Для обеспечения эффективной и безотказной работы промыслового оборудования электрическая мощность должна быть достаточной для его работы во всех режимах эксплуатации. Однако зачастую подключение к централизованным сетям либо невозможно, либо просто экономически невыгодно. Проблема решается строительством собственных генерирующих мощностей. Для этого, в основном, используются дизельные генераторы. Однако доставка топлива в удалённые районы — затратный и трудоёмкий процесс. Лишь в последнее время нефтегазовые компании начали устанавливать на месторождениях газопоршневые или газотурбинные агрегаты, работающие на попутном газе.
Но вне зависимости от источника электроэнергии основная проблема остаётся не решённой: пиковое потребление может превышать среднее в несколько раз. В результате, установленная на месторождении мощность существенно превышает реальную потребность. И даже это не гарантирует стабильной добычи.
Работа буровых установок в неоднородных геологических слоях — одна из частых причин просадок напряжения на месторождениях. При встрече бура с труднопроходимым участком происходит внезапный наброс мощности — подобное случается несколько десятков раз в день. Дизель-генераторы, как правило, компенсируют возросшее потребление в течение 3-5 секунд. А вот у газопоршневых или газотурбинных установок подобной манёвренности нет. На набор мощности им требуется больше времени, до 10 секунд. Просадка напряжения даже на 10% выводит добывающее оборудование в неоптимальный режим работы, что может стать причиной поломки или аварийной ситуации.
В мире эту проблему решают с помощью систем управления качеством энергоснабжения на основе источников бесперебойного питания (ИБП). Как правило, ИБП включают в себя накопитель энергии на основе традиционных свинцовых батарей, либо литий-ионных аккумуляторов.
Но существует сложность: оба вида таких накопителей крайне чувствительны к пиковым нагрузкам. Из-за этого батарейные блоки ИБП обладают избыточной энергоёмкостью — нагрузка распределяется на большое количество аккумуляторов. Только так производители ИБП могут обеспечить щадящий режим эксплуатации аккумуляторов, а значит, и приемлемый срок службы.
Кроме того, при работе или хранении в условиях низких температур свинцовые и литий-ионные аккумуляторы теряют ёмкость и другие эксплуатационные качества. Поэтому они требуют термостатированного помещения. Например, для стабильной работы свинцовых аккумуляторов требуется температура в +20-30°С, литий-ионных — не ниже +10-15°С.
В условиях развитой инфраструктуры это может быть не критичным. Но на месторождении установка и эксплуатация таких накопителей становится дорогостоящим мероприятием. Более того, при консервации добывающего объекта их необходимо вывезти, либо организовать условия для хранения.
Однако сегодня существует решение, которое избавлено от описанных выше проблем. Речь идёт об ионисторах или суперконденсаторах. Они работают в широком диапазоне температур (от +40°С до -40°С), обладают огромным ресурсом, а главное — способны моментально отдавать ток большой мощности. Суперконденсатор имеет кратно меньшую, чем у батарей, энергоёмкость. Зато плотность мощности у такого накопителя крайне высока. Поэтому суперконденсатор обладает максимальным КПД при работе с пиковыми нагрузками.
Огромная мощность суперконденсаторов позволяет значительно снизить размер установки. Кроме того, стойкость таких накопителей к низким температурам разрешает устанавливать их на открытых площадках (при исполнении в герметичном корпусе) и не эвакуировать при консервации месторождения.
«Суперконденсаторы — это новая технология, которая заняла прочные позиции в автомобилестроении и энергетике. Например, они применяются для балансировки сетей или пуска двигателей внутреннего сгорания. Абсолютно логично применить эту же технологию и в промышленной энергетике. Если в закупке стоимость такого решения превышает стоимость аналогов на обычных батареях, то на жизненном цикле суперконденсаторы выглядят намного более предпочтительнее. В наших климатических условиях реальный срок эксплуатации самых современных литий-ионных батарей не превысит 3-5 лет — это показала практика. Суперконденсатор способен работать с максимальным КПД до 10 лет», — рассказывает генеральный директор компании «ТЭЭМП» Сергей Курилов.
В основе суперконденсаторов ТЭЭМП исследования лаборатории «Накопители электрической энергии» НИТУ «МИСиС». Российские ученые разработали для ТЭЭМП технологии изготовления эффективного катодного материала и морозоустойчивого электролита. Поэтому накопители компании работают до -65°С и имеют высокое рабочее напряжение на одном элементе — до 3В. Суперконденсаторы ТЭЭМП не нуждаются в обслуживании и обладают ресурсом около 1 млн циклов заряда-разряда. Это в 200 раз больше, чем у современных литий-ионных батарей. ИБП на суперконденсаторах ТЭЭМП меньше, проще и надёжнее традиционных решений. В горизонте жизненного цикла они значительно опережают аналоги по совокупной стоимости покупки и эксплуатации.
Запуск двигателя в любых условиях
Качества суперконденсаторов делают их идеальным накопителем не только для компенсации просадок напряжения. Подобный источник тока — надёжный вариант для запуска тяжёлых двигателей в суровых условиях Севера.
По словам специалистов ТЭЭМП, зачастую при температурах ниже -20°С заряда штатных аккумуляторов тяжёлой техники достаточно только на предпусковой обогрев. Для запуска двигателя энергии уже не хватает.
«В подобных условиях тяжёлую технику просто не глушат, — говорит Сергей Курилов. Это увеличивает расход топлива, масла, без нужды сжигает ресурс. Наши портативные пусковые модули на базе суперконденсаторов гарантированно запускают даже самые мощные двигатели. На моей памяти было только два случая, когда запуск не удался: это был трактор К-700 в -37°С и внедорожник УАЗ в -44°С. Правда в «семисотом» не было дизеля, а в уазике — стартера!»
Суперконденсатор даёт возможность оптимизировать эксплуатацию самой разной техники — от локомотива до кукурузника. Например, уже сегодня они экономят топливо на железных дорогах страны, т. к. позволяют без последствий глушить дизельные тепловозы даже при низких температурах (т. е. ниже +15°С). Испытания на вертолётах Ми-2 и даже Ми-8 подтвердили — такие устройства легко запускают даже самые тяжелые двигатели.
Такой накопитель заряжается быстрее аккумуляторного, т. к. соотношение мощности и ёмкости у него более оптимальное. Кроме того, он не чувствителен к низкой температуре. В результате, техника всегда готова к запуску, даже в самых суровых условиях российского Севера.
