af Nordsøen er der tre subsea-produktionsanlæg, og heraf var den første ved Regnar-feltet fra Regnar er et af de såkaldt marginale oliefelter med en forventet produktion på i alt kubikmeter olie. Den begrænsede mængde råolie gør det urentabelt at installere en traditionel produktionsplatform. Eksempler på subsea-installationer i Nordsøen. Illustration: Offshoreenergy.dk. ENERGI FRA HAVET 24

25 TYPER AF PLATFORME Udviklingen af offshore olie- og gasfelter har siden 1970 erne spillet en væsentlig rolle i den samlede olieproduktion på verdensplan. Udformningen af offshoreanlæg til olie- og gasudvinding har udviklet sig efter nationale og internationale standarder og forskrifter, der sikrer, at alle platforme er designet til at modstå bølge- og vindbelastning og leve op til et højt sikkerhedsniveau. Overordnet skelner man mellem den bærende konstruktion jacket og selve platformen top side. Der arbejdes i den globale offshoreindustri med følgende typer konstruktioner: Jacket-platform Den traditionelle danske platform, som er båret oppe af 4-8 ben forbundet med rørformede afstivninger. Jacket-platformen er fastgjort ved at hamre den nederste del af konstruktionens ben dybt ned i havbunden. Monotower- eller STAR-platform Monotower-platforme kaldes også for STAR-platforme og er udviklet til at skabe en fleksibel, ubemandet produktion i nærheden af en større moderplatform. STAR står for Slim Tripod Adapted for Rigs, og dette er en platform, hvor toppen er placeret på en enkelt pæl. Denne platformstype er meget udbredt i den danske del af Nordsøen. Nederste del af en STAR-platform består af en tripod en trebenet konstruktion, hvor hvert af de tre ben fastgøres til havbunden. Gennem et enkelt og fleksibelt design kan STAR-platforme nemt tilpasses til anden anvendelse, eksempelvis om beboelsesplatform. Kombinationen af vandrette boringer og monotower-platforme har reduceret udviklingsomkostningerne betydeligt i den danske olie-og gassektor. Compliant Towers Compliant Towers er smalle, fleksible tårne, som kan understøtte en større konstruktion og som er designet til aflaste den øvrige konstruktion. Compliant Towers anvendes typisk ved vanddybder på 120 til 500 meter og kan modstå selv massive påvirkninger fra bølger og påsejling af konstruktionen. Semi-submersible platform Disse platforme er kendetegnet ved at have ben, som giver opdrift og holder platformen stabil. Det gør det muligt at flytte platformen fra sted til sted, og ved at ændre ballasten i benene kan man indrette platformen efter lokale vanddybder. Semisubmersible platforme fastholdes ved hjælp af ankre eller ved hjælp af hjælpemotorer på platformen, som fastholdes på en bestemt position ved hjælp af GPS-navigation. Semisubmersible platforme anvendes ved havdybder fra 180 til meter. Bemærk forskellen mellem en rig og en platform. Der bores ikke fra en platform, og den korrekte betegnelse for et offshoreanlæg er enten en borerig eller en produktionsplatform. Tension-leg Platform TLP Disse platforme består af flydende rigge fortøjet til havbunden ved hjælp af ankre, som eliminerer alle lodrette bevægelser. TLP er anvendes ved vanddybder på op til meter. Den konventionelle TLP er en firbenet konstruktion, som minder om en semi-submersible. Mindre TLP er kan anvendes som støtte til større enheder eller som satellitenhed i nærheden af større anlæg. SPAR-platform Ligesom en TLP er en SPAR-platform fortøjet til havbunden, men i modsætning til en TLP kan en SPAR bevæge sig lodret efter bølgerne. Midtersektionen på en SPAR-platform er sammensat af gitterværk, der forbinder det øvre flydende skrog kaldet hard tank med en lavere beholder, der fungerer som ballast. HOTELSKIBE Ved midlertidige opgaver offshore kan man med fordel have mandskab indkvarteret på særlige hotelskibe tæt på anlægget. Det er typisk særligt chartrede skibe indrettet med kahytter, kantine og fælles aktiviteter og med maskinkapacitet til at manøvre præcist. ENERGI FRA HAVET 25

26 SEPARATORER De fleste brønde indeholder både råolie, naturgas samt andre gasarter og vand, og denne blanding skal uanset beskaffenhed behandles på platformen, når den er hentet op fra undergrunden. Sand, vand og gasser separeres i særlige separationstanke, hvor tyngdekraften sikrer, at sand og urenheder lægger sig på bunden af tankene, mens olie og gas flyder ovenpå. Separatoren kan være enten tofaset, hvor vand separeres fra gassen, eller trefaset, hvor også olien separeres fra vandet. Ved indgangen til separatoren sidder en slug catcher, som opfanger eventuelle gasbobler, klumper eller andre typer uregelmæssigheder, såkaldt slug. En separator på en produktionsplatform i Nordsøen består typisk af følgende komponenter: Et modul, der sørger for den foreløbige adskillelse af olie, vand og gas blandt andet ved bundfældning. Udtag til gas, vand og olie. En bufferfunktion, som kan udjævne trykforskelle som følge af slugs. Instrumenter til overvågning af tryk og højdeniveauet i separationstanken. En ventil på gasudgangen for at opretholde et konstant tryk i beholderen. Trykaflastningsanordninger. Der anvendes flere forskellige typer separatorer i offshoreindustrien: Scrubber en særlig type separator udviklet til at behandle stort flow af gas og vand. Knockout en særlig effektiv separator til fjernelse af vandige rester i olie og gas. Ud over separatorer baseret på tyngdekraften anvendes separatorer baseret på centrifugalkraft, hvor råolien slynges i hydrocykloner, der består af et langt rør, hvor de tungeste bestanddele forbliver nederst i røret, mens gassen vil stige til vejrs. ENERGI FRA HAVET 26

27 PRODUKTION PROCES Indvinding af råolie og naturgas består af en række processer, som kobles sammen og danner en produktionslinje. Hjertet i indvindingen er processen med at hente råolien eller gassen op fra undergrunden, rense den for sand og vand samt separere gas og olie for til sidst at skabe et tryksystem kraftigt nok til, at olien og gassen kan sendes via rørsystemer mod land eller lastes på tankskibe for endelig raffinering. En del af processen omhandler rensning af vand og affaldsstoffer fra produktionen. Produktionsstop er sjældne og finder kun sted ved nødvendigt vedligehold eller af sikkerhedsmæssige årsager. Processerne foregår 24 timer i døgnet under konstant overvågning, styring og optimering. ENERGI FRA HAVET 27

28 PUMPER Når vandet fra boringerne er skilt fra, separeres råolien og naturgassen og pumpes ad to forskellige veje rundt på platformen for videre bearbejdning. Pumperne kræver kraftig energiforsyning fra elektriske generatorer på platformen. Der arbejdes primært med tre typer pumper offshore: Fortrængningspumper Centrifugalpumper Jetdysepumper Uanset pumpernes kvalitet har de begrænset funktionsperiode, og der er derfor flere parallelle proceslinjer, så en linje kan lukkes ned for vedligehold, mens der produceres på en anden proceslinje. Omkostninger og pumpens effektivitet skal vurderes i forhold til hinanden, så det ved nogle processer er mere fordelagtigt at vælge en billig pumpe og udskifte den hyppigere end at anvende en dyrere pumpe. Som hovedregel, vil centrifugalpumper placeret mindre end fire meter over væskeniveau, ikke opleve kavitation. Følgende retningslinjer bør desuden benyttes for at forhindre kavitation: Undgå unødvendige ventiler og bøjninger i rørledningen. Undgå lange rørledninger. Diameteren på røret til pumpen bør være den samme som pumpens indløb. Ved bøjninger anvendes blød bøjning over længere afstand. Forøg størrelsen af ventiler og rør for at undgå luftindtag. Det tryk der kræves for, at en given pumpe kan fungere optimalt, kaldes net positive suction head (NPSH) og er defineret af leverandøren. ENERGI FRA HAVET 28

29 KOMPRESSORER Kompressorer anvendes på offshoreanlæg til flere formål: At skabe tryk nok til, at gassen kan sendes via rørledninger til land. At skabe tryk nok til at bruge gas som injektionsmiddel i brøndene. Som drivmiddel for andre installationer. Valget af en passende kompressor til en given opgave afhænger af de ønskede driftsparametre. Eksempelvis er det ønskede tryk ved transport af gas i rørledninger på omkring 30 til 100 bar, mens reinjektion af gas i reservoiret typisk kræver højere tryk på omkring 200 bar og opefter. Af den grund er kompressorer opdelt efter kapacitet, og kompressorer til højtryksopgaver har normalt en køleenhed for at undgå overophedning. Fortrængningskompressorer er en type, som fungerer ligesom en almindelig cykelpumpe og skaber øget tryk i et lukket system. Der er to typer fortrængningskompressorer: Roterende kompressorer, som bortleder overtryk. Denne type kompressorer har kølingssystem. Udvekslingskompressorer, som udveksler tryk og som oftest er forbundet med en enhed, der nedkøler gassen. En anden type kompressorer er de såkaldte dynamiske kompressorer, som overfører energi fra kompressoren til procesgassen. Der er ingen ventiler, og der skabes ikke inddæmmet tryk som i en fortrængningskompressor. Dynamiske kompressorer omfatter: Centrifugalkompressorer Axial-Flow-kompressorer Centrifugalkompressorer er flertrinsenheder indeholdende en række pumpehjul på en aksel, der roterer ved høje hastigheder i en massiv kappe. Kanaler inde i kompressoren fører fra et udløb fra en enhed til indløbet af den næste. Axial-Flowkompressorer anvendes særligt ved større mængder gas end centrifugalkompressorer op til kubikmeter i timen men ved lavere tryk. ENERGI FRA HAVET 29

30 VARMEVEKSLERE Af sikkerhedshensyn, eller for at opnå ønskede parametre på råolien som eksempelvis en ønsket temperatur, køles eller opvarmes olien eller gassen ved hjælp af varmevekslere. Blandt andet er det nødvendigt med en fastlagt temperatur på råolien af hensyn til viskositeten. Efter at have været igennem kompressorerne skal råolien nedkøles for at opnå den rette viskositet. Varmevekslere består af et antal plader, hvor råolien under tryk sammen med et middel til nedkøling passerer lameller eller plader. Oftest anvendes der vand tilsat antikorrosionsmiddel til køling. En pladevarmeveksler består af et antal tynde plader, som er placeret oven på hinanden med små mellemrum. Pladernes areal overfører varme eller køling til det materiale, der strømmer igennem varmeveksleren. Regenerativ varmeveksler Varmeveksler, som anvender varmen fra en proces til at opvarme den råolie, der strømmer gennem varmeveksleren. Varmeveksler med adiabatisk hjul Varmeveksler, som bruger en mellemliggende væske eller et fast stof til at optage varmen. Dette gælder eksempelvis adiabatiske hjul, som består af et stort hjul med fine tråde, som ved at rotere passerer gennem de varme eller kolde væsker. Samtidig passerer gassen gennem en væske som regel vand. Denne type anvendes til kølegas, mens det samtidig er muligt at fjerne visse urenheder. Dynamisk varmeveksler Dynamiske varmevekslere anvendes primært til opvarmning eller afkøling af råolie med høj viskositet, i krystallisationsprocesser samt ved fordampning. VENTILER For at kunne regulere processerne på et offshoreanlæg er der installeret et stort antal ventiler til regulering af enten flow eller tryk. Ventilerne giver mulighed for at reducere eller helt stoppe en proces, og de kan regulere flowhastighed, omdirigere processer, forhindre tilbageløb og ikke mindst aflaste tryk. Manuelle ventiler Nåleventiler anvendes typisk ved lavt flow og ultrahøje tryk. Kugleventiler anvendes typisk ved højt flow og lavt tryk. Spadeventiler ved hjælp af et drejehjul eller håndtag sænkes en plade for at lukke for et flow. Manuelle ventiler kan være forsynet med en såkaldt aktuator, der overtager den manuelle funktion. Hermed gøres en manuel ventil fjernbetjent og styres af enten væsketryk, pneumatik eller elektrisk via offshoreanlæggets computersystem. Automatiske ventiler Automatiske ventiler aktiveres ved eksempelvis trykfald, trykstigning eller andre parametre, som er defineret på forhånd. Automatiske ventiler styres som regel fra SCADAsystemet, der er offshoreanlæggets computerstyrede kontrolenhed. KONTROL- OG SIKKERHEDSSYSTEMER Et computerstyret nødstopsikkerhedssystem (ESD Emergency Shut Down) er det vigtigste element i sikkerhedssystemet, og er nødvendigt som et led i enhver proces på et offshoreanlæg. Overvågningen foregår oftest ved måling af den aktuelle temperatur eller det ønskede flow eller tryk, sammenligne værdierne og regulere, til den ønskede værdi er opnået. Supervisory Control and Data Acquisition, eller SCADA, er et computerstyret styresystem. Det kan styre og overvåge alle processer på et offshoreanlæg og består oftest af to undersystemer: Process Control System, (PCS). Det er hovedcomputeren, som indsamler oplysninger fra alle processer via måleinstrumenter og reagerer på alle data, som ikke stemmer overens med prædefinerede værdier. Data til PCS en sendes via Remote Terminal Units Enheder (RTU er), fjernterminaler som sørger for at overføre data mellem måleinstrumenter, ventiler og PSC en. En RTU har en række kontrolfunktioner og kan udløse alarmer, hvis der opstår unormale tilstande. Data Acquisition System, (DAS). Modtager data fra PCS en, som analyseres. Ved bestemte afvigelser fra de ønskede værdier videregives data til kontrolrummet på offshoreanlægget. ENERGI FRA HAVET 30

31 HSEQ HSEQ-området kan defineres som følgende syv indsatsområder: at forebygge større uheld med katastrofale konsekvenser, at undgå dødsfald og ulykker, at sikre en trinvis ændring forbedring af sikkerheds- og sundhedsniveauet, at understøtte industriens mål om at være verdens sikreste arbejdsplads, at sikre en optimal arbejdspladsinvolvering, at opretholde et effektivt regelsæt. Arbejdstilsynet fører sikkerheds- og sundhedsmæssigt tilsyn med arbejdet, der udføres på offshoreanlæg i medfør af offshoresikkerhedsloven og undergrundsloven. ENERGI FRA HAVET 31

32 RØR OG TRANSMISSION Den mest effektive metode til at transportere råolie og naturgas fra produktionsplatformene videre til undersøiske tanke eller til raffinering på land, er et veludviklet system af rørledninger. Udover selve rørene består rørledningerne af fittings, ventiler og trykskabende instrumenter. Fleksible rør Udover den oplagte fordel ved at have rør, der kan bøjes, anvendes fleksible rør ved meget svingende temperaturer. En væsentlig fordel ved anvendelse af fleksible rør er deres evne til at fungere under ekstreme dynamiske forhold og deres gode isolerende og kemiske egenskaber i sammenligning med stive stålrør. Fleksible rør fremstilles i lange, kontinuerlige længder og kan derfor installeres uden forbindende fittings eller led, hvilket minimerer risikoen for lækage. I Nordsøen er der installeret kontinuerlige fleksible rør på op til 8,5 kilometers længde. Faste rør Stive eller faste rør udføres ofte i stål og svejses sammen, men fremstilles også i eksempelvis beton, aluminium eller kompositmateriale som kul- og glasfiber, der ofte har samme styrke som stål. Stive rør kan med fordel anvendes ved særligt store påvirkninger og tryk. Installation Den vigtigste proces ved installationen er sammenføjning af de individuelle rørsamlinger i en kontinuerlig rørstreng, eksempelvis ved svejsning. Det kan ske samtidig med installationen på havbunden ved rørnedlægningsskibet, eller det kan udføres på land i forud for installationen. For at klargøre rørsystemet for udvidelser eller sammenbygning med andre rørsystemer kan det være nødvendigt at udføre offshore tie-ins til andre rørstrenge eller til stigrør. Dette arbejde kan udføres på havbunden eller over vandet. I Nordsøen er de fleste mindre rørledninger spulet ned i havbunden eller begravet ved hjælp af undervandsfartøjer. Mindre rørledninger ligger typisk 1,5 meter under havbunden, mens større rør sædvanligvis efterlades på havbunden, hvis de er så store, at de kan modstå skader fra fiskenet og ankre. Under alle omstændigheder overvåges og kontrolles rørsystemerne i Nordsøen løbende for at forhindre skader og udslip. Rørledninger tæt på offshoreinstallationer eller med hyppig skibstrafik er normalt beskyttet af betonfundamenter, stensætninger eller andre konstruktioner i stål, beton eller kompositter. Rørledningerne er desuden koblet til såkaldte spools, Z-formede konstruktioner, som skal absorbere termisk ekspansion fra rørledningen. Illustration af typisk fleksibelt rør til offshoreindustrien. ENERGI FRA HAVET 32

33 RAFFINERING Råolien fra Nordsøen er ikke umiddelbart anvendelig, og den transporteres derfor via rørledninger eller med tankskib til behandling på raffinaderiet i Fredericia for at blive raffineret. Dette sker i en destilleringsproces, hvor råolien opvarmes. Herefter vil gasarter bliver skilt fra, og råolien vil lagdele sig i petroleum, benzin, fyringsolie og asfalt. Illustrationen af princippet ved raffinering af råolie. ENERGI FRA HAVET 33

34 OFFSHOREKLYNGER SKABER INNOVATION OG VÆRDI Innovationsnetværk og vidensamarbejde i offshorebranchen skal skabe nye løsninger og samtidig reducere omkostningerne. Offshoreenergy.dks direktør Glenda Napier går målrettet efter at styrke klyngesamarbejdet i branchen. Fremtiden for offshorebranchen er innovation og klyngebaseret teknologiudvikling. For at sikre konkurrenceevnen for olie/gas-sektoren som for vind og renewables, skal klyngesamarbejdet styrkes, og denne opgave har direktør for Offshoreenergy.dk Glenda Napier. Med sin baggrund som analyseansvarlig i blandt andre Erhvervsstyrelsen og flere klyngevirksomheder kommer Glenda Napier med indgående indsigt i, hvordan klyngesamarbejde skaber værdi.»en stærk klynge er det sted, hvor virksomheder får løst nogle udfordringer og dermed bliver mere konkurrencedygtige, end de ville blive, hvis de gjorde det alene,«siger Glenda Napier. Offshoreenergy.dk er klyngeorganisation og innovationsnetværk for hele offshoresektoren. Som Glenda Napier peger på, er der en del vilkår til fælles for virksomheder, som alle skal ud på havet for at operere.»cirka halvdelen af vores medlemmer har et ben i hver lejr, og der er faktisk en stor synergi mellem olie/ gas og vindområdet. Der er meget fælles erfaring mellem de to områder, og den erfaring skal vi skubbe på og udvikle mellem de virksomheder, der drifter og servicerer inden for både vind og olie/gas. En virksomhed som Esvagt, som oprindeligt blev stiftet på baggrund af nogle sømandskompetencer, er et godt eksempel på, at man har formået at bevæge sig over i nye markeder først til olie/gas og i dag som servicevirksomhed for vindmølleparker og produktionsplatforme,«fortæller Glenda Napier. STYRKE KONKURRENCEEVNEN Omkostningsminimering er et centralt omdrejningspunkt for at bevare og styrke den globale konkurrencekraft for både olie/gas-og vindområdet. Offshoreenergy.dk har til opgave at hjælpe branchen med at realisere ambitionerne om at sænke omkostningerne på eksempelvis at producere olie/gas og udnytte vind.»vores DNA er at italesætte offshoreklyngens store udfordringer. Det kunne for eksempel være, hvordan man øger udvindingen af olie, eller hvordan man sparer på mandskab, der skal ud på de ubemandede platforme for at servicere. Kunne man bruge droner? Her er vores fokus på innovation. Vi skal hjælpe med innovationsprojekter med vidensaktører og mellem virksomheder, de store aktører og måske nogle innovative starters,«siger Glenda Napier. PROBLEMEJERE OG PROBLEMLØSERE Det er ikke Offshoreenergy.dk, men virksomhederne selv, der skal tilvejebringe løsningerne på branchens udfordringer. Glenda Napier peger på, at mange af de større offshorevirksomheder ofte er problemejere, som har brug for at få udviklet innovative løsninger i samarbejde med små og mellemstore virksomheder.»det skal være problemejerne, der sætter udfordringerne på dagsordenen, så de andre virksomheder kan komme med løsningerne. Vi skal ENERGI FRA HAVET 34

35 Klyngesamarbejde i offshoresektoren skal skabe innovation og værdi, siger CEO for Offshoreenergy.dk Glenda Napier. ENERGI FRA HAVET 35

36 skabe det match, som gør en forskel og skaber værdi for de store virksomheder, så de får den innovationskraft, de ellers ikke ville få,«siger Glenda Napier. INNOVATION OG VÆRDISKABELSE Værdien skal komme i form af nye teknologiske løsninger, investeringer, forskning og udvikling og samarbejde mellem mange flere aktører, lyder Glenda Napiers vision.»vi skal have universiteterne meget mere i spil. Vi skal inddrage nogle corporate investors, nogle store virksomheder som investerer i den vækst, der måtte komme ud af innovationsprojekterne. Vi skal have rådgiverne i spil, og vi skal inddrage GTS-institutterne meget mere,«siger Glenda Napier med henvisning til de forsknings- og udviklingsmidler, som kan søges inden for det teknologiske område. Først og fremmest gælder det om at afklare, hvilke problemer offshorevirksomhederne har brug for at få løst.»vi arbejder for at få de store virksomheder, der ejer udfordringen, til at italesætte og dagsordensætte deres udfordringer så tidligt, at klyngens problemløsende virksomheder, de innovative virksomheder kan udvikle nogle løsninger sammen med vidensaktører, universiteter og andre,«opsummerer Glenda Napier. OMSTILLING TIL KLYNGESAMARBEJDET Der er gået 50 år, siden den første olie piblede op i efterforskningsboringerne i Nordsøen, og offshorebranchens virksomheder har fejret store fremskridt. På nogle områder kan konceptet klyngesamarbejde kræve lidt tilvænning, fortæller Glenda Napier. Hun peger på, at der er en omstilling på vej i branchen.»det er en moden branche, som har haft stor succes, og der er måske kommet en kultur om, at man klarer sig selv og ikke har været nødt til at ENERGI FRA HAVET 36

37 Glenda Napier har i 15 år arbejdet intensivt med klyngeudvikling i krydsfeltet mellem erhvervslivet, store offentlige aktører og vidensøkonomi. Napier for hele branchen, understreger hun.»olie/gas er stadig store naturressourcer, og det vil de være i rigtigt mange år. Selvfølgelig er der en global energiomstilling, men det er ikke vores opgave som klyngeorganisation at fremhæve det grønne, eller at gøre olien mere bæredygtig. Det er vores opgave at gøre vores medlemmer endnu mere innovative i det arbejde, de foretager sig. Vores ambition er at hjælpe vores medlemmer til at nå en øget konkurrencekraft, så de gør det så godt som muligt i de år, hvor der er olie, og det bliver politisk besluttet at hente olien op. Vores arbejde skal være styret af de udfordringer, som vores medlemmer sidder med. Hvis trenden går mod at gøre olien mere bæredygtig, er det også den trend, vi skal understøtte,«siger Glenda Napier. GLENDA NAPIER CEO i Offshoreenergy.dk. Mangeårig analytiker, rådgiver og leder inden for klyngeudvikling og innovationsnetværk. Baggrund: Samfundsvidenskab og offentlig forvaltning, videreuddannet i forandringsledelse. OFFSHOREENERGY.DK Offshoreenergy.dk er det danske nationale videncenter og innovationsnetværk for dansk offshore-industri, finansieret af Forsknings- og Innovationsstyrelsen. Offshoreenergy.dks opgaver er blandt andet at forbedre nationale og internationale forretningsmuligheder for virksomheder inden for offshore-sektoren, udvikle lokale, nationale og internationale netværk inden for offshore-sektoren, forbedre innovative nationale og internationale aktiviteter inden for offshore-sektoren. samarbejde med andre om innovation for at overleve. For at komme videre og udvikle sig nu, er branchen nødt til at åbne sig og se de andre virksomheder som nogle, der kan bringe noget nyt. Den ændring er på vej. Vi skal skubbe på klyngens konkurrencekraft gennem innovation, og så kan vi forhåbentlig skabe mere vækst og måske imødegå noget af det fald i beskæftigelse, som kan komme som følge af faldende oliepriser,«siger Glenda Napier. BÅDE OLIE/GAS OG VIND Som øverste ansvarlige for den samlede offshoreklynge arbejder Glenda GTS-INSTITUTTER Der findes syv GTS-institutter i Danmark herunder Force, DBI og DHI. De syv GTS-institutter har til formål at opbygge og formidle teknologiske kompetencer til dansk erhvervsliv. GTS-institutterne kan søge offentlige projektmidler, som kan bruges til forsknings- og udviklingsaktiviteter på forkant af markedets behov. Formålet er at opbygge og udvikle nye teknologiske kompetencer og serviceydelser, som forventes at få stor betydning for danske virksomheder. Med resultatkontrakterne er det muligt at få økonomisk medfinansiering til forskning og opbygning af nye teknologiske kompetencer, som skønnes at få stor betydning for dansk erhvervsliv og som ikke ville eksistere på almindelige markedsvilkår. Kilde ENERGI FRA HAVET 37

38 BAGGRUND OFFSHORE VIND Den danske vindkraftsproduktion svarer til cirka 40 procent af det danske elforbrug, og i de kommende år bliver forsyningen udbygget med flere store havmølleparker. Danmarks vindkraft er en eksportindustri, og danske virksomheder havde i 2015 en markedsandel på cirka en tredjedel af den nettilsluttede kapacitet på verdensplan uden for Kina. Når Danmark i 2050 skal være 100 procent forsynet fra vedvarende energi, vil det i praksis betyde meget mere vindkraft end i dag. Vindkraft er den vedvarende energikilde, som har størst potentiale i Danmark og kommer til at være bærende for omstillingen til vedvarende energi, lyder prognoserne fra blandt andre Energinet.dk. Når man medregner offshoreproduktionen, er vind en større energiressource i Danmark end biomasse, sol, geotermi og bølgeenergi tilsammen. Ambitionen om at nå et energiforbrug, som er 100 procent baseret på vedvarende energi, skal således i høj grad indfries med vindmøller. Fjernvarmeforsyning og vejtransport er nogle af de områder, hvor elektricificeringen har særligt stort potentiale. ENERGI FRA HAVET 38

39 På en gennemsnitlig dansk placering vil en vindmølle typisk have fuldlasttimer. Det vil sige, at en 2 MW vindmølle vil producere MWh/år. En offshorevindmølle af samme størrelse vil producere cirka MWh/år. Wind shear og ruhed Offshore-vindproduktion har højere installations- og driftsomkostninger på grund af blandt andet vejret og afstandene til møllerne. Til gengæld er vindressourcerne i gennemsnit cirka 50 procent bedre på havet. I et område med mange træer, bakker og bygninger, hvilket betegnes som høj ruhed i landskabet, vil vinden bremses. En havoverflade har betydeligt lavere ruhed end en skov. Vindhastigheden aftager desuden, når man kommer tættere på jorden, hvilket betegnes vindgradient eller wind shear. Wind shear medfører blandt andet, at vindkræfterne på den øverststillede møllevinge er betydeligt større end kræfterne på den nederststillede vinge. Lavere wind shear offshore betyder, at vindhastigheden ikke ændrer sig meget med en øget navhøjde. Dette betyder blandt andet, at havmøller kan konstrueres med lavere tårne end landmøller. Desuden er vinden til havs generelt mindre turbulent end til lands, og det betyder, at udmattelsesbelastningen er lavere. ENERGI FRA HAVET 39

40 Vindhastighed Fordelingen af vindhastigheden på et år følger tilnærmelsesvis en weibullfordeling på en dansk placering. Den viste kurve er en placering med en middelvindhastighed på 7,4 m/s, og det ses, at den hyppigste vindhastighed er 5 m/s med lidt over 11 procent af timerne i året. Derfor er det vigtigt, at møllens virkningsgrad er bedst ved denne hyppigste vindhastighed. Det ses også af kurven, at hyppigheden af vindhastigheder over m/s er meget lille. Hvis vindens hyppighed er kendt ved en fordeling som vist, kan møllens årlige ydelse udregnes ved at multiplicere fordelingen med effektkurven. Der er dog normalt store variationer i vindens energiindhold fra år til år, så målinger over et enkelt år er ikke nødvendigvis retvisende. Effektkurve Når man måler en effektkurve, samples sammenhørende værdier af vindhastighed og den afgivne effekt. Der samples typisk med et interval på cirka ét sekund. Værdierne lægges i bins, hvor hver bin har en bredde på 1 m/s. Et bin kan for eksempel være alle værdier fra 12,5 m/s til 13,5 m/s. Når der er målt igennem en længere tidsperiode, tages gennemsnitsværdien af vindhastighed og afgiven effekt i hver bin. Disse gennemsnitsværdier bliver anvendt til at tegne effektkurven. Der er ganske nøje krav til, hvordan en effektkurve skal måles. Der er krav til udstyret og til den placering, vindmøllen står på. Dette er beskrevet i standarden IEC ENERGI FRA HAVET 40

41 Beregning af produktionen Produktionen fra en vindmølle og en vindmøllepark beregnes ud fra tre ting: Vindstatistikken. Denne statistik kan være for et større område og giver en gennemsnitsfordeling af vindhastighed og vindretninger i en stor højde. Terrænet. Her ses på terrænets topografi og lokale lægivere. Dette anvendes til at bestemme vindhastighederne ved møllens navhøjde ud fra vindstatistikken. Vindmøllens effektkurve. ENERGI FRA HAVET 41

42 Effektregulering Der findes to principielt forskellige metoder til at effektregulere vindmøller: Stallregulering og pitch-regulering. Ved stallregulerede vindmøller er vingerne fastmonteret på navet. Deres vinkel i forhold til vindretningen er afstemt efter de undersøgelser, der er foretaget på siten, for bedst muligt energioptag ved den mest fremherskende vindhastighed. Hvis vindatlasset senere ændre sig, kan fabrikanten optimere produktionen ved at justere vingevinklen til de nye forhold. Vingen er udformet til at have sit maksimale optag ved den mest udbrede vindhastighed, som normalt mellem 6 og 9 m/sek. Når vindhastigheden stiger ud over de 9 m/sek, vil effekten kun stige langsomt. Ved den kritiske hastiged på ca. 20 m/sek. vil vinden skabe så meget turbulens, at energioptaget reduceres, og dermed beskytter generator gear m.v. Effektreguleringen er indbygget i vingeudformningen, så møllen har et jævnt energioptag ved lavere vindhastigheder, og begynder at stalle ved hastigheder over 20 m/sek. På pitchregulerede vindmøller regulerer man effekten ved at dreje vingen. Mellem navet og vingen er monteret et leje, og vingerne kan drejes enten ved hydrauliske cylindre eller ved elmotorer igennem en udveksling. Styring af omdrejningshastighed Flere af de tidligere mølletyper op til cirka 2,0 MW har to hastigheder, således at vindmøllen kører langsom hastighed ved svag vind og hurtig hastighed ved vindhastigheder over cirka 5-6 m/s. De to forskellige omdrejningshastigheder opnås ved at have en dobbeltviklet generator, hvor der er en 4-polet vikling og en 6-polet vikling, således at generatoren kan køre med 1000 o/min eller med 1500 o/min. Alle nye møller over 2 MW har variabel omdrejningshastighed. Enten ved at anvende en generator med viklet rotor, eller ved at anvende en simpel kortslutningsgenerator. Energiproduktionen ledes fra generatoren over i en converter, som regulerer produktionens frekvens og spænding. ENERGI FRA HAVET 42

43 Styring Styringen af vindmøller er bygget op af flere moduler: Selvtest af møllens funktioner før start. Overvågning af netparametre. Overvågning af tryk og temperaturer. Krøjning af møllen. Indkobling på net. Styring af tyristorindkobling. Styring af pitch og frekvensomformer for at finde det optimale driftspunkt. Styring af fasekompensering. Udkobling og stopprocedurer. Vibrationsovervågning af tårn, hovedlejer, gear og generator. Opsamling af driftsdata. Servicemenu til brug under fejlfinding og servicering af møllen. Kommunikation. Indkobling på nettet Vindmøller synkroniseres ikke ind til nettet som på el-værker. Hertil er vinden for ustabil til at holde præcis den korrekte omdrejningshastighed. Når den korrekte omdrejningshastighed er nået, kobles generatoren på nettet med tyristorer eller en converter over en rampe, således at indkoblingen sker blødt over nogle perioder. Overvågning En moderne vindmølle fungerer som en komplet, ubemandet produktionsenhed og styrer sin egen driftsbelastning. Diagnostiksystemet sammenligner konstant vibrationsniveauerne i hovedkomponenterne med et sæt referencemønstre, afvigelser i forhold til normale værdier registreres øjeblikkeligt, og hvis der opstår væsentlige afvigelser, sendes en alarm. På den måde kan service- og vedligeholdelsesarbejde planlægges bedst muligt. Derudover overvåges den strukturelle belastning på vindmøllen. Hvis belastningerne overstiger de normale værdier, eksempelvis grundet ekstreme vind- eller vejrforhold, regulerer vindmøllen automatisk driften for at sænke belastningen, så den kommer til at ligge inden for specifikationerne igen. Endelig overvåges den samlede udmattelsesbelastning på vindmøllen. ENERGI FRA HAVET 43

44 DIRECT DRIVE DD: FREMTIDENS MØLLETEKNOLOGI I 2009 introducerede Siemens sin første mølletype med Direct Drive-teknologi. Et konventionelt transmissionssystem til en vindmølle har et fartforøgende gear og en hurtigtløbende generator. I Direct Drive-teknologi erstattes disse komponenter med en langsomtløbende generator. I en Direct Drive-generator er rotoren med de permanente magneter placeret udvendigt på statoren i stedet for den omvendte konstruktion som for traditionelle generatorer. Generatoren er opbygget, så den kan optage energien fra vingerne og omdanne den til elektrisk energi. Efterfølgende bliver energien omdannet til en brugbar frekvens og spænding. Denne type generatorer skal have en forholdsvis stor diameter for at opnå den fornødne relative hastighed i generatoren. I alt har Siemens installeret mere end vindmøller med Direct Drive. Siemens nye 8MW-møller er blevet mulige med forbedret magnetteknologi og forbedret converterteknologi i forhold til SWT-7,0-154-møllerne. Dette giver en nominel effektstigning på mere end 14 procent fra 7 MW til 8 MW og muliggør en 10 procent højere årlig energiproduktion. Mere økonomisk installation Ved installation af vindmøller til havs koster en effektiv arbejdstime 5-10 gange så meget som på land. Derfor er det vigtigt at nedbringe tidsforbruget til havs så meget som muligt. Direct Drive-møller er konstrueret med hele det elektriske system (styring, frekvensomformer og mellemspændingstransformer) placeret i nacellen, så de kan færdiggøres og testes som en komplet enhed på land. Som en yderligere fordel kan en Direct Drive vindmølle fremstilles med betydeligt lavere vægt end en tilsvarende vindmølle med gear. Kombinationen af robusthed og lav vægt reducerer omkostninger til produktion, transport, installation og service og øger pålideligheden over hele vindmøllens levetid. Disse faktorer medvirker væsentligt til at nedbringe prisen på elektricitet fra havvindmøller. ENERGI FRA HAVET 44

45 Parallelle convertere Converteren på offshore Direct Drive-møller er udformet som to parallelle convertere koblet til hver sin halvdel af generatoren. Dette gør det muligt at fortsætte drift af vindmøllen med halv kapacitet i stedet for 0, hvis der skulle opstå fejl på converter eller generator, og dermed begrænses produktionstabet, hvis der på grund af vejrlig går et stykke tid, før fejlen kan udbedres. Mindre vedligehold I de barske forhold offshore bliver bevægelige dele udsat for slitage, men med Direct Driveteknologi har møllerne færre bevægelige dele sammenlignet med møller med gear. Ud over at reducere antallet af driftstop betyder dette et mindre behov for reservedele i vindmølleparkens levetid. Kombinationen af enkelhed, robusthed og lav vægt nedbringer infrastruktur, installation og serviceomkostninger betydeligt og øger samtidig energiproduktionen i havmølleparkens levetid. Den lavere tonnage fører til større energiproduktion til de laveste livscyklusomkostninger. Ved at erstatte gearet og dets supportsystemer (oliekøling, filtre, overvågning m.v.), kobling og generator med en enkelt, langsomtløbende generator, og ved samtidig at forenkle hele hovedakselarrangementet, kan man reducere antallet af komponenter i nacellen til det halve. Desuden elimineres de mest sårbare komponenter i vindmøllen. ENERGI FRA HAVET 45

46 PRODUKTION HAVMØLLEPARKER På havet er vindforholdene særligt gunstige, og rundt om Danmark er flere store havmølleparker ved at blive etableret. DONG Energy etablerede den første havvindmølle park med Siemens Wind Power teknologi, da virksomheden i 1991 installerede verdens første havvindmøllepark nordvest for Vindeby på Lolland. Dette banebrydende projekt er fortsat i drift. Den danske offshoreproduktion af vindenergi er tredoblet på de seneste ti år og var i 2014 på over GWh. I 2013 blev Anholt Havmøllepark på 400 MW indviet, og inden 2020 forventes det, at yderligere MW bliver sluttet til nettet. Heraf vil de MW komme fra storskala-havmølleparkerne Horns Rev 3 i Nordsøen og Kriegers Flak i Østersøen. Det forventes, at Kriegers Flak og Horns Rev 3 færdiggøres i perioden Især i EU er der sket en enorm udbygning af offshore-vindenergi i de seneste år møller er nu installeret og tilsluttet netværket svarende til i alt MW. Medregnet mølleparker under opførelse er der nu 84 havmølleparker i 11 europæiske lande. Kystnær og storskala Kystnære havmølleparker er beliggende inden for en afstand af 20 kilometer fra kysten og består af parker på op til 200 MW. Storskalaparker er beliggende fra cirka 15 kilometer fra kysten og ud og består af parker på mindst 400 MW. ENERGI FRA HAVET 46

47 Anholt Havvindmøllepark I perioden byggede DONG Energy den 400 MW store Anholt havmøllepark mellem Djursland og Anholt. Havmølleparken består af 111 SWT vindmøller og leverer en elproduktion, der svarer til cirka husstandes elforbrug. Horns Rev 3 Horns Rev 3 bliver etableret kilometer fra den jyske vestkyst. Horns Rev 3 får en samlet kapacitet på 406,7 MW svarende til Anholt Havmøllepark, men fordelt på kun 49 havmøller. Til Horns Rev 3 er valgt mølletypen MHI Vestas V MW. Havmølleparken opføres og skal drives af Vattenfall. Produktionen fra Horns Rev 3 vil ske til 77 øre per kilowatt-time en af de laveste priser i Europa. Kriegers Flak Havmølleparken bygges på den undersøiske højderyg Kriegers Flak, som danner et lavvandet område i Østersøen mellem Møn, Sydsverige og Nordtyskland. Sverige og Tyskland har også udpeget deres områder på Kriegers Flak til havmøller, og det betyder, at der på sigt vil kunne placeres op til MW havmøller på flakket. Vattenfall har vundet retten til at bygge den danske del af Kriegers Flak med et vindende bud på 37,2 øre per kwh, hvilket er verdens hidtil laveste pris på havmøllestrøm. Der betales en garanteret elpris for produktionen af de første 30 TWh fra havmølleparken svarende til cirka de første ti års produktion. ENERGI FRA HAVET 47

48 KONSTRUKTION VINDMØLLENS OPBYGNING En vindmølle består af et fundament, et tårn, et nav med vinger og en nacelle. De første vindmøller anvendte en simpel kortslutningsmotor som generator. Generatoren producerer effekt, når den drives op over synkront omdrejningshastighed. Magnetisering af rotorens drejefelt tager generatoren fra nettet. Denne simple type generator er anvendt på møller op i MW-størrelserne. Slippet i denne type maskine er meget lille og en stiv generator vil give meget store effektvariationer ved store variationer i vindhastigheden. Vestas har som den eneste fabrikant anvendt en generator, hvor slippet kan ændres under drift. Rotoren er viklet og i rotorkredsen er indbygget tyristorer og modstande. Under drift kan møllens styring ændre impedansen i rotoren ved at ændre triggetidspunkt på tyristorerne og herved ændres slippet og omdrejningshastigheden. Kommunikation mellem møllens styring og rotoren sker ved lys. Der er således ingen elektriske forbindelser ud af generatorens rotor. Andre principper, bl.a. benyttet af Siemens, inkluderer hurtigtløbende asynkrone generatorer eller langsomtgående permanentmagnet-generatorer, begge uden elektrisk forbindelse til rotoren, som er koblet til nettet via en fuld-skala- AC/AC-converter. ENERGI FRA HAVET 48

49 Fundament På land stilles vindmøllerne på et fundament støbt i beton. Der kan enten være nedstøbte fundamentsbolte for montering af tårnet, eller der kan nedstøbes en tårndel, som resten af tårnet monteres på. Til offshoremøller anvendes andre fundamentstyper. På lavt vand anvendes ofte et gravitationsfundament. Det er en støbt konstruktion, der stilles på havbunden og efterfølgende fyldes op med sten som ballast. På lidt større vanddybder anvendes en mono-pile. Det er et stålrør, der er rammet ned i havbunden. Herpå fastgøres et overgangsstykke, som nivelleres op med vandret anlægsflade for montering af tårnet. Tårn Der anvendes for det meste koniske rørtårne i flere dele, som samles med flangesamlinger. Der er til vindmøller med meget høj navhøjde anvendt gittermaster, idet disse kan samles på stedet. Nogle fabrikanter anvender betonelementer til det nederste stykke af tårnet, og det øverste stykke er et rørtårn i stål. På land er højden af tårnet som regel lig med eller større end møllens rotordiameter, mens tårnhøjden på offshoremøller kan være cirka 0,75 gange rotordiameteren. Lokalt kan vindforholdene dog have indflydelse på den ønskede tårnhøjde. ENERGI FRA HAVET 49

50 Nacelle Nacellen består af en stålkonstruktion, hvorpå alle komponenterne er fastgjort. Den forreste del lige over tårnet kan være en støbt del, men den bageste del, hvor generatoren står, er en svejst konstruktion, som er påboltet den forreste del. Inddækningen omkring nacellen kan være en stålskal eller samlet af glasfiberdele. Navet driver en hovedaksel, som er forbundet til en gearkasse. Formålet med gearkassen er at ændre omdrejningstallet på rotoren på for eksempel 20 o/min til generatorens omdrejningshastighed på 1500 o/min. I en Direct Drive-mølle er navet direkte forbundet til generatoren, som således roterer med lav hastighed. Mellem gear og generator findes en aksel med fleksible led. Effektkablerne fra generatoren er typisk forbundet til en converter, som kan være placeret i nacellen eller i bunden af tårnet. I nogle møller er transformeren også placeret i nacellen. I nacellen er krøjesystemet. Nacellen er lejret drejeligt på tårnet og et antal elmotorer kan igennem gearudveksling dreje nacellen i forhold til tårnet. I nacellen findes et hydrauliksystem, som typisk kan betjene: mekanisk skivebremse, mekanisme til drejning af vingerne og bremse til krøjesystemet. Figuren viser de typiske komponenter, der findes i en nacelle. ENERGI FRA HAVET 50

51 Vinger Vinger blev før i tiden fremstillet af glasfiberforstærket polyester. Glasfibermåtterne skal lægges i våd polyester lag for lag. Vingerne består typisk af to vingeskaller, der blev støbt i forme, en hovedbjælke samt et rodstykke, hvor forbindelsen til vindmøllens nav findes. På de store fladefelter er der typisk en sandwichkonstruktion for at styrke fladen mod bulning. Hovedbjælken ind mellem vingeskallerne og vingeskallerne er limet sammen på langs i forkant og bagkant. Nye vinger er lavet af glasfiber og epoxy. Der anvendes preimprægnerede glasfibermåtter, som lægges tørt i formen. Hele vingedelen bages i en ovn, hvorved epoxyen hærder. Vingen kan fremstilles på samme måde af hovedbjælke og to skaller, der er limet sammen, men bl.a. Siemens anvender en teknologi, hvor hele vingen inklusiv hovedbjælken støbes i en arbejdsproces uden limsamling. ENERGI FRA HAVET 51

52 Bremse Vindmøllens primære bremsesystem er drejning af vingerne. Det skal være udformet således, at vingerne automatisk drejes til stopposition, når der sker fejl på møllen eller møllen afbrydes fra nettet. På møller med hydraulisk aktiveret pitch er der monteret trykakkumulatorer, hvor trykket vil ledes til cylindrene, der drejer vingerne til stopposition. Hvis møllens vinger drejes med elektromotorer igennem gearudveksling, vil disse motorer typisk være jævnstrømsmotorer, som forsynes gennem batterier eller kondensatorer ved nødstop af møllen. Alle offshoremøller er pitchregulerede vindmøller, hvor vingerne er lavet ud i et stykke og kan drejes i hele deres længde. På stallregulerede landvindmøller kan det yderste stykke af vingen drejes 90, hvorved tippen kommer på tværs af omdrejningsretningen og virker som en bremse. Et af verdens største installationsskibe Pacific Osprey bliver benyttet til at installere havmølleparker i Nordsøen. Hydrauliksystem Der anvendes hydraulik til flere funktioner i vindmøllerne. Møllerne kan enten have et stort anlæg til alle funktionerne eller mindre anlæg til hver sin funktion. Til drejning af vingerne kan anvendes hydrauliske cylindre. Typisk vil hydraulikstationen med olietank, pumpe, trykakkumulatorer med videre være placeret i nacellen, og olien ledes ud gennem den hule hovedaksel via en drejeunion. Skivebremser er hydraulisk aktiverede og anvendes kuglekrans til krøjning, vil der typisk være hydrauliske bremser på krøjebevægelsen. ENERGI FRA HAVET 52

53 Kølesystem Der er behov for køling af gearolie, generator, effektelektronik og hydraulikolie. Køling kan foregå med en radiator og en blæser eller væskekøling. Det bliver mere almindeligt at køle alle dele med væske, og derefter afkøle kølevæsken i en radiator monteret på taget af nacellen. Der kan være et væskesystem eller to forskellige væskesystemer. Forbindelsesaksel Mellem gearkassen og generatoren er en forbindelsesaksel. Denne aksel skal have fleksible elementer, idet gearet vil dreje sig i ophængene og momentstagene ved varierende belastninger under drift. Der kan anvendes traditionelle kardanskeler med krydslejer, men de er meget tunge. Der anvendes mest forskellige typer af kompositskiver eller elementer med gummibøsninger. Begge typer tillader en vis off-set og vinkeldrejning af akselenderne på gearet og generatoren. Elektriske installationer Generatorer i vindmøller leverer ved 690 V eller 960 V. Større vindmøller har i dag en transformer bygget ind enten i nacellen eller i bunden af tårnet. Her transformeres op til den spænding, hvor der kan leveres til forsyningsnettet, enten 10, 20, 30 eller op til 66 kv. Hjælpeudstyr som f.eks. krøjegear, hydraulikpumpe, gearoliepumper blæser m.v. forsynes typisk med 3x400v fra en hjælpetransformer eller direkte fra converterens netside med 3x690V. Vindmøller med converter kan styres til at levere med en given fasevinkel, så her er der ikke behov for fasekompenseringsanlæg. Derimod er der behov for et filter til at udglatte harmoniske spændinger fra converteren. I dag er der specificeret krav til vindmøller for at kunne blive sluttet til nettet som el-producent. Møllerne skal blandt andet have et anlæg til LVRT (Low Voltage Ride Through). Hvis der opstår et kortvarigt udfald af spændingen på nettet, må møllen ikke koble ud, men skal blive på nettet. ENERGI FRA HAVET 53

54 Havmøller på 8 MW Horns Rev 3 får verdens kraftigste vindmølle - MHI Vestas V MW med en maksimal effekt på 8,3 MW. I oktober 2014 satte mølletypen verdensrekord ved at producere kwh på et døgn. V MW bestryges med sit vingefang på 164 meter af vinden på et areal svarende til 21 store parcelhusgrunde eller godt m 2. Navhøjden bliver på 105 meter, mens maksimalhøjden når en vinge er på sit højeste punkt er 187 meter. Nacellen er cirka 20 meter lang og cirka 8x8 meter i højden og bredden. Nacellen er konstrueret, så hovedlejer, kobling, gearkasse og generator kan løftes ud af huset i forbindelse med vedligehold. På Kriegers Flak er der i VVMredegørelsen undersøgt møller mellem 3-10 MW. Med 3 MW-møller skal der opstilles cirka 200 havmøller, mens der kun skal opstilles cirka 60 møller, hvis man vælger 10 MW-møller på Kriegers Flak. Endnu er der ingen kommercielle havmølleparker, som anvender 10 MW-møller. ENERGI FRA HAVET 54

55 Håndbog for maskinmestre PRIS 745,- kr.* Maskinmesterstuderende 835,- kr.* Medlem af Maskinmestrenes Forening 1.195,- kr.* Ikke-medlem af Maskinmestrenes Forening Håndbogen har siden 1917 været det faglige fundament og uundværlige værktøj for maskinmestre. Bogen er desuden det opslagsværk, der bedst beskriver professionens omfattende polytekniske virkefelt. Læs meget mere om teknologierne bag såvel olie- og gasproduktion som vindkraft. Foruden de tekniske beskrivelser fokuserer håndbogen nu også på kvalitetsstyring og jura med relevans for ledelse, service og rådgivningsopgaver, som er områder i vækst for maskinmestre. Bestil håndbogen på polyteknisk.dk/ maskinmester Polyteknisk Boghandel Maskinmesterskolen Anker Engelunds Vej Lyngby Tlf: mail: poly@polyteknisk.dk *+ forsendelse via Post Danmark

56 Havet omkring Danmark giver energi. Fjernt fra kysten henter vi vindenergi, olie og naturgas, og Danmarks energiforsyning vil efter alle prognoser bestå af både fossile brændsler og vedvarende energi i mange år fremover. Vi kommer ikke til at holde op med at efterspørge olie og gas, hverken herhjemme eller på verdensplan. Den danske energiteknologi og ekspertise skal optimere produktionen af de fossile brændstoffer i oliefelterne. Samtidig skal vi forbedre udnyttelsen af den vedvarende energi. Produktionen af offshore-vindenergi forventes globalt at stige markant. I 2050 skal Danmark være 100 procent forsynet med vedvarende energi, og i den udvikling kommer vindkraften til at blive central. Danske maskinmestre får en nøglerolle inden for hele fremtidens energiforsyning. Sankt Annæ Plads København K Tlf mf@mmf.dk