Ключевое применение и вызовы высоковольтных частотных преобразователей в морских проектах 

Растущая международная потребность в чистой энергии и активное освоение морских ресурсов выводят морские проекты — такие как оффшорная ветроэнергетика, морские нефтегазовые платформы, FPSO (плавучие установки для добычи, хранения и отгрузки нефти) и суда для перевозки СПГ (сжиженного природного газа) — в эпицентр энергетической стратегии. В этих масштабных и сложных условиях окружающей среды высоковольтные частотные преобразователи (HV VFD), выполняющие роль «сердца» и «мозга» электропривода и управления энергопотреблением, играют незаменимую ключевую роль.

I. Почему морские проекты нуждаются в высоковольтных частотных преобразователях?

Морские проекты удалены от суши, характеризуются тяжелыми условиями окружающей среды (высокая концентрация соли, высокая влажность, сильная коррозия, широкий диапазон температур), ограниченным пространством, чрезвычайно высокими затратами на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР) и предъявляют почти самые строгие требования к надежности, безопасности и энергоэффективности оборудования. Применение высоковольтных частотных преобразователей в первую очередь решает следующие ключевые задачи:

1. Плавный пуск и управление: При прямом пуске крупных насосных и вентиляторных нагрузок (таких как основные нефтяные насосы, насосы забортной воды, компрессоры и т.д.) возникают пусковые токи в 5-7 раз превышающие номинальный, что создает огромную нагрузку на электрическую сеть и механическое оборудование. Высоковольтный частотный преобразователь обеспечивает плавный пуск двигателя, полностью устраняя пусковые броски тока, защищая стабильность сети и срок службы оборудования.
2. Точное регулирование скорости и оптимизация технологических процессов: Путем изменения скорости вращения двигателя регулируются расход, давление или объем воздуха, что позволяет точно соответствовать фактическим технологическим потребностям. Например, автоматическое регулирование скорости насоса в зависимости от обратного давления скважины или регулирование производительности вентилятора в зависимости от нагрузки в помещении позволяет избежать огромных энергетических потерь, связанных с использованием дроссельных заслонок и других механических методов.
3. Значительная энергоэффективность и снижение эксплуатационных расходов: Мощность насосных и вентиляторных нагрузок пропорциональна кубу скорости вращения. Даже незначительное снижение скорости приводит к существенной экономии энергии. На морских объектах, работающих в непрерывном режиме, экономия энергии на 20-50%, обеспечиваемая ВЧП, позволяет значительно снизить операционные расходы (OPEX) и выбросы углерода.
4. Повышение качества и стабильности электроснабжения: Электрические сети морских платформ или судов имеют относительно небольшую мощность, включение и выключение крупных нагрузок может вызывать колебания в сети. Преобразователь частоты, как гибкая нагрузка, обладает высоким коэффициентом мощности (обычно >0,95) и низким коэффициентом нелинейных искажений (THD), что эффективно стабилизирует напряжение и частоту сети, повышая качество электропитания.
5. Повышение уровня автоматизации и интеллектуализации системы: Как интеллектуальный приводной узел, высоковольтный ЧП легко интегрируется в АСУ ТП (DCS) и SCADA-системы, обеспечивая удаленный мониторинг, диагностику неисправностей, прогнозное техническое обслуживание и управление энергопотреблением, закладывая основу для «умной морской платформы» или «цифрового двойника».

II. Основные области применения

1. Оффшорная ветроэнергетика (Offshore Wind Power)

Нагрузки: Вспомогательное оборудование внутри гондолы ветрогенератора, такое как насосы системы охлаждения, гидравлические насосы, вентиляторы охлаждения и лифты внутри башни.

Роль: Обеспечение интеллектуальной работы этих вспомогательных систем в зависимости от температуры главного генератора и конвертера, максимальная экономия энергии при гарантированном охлаждении. Кроме того, в некоторых проектах рассматривается их использование для плавного пуска и синхронизации главного генератора с сетью.

2. Морские нефтегазовые платформы / FPSO (Oil & Gas Platforms / FPSO)

Ключевое применение: Основные нефтяные насосы, насосы закачки воды в пласт, компрессоры для сепарации нефти и газа, циркуляционные насосы, пожарные насосы, а также крупные вентиляционные системы.

Роль: Это наиболее ценная область применения ВЧП. Точное регулирование скорости насосов и компрессоров позволяет адаптироваться к изменениям дебита скважин, стабилизировать давление в трубопроводах, оптимизировать технологические процессы и является ключевым оборудованием для реализации концепции «цифрового месторождения» и снижения затрат.

Проект модернизации ПЧ для насосов закачки воды на морской платформе Вэйчжоу CNOOC Development

– Исполнитель：Шанхайская экологическая компания CNOOC Development

– Место проекта：Морская производственная платформа Вэйчжоу 11-4N

– Объект модернизации：3 комплекта насосных агрегатов для закачки воды (6.3 кВ/800 кВт)

– Ключевое оборудование：Специализированный морской ВЧП

– Ввод в эксплуатацию：Май 2023 г.

– Модель преобразователя частоты：SCHORCH-CH/1065-6/105-AOW   *3

3. Танкеры-газовозы для перевозки СПГ и FSRU (Плавучие установки хранения и регазификации)

Нагрузки: Грузовые насосы СПГ, компрессоры реконденсора, компрессоры паров испарения (Boil-Off Gas – BOG), а также различные насосы хладагента.

Роль: Насосы СПГ должны надежно работать в условиях сверхнизких температур, а преобразователь частоты обеспечивает плавный момент и контроль, предотвращая удары по насосу и трубопроводной системе. Точное управление компрессором BOG является ключевым для управления парогазом и повышения эффективности и безопасности транспортировки.

III. Специальные технические и конструктивные вызовы для морских условий

Строгие морские условия предъявляют к высоковольтным преобразователям частоты гораздо более высокие требования, чем к наземным:

1. Высокая степень защиты (IP) и коррозионная стойкость:

Должно использоваться исполнение шкафа не ниже IP54 (защита от пыли и брызг), часто IP55/IP56.

Корпус должен быть выполнен из нержавеющей стали 316L или высококачественной оцинкованной стали с усиленным морским антикоррозионным покрытием.

Внутренние компоненты и печатные платы должны быть обработаны защитным лаком (от влаги, плесени, соли).

2. Стойкость к вибрациям и ударам:

Конструкция шкафа и внутренние соединения должны быть усилены и иметь сертификацию морских классификационных обществ (таких как DNV GL, ABS, LR, BV и др.), гарантирующую стабильную работу в условиях постоянной вибрации и occasionalных ударов.

3. Компактность и модульность:

Пространство на платформах ограничено. Преобразователи частоты должны иметь компактную конструкцию с высокой удельной мощностью, часто модульную (выдвижные ячейки) для удобства монтажа, обслуживания и замены.

4. Резервирование и высокая надежность:

Для критических применений (например, основные нефтяные насосы) часто используется схема резервирования N+1 (параллельное подключение преобразователей) или автоматическая система байпаса, обеспечивающая непрерывность технологического процесса при отказе одного устройства.

Критически важные компоненты (например, вентиляторы охлаждения, источник питания системы управления) также должны иметь резервирование.

Заключение

Высоковольтный частотный преобразователь перестал быть простым устройством регулирования скорости, превратившись в стратегически важное оборудование, обеспечивающее безопасную, эффективную и экологичную работу морских проектов. Благодаря превосходным характеристикам регулирования скорости, значительному энергосбережению и высокой надежности, он успешно справляется сложными вызовами морской среды, предоставляя мощный источник энергии для освоения и использования человеком морских ресурсов. С развитием морской экономики технологическая эволюция и инновации в применении высоковольтных частотных преобразователей неизбежно уйдут в еще более открытые и глубокие синие воды.

https://docs.google.com/presentation/d/1-uZd517BWeE-xW2jgF5S2EN0RhB_1TcV/edit?usp=sharing&ouid=114569191476638657921&rtpof=true&sd=true

https://drive.google.com/file/d/12aV7Ym8HHlwCLwwBSQa8cNqmHxCJtnAF/view?usp=sharing