Niezawodne dostawy energii elektrycznej w trudnych warunkach dzięki oprogramowaniu zenon - Saudi Aramco wydobywa skarby ukryte pod pustynią

Mimo znacznego zaangażowania politycznego i realizacji ambitnych projektów mających na celu przejście na odnawialne źródła energii, światowy popyt na paliwa kopalne nie zmienia się. Globalne zużycie samej tylko ropy naftowej w 2022 r. wyniosło 53 tys. terawatogodzin (TWh), co odpowiada 35,5 mld baryłek lub 6,7 mld m3 (źródło danych: Energy Institute Statistical Review of World Energy (2023).

Zaspokajanie globalnego popytu

Arabia Saudyjska stała się głównym dostawcą paliw kopalnych, zaspokajającym potrzeby energetyczne krajów uprzemysłowionych. Saudi Aramco, krajowa spółka naftowo-gazowa, odgrywa integralną rolę w eksplorowaniu, transportowaniu i rafinacji. Rezydująca w Dhahranie firma jest uznawana za drugą co do wielkości spółkę publiczną na świecie pod względem przychodów (stan na 2023 r.).

Od czasu rozpoczęcia komercyjnej produkcji ropy w 1938 r. Saudi Aramco poszerzyła poszukiwania i obecnie zarządza ponad setką pól naftowych i gazowych w królestwie, wytwarzając pięć różnych gatunków ropy naftowej. Firma jest w posiadaniu drugich co do wielkości potwierdzonych rezerw ropy na świecie i osiąga największą dzienną produkcję ropy spośród wszystkich spółek, które ją produkują.

W najbardziej wysuniętej na wschód części Arabii Saudyjskiej, nieopodal granicy z Abu Zabi, leży Ar-Rab al-Chali, największa piaszczysta pustynia na świecie. Na tym odległym i nieokiełznanym terenie, na którym latem panuje temperatura powyżej 50˚C i występują kolosalne wydmy piaskowe o wysokości ponad 300 m, w 1968 r., odkryto największe na świecie złoże ropy naftowej oraz gazu ziemnego. Pole ma ok. 13 km szerokości i 64 km długości. Jego całkowita zdolność produkcyjna wynosi milion baryłek ropy Arabian Extra Light dziennie.

Kontrola zasilania dla wydajnych operacji

Program Shaybah obejmuje 145 indywidualnych szybów naftowych, 645 km rurociągów, zasilanie o mocy 2 GW oraz system dystrybucji z dwudziestoma podstacjami, które zapewnią samowystarczalność pod względem elektryczności. Na potrzeby ogólnej kontroli i monitorowania Shaybah wyposażono w rozproszony system sterowania (DCS).

System DCS, zaprojektowany do monitorowania i kontroli procesów przemysłowych, nie jest jednak optymalnie dostosowany do zadań monitorowania sieci elektrycznych w czasie rzeczywistym. Bez możliwości takiego monitorowania DCS nie mógł w pełni zarządzać i kontrolować systemu zasilania oraz zapobiegać zakłóceniom, które mogą prowadzić do przerw w zasilaniu.

 

Fot. 1. Pole ma ok. 13 km szerokości i 64 km długości oraz jest otoczone wysokimi wydmami. Obejmuje cztery zakłady separacji gazu i oleju (fot. Saudi Aramco)

Większa niezawodność i wydajność

Aby zwiększyć niezawodność, bezpieczeństwo i wydajność działania systemu elektrycznego Shaybah, spółka Saudi Aramco postanowiła zainwestować w system zarządzania energią (PMS) z automatyzacją systemu zasilania (PSA) dla projektu Shaybah. Podczas gdy PMS zapewniłby stabilność sieci przez kontrolę generatora, szybkie zmniejszanie obciążenia i kontrolę napięcia/częstotliwości, PSA dostarczałby operatorom oraz zespołom konserwacyjnym informacji niezbędnych do bezpiecznej, wydajnej obsługi i konserwacji sieci elektrycznej. Dla projektu Shaybah planowany jest dalszy rozwój wykraczający poza obecny stan, dlatego systemy musiały być skalowalne oraz wystarczająco elastyczne, aby możliwe było łatwe ich dostosowanie do przyszłych zmian.

Ponieważ głównym celem projektu było bezpieczne monitorowanie oraz kontrolowanie systemu elektrycznego w czasie rzeczywistym, spółka Saudi Aramco oczekiwała, że system zapewni łatwy w użyciu i nawigacji interfejs człowiek-maszyna (HMI), który zagwarantuje operatorom oraz zespołom konserwacyjnym pełną widoczność sieci elektrycznej. Dając im łatwy dostęp do potrzebnych informacji, pomógłby im w szybkim identyfikowaniu problemów i reagowaniu na nie. Celem była poprawa wydajności sieci elektrycznej, zmniejszenie ryzyka przestojów i innych zakłóceń oraz ogólna poprawa bezpieczeństwa sieci elektrycznej.

 

Fot. 2. Shaybah obejmuje również jednostkę skraplania gazu ziemnego (NGL) i sporą instalację do dostarczania oraz dystrybucji energii elektrycznej, dzięki czemu jest samowystarczalne pod względem elektryczności (fot. Saudi Aramco)

Wdrożenie systemu z pomocą zenon

Firma Schweitzer Engineering Laboratories (SEL) wygrała kontrakt na wdrożenie systemów PMS oraz PSA. Przedsiębiorstwo z siedzibą w USA projektuje i produkuje wbudowane produkty systemowe do ochrony, monitorowania, kontroli oraz pomiaru systemów elektroenergetycznych. SEL ma trzy biura w Arabii Saudyjskiej, obejmujące swoim zasięgiem również Bahrajn i Jordanię.

Aby wdrożyć systemy PMS i PSA, firma SEL wykorzystała zenon – kompleksową platformę oprogramowania o niskim poziomie kodowania, austriackiego producenta oprogramowania COPA-DATA. zenon umożliwia inżynierom tworzenie wysoce skalowalnych systemów sterowania, monitorowania i automatyzacji bez programowania, po prostu poprzez parametryzację. Dzięki natywnym interfejsom do kilkuset urządzeń różnych producentów oraz systemów oprogramowania innych firm, platforma ułatwia integrację istniejących instalacji.

Oprogramowanie zenon jest stosowane w różnych branżach, od energetyki i sieci przemysłowych, przez przemysł spożywczy i farmaceutyczny, po przemysł przetwórczy oraz produkcję. Oprócz zautomatyzowanej inżynierii, zapewnia ono obszerne biblioteki funkcji przeznaczonych dla konkretnych branż, dzięki czemu każdy może wykorzystywać najlepsze praktyki z różnych obszarów. Te możliwości obejmują liczne funkcje zaprojektowane specjalnie do monitorowania i sterowania sieciami elektrycznymi w czasie rzeczywistym. Dzięki kompatybilności z urządzeniami do wytwarzania oraz dystrybucji energii od wszystkich odpowiednich dostawców, zenon umożliwia szybkie wdrażanie systemów PMS i PSA zgodnych ze wszystkimi istotnymi normami.

 

Fot. 3. Wykorzystując oprogramowanie zenon, firma SEL wdrożyła system zarządzania energią i automatyzację systemu zasilania dla dostaw energii elektrycznej w Shaybah (fot. Saudi Aramco)

Zoptymalizowany transfer danych

Firma SEL wdrożyła systemy w czterech zakładach separacji gazu i oleju (GOSP), rozproszonych na rozległym terenie w odległości od 10 do 25 km, i w zakładzie skraplania gazu ziemnego (NGL). Dodatkowo w rozwiązaniu uwzględniono zewnętrzną lokalizację, oddaloną o 45 minut.

Każda lokalizacja ma własny control room, z którego wszystkie dane są przesyłane do jednego scentralizowanego control roomu (CCR). Główną przeszkodą podczas uruchamiania okazały się wyzwania związane z dużymi odległościami i trudnymi warunkami pogodowymi oraz komunikacja za pośrednictwem sieci Ethernet.

 

Fot. 4. Mimo trudnych warunków, takich jak niekorzystne warunki pogodowe i komunikacja Ethernet na duże odległości, wdrożenie zenon Software Platform pomogło poprawić bezpieczeństwo, niezawodność oraz wydajność dostaw energii elektrycznej w Shaybah (fot. Saudi Aramco)

"Mimo obecności sieci światłowodowych łączących poszczególne zakłady, zapewnienie szybkiego i zsynchronizowanego transferu danych miało kluczowe znaczenie dla natychmiastowego reagowania na zdarzenia, takie jak zmiana obciążenia wynikająca z wahań częstotliwości", wyjaśnia Kotb Eldeihey, Engineering Services Manager w SEL. "Było to szczególnie trudne do osiągnięcia".

Doświadczenie oraz innowacyjne podejście SEL pozwoliły skutecznie poradzić sobie z przeszkodami związanymi z komunikacją i integracją, co zaowocowało wydajnym oraz wzajemnie połączonym systemem kontroli procesu dla rozproszonych elektrowni.

Sprawne wdrożenie

Wdrożenie zenon Software Platform nie stanowiło dla SEL większego problemu. "Nasi eksperci wykonali zadania inżynieryjne w ciągu kilku tygodni, m.in. dlatego, że otrzymaliśmy doskonałe wsparcie ze strony COPA-DATA", mówi Ali Safwan, dyrektor oddziału SEL ES w Arabii Saudyjskiej. "Klient był pod wrażeniem testów kontrolnych, które przeprowadziliśmy w symulacjach w czasie rzeczywistym, razem ze sprzętem".

Ali Safwan dodaje: "Bezproblemowa integracja z różnymi systemami, scentralizowane funkcje sterowania, możliwości monitorowania w czasie rzeczywistym w całej sieci elektrycznej oraz dostarczanie danych historycznych do dogłębnej analizy sprawiają, że rozwiązanie PMS i PSA firmy SEL, uzupełnione o interfejs HMI stworzony przy użyciu zenon, stanowi znaczący postęp w stosunku do poprzedniego systemu DCS".

Autor: inż. Peter Kemptner
www.kemptner.com

COPA-DATA Polska
www.copadata.com