Automação de energia e energia sob demanda proporcionam múltiplos benefícios

Fatores atrativos para a incorporação da automação de energia nas operações dos campos petrolíferos vão além de apenas reduzir o consumo de combustível e a emissão de poluentes. Os geradores que fornecem energia para sistemas artificiais de elevação, principalmente bombas de gasolina, ficam ociosos por longos períodos devido à irregularidade dos ciclos da bomba. Além das ineficiências resultantes dessa prática, os operadores de petróleo e gás enfrentam dificuldades para cumprir com as exigências da Agência Protetora do Meio Ambiente (EPA) - os limites obrigatórios de emissões do motor a diesel não podem ser atenuados. Além disso, o ócio prolongado pode acabar expondo os geradores a duas causas principais de falhas: obstrução e acúmulo no depósito de carbono.

Suavizando as variações energéticas

As tecnologias de automação de energia e energia sob demanda vêm sido aplicadas em processos comerciais e industriais com cargas inconstantes ou onde os geradores em paralelo são necessários para garantir energia ininterrupta, como hospitais. A automação energética acarreta em reduções no custo dos serviços de desidratação e bombas de gasolina nos campos petrolíferos. Os sistemas de automação energética reúnem um kit de controle com bateria híbrida, que recebe um sinal do controlador lógico programável (PLC) da bomba para iniciar ou pausar a sincronização. Os kits de automação podem, ainda, receber sinais dos comutadores de nível dos tanques, contatos dos termostatos ou qualquer outro comutador digital. Esses sistemas de automação energéticas podem ser encontrados em funcionamento nos geradores a diesel utilizados por empresas como  Eagle Ford Shale e Permian Basin.

Comparado com outros campos petrolíferos, o petróleo cru de alta viscosidade produzido pela Eagle Ford é o mais indicado para bombas com capacidade menor, pois exigem um grupo menor de geradores com baterias simplificadas. Em alguns casos, o operador maneja as bombas continuamente numa velocidade variável (VFD) para evitar flutuações operacionais. Ao invés de desligar as bombas, as VFDs são usadas para minimizar as rotações por minuto de 30 rpm a 2 rpm. Essa estratégia evita que as máquinas fiquem ociosas e diminuam os gastos com combustível até certo ponto, particularmente quando a demanda pelo petróleo cru é baixa.
Com a eliminação da ineficiência, as emissões e o consumo de diesel podem reduzir até 60%, como demonstrado com uma bomba de impulsionador de deslocamento positivo de 200 hp do operador intermediário movendo óleo produzido do campo por tubulação para instalações de coleta. Nesse experimento, o pacote de automação energética permitiu que o PLC da bomba de impulsão se comunicasse com o gerador e automaticamente iniciasse/pausasse o fornecimento energético conforme necessidade. Já que a bomba só necessita de energia 10% do tempo, ela e o gerador permaneceram inativos 90% do tempo.

Um grande produtor da Permian Basin também reduziu significativamente a ineficiência através da aplicação da automação energética. Neste caso, os geradores a diesel estavam funcionando 24 horas por dias e sendo completamente ineficientes ao servir os cinco poços com bombas 40-hp operando de maneira desigual. Os níveis de sulfato de hidrogênio formados nos locais dos poços eram muito elevados para considerar a utilização de geradores de gás como uma opção economicamente viável. Como o objetivo do produtor era reduzir as despesas operacionais gerais, a opção de automação energética começou a ser considerada. Neste caso, cinco geradores de 60 KW com automação energética resultaram numa economia de 13.000 dólares por bomba, no período de seis meses. Isso reduziu os custos anuais com diesel em 50%, ou 130.000 dólares, nesses cinco locais. As emissões também foram reduzidas em mais de 50%, maximizando o tempo de atividade e estendendo os horários de manutenção do gerador.

Carga Nominal

Após uma análise detalhada, observou-se que as flutuações de carga nas operações nos campos de petróleo podem acarretar numa carga nominal dos geradores de 50%, por exemplo, num período de 8 a 10 horas por dia e menos de 1% para o resto do dia. Esse é um típico exemplo de como o operador pode se beneficiar da automação energética. Em outros cenários, a carga máxima do painel de controle das bombas fica em torno de 1.5 amps e 120 volts. Entretanto, se houver a necessidade de aumentar a carga para 25 amps a 120 volts, existem baterias disponíveis que proporcionam esse aumento.

Escalabilidade é uma consideração importante para a tendência evolutiva das instalações centrais, tanto quanto a necessidade de bateria dos grupos de geradores que fornecem energia para múltiplos poços. Na realidade, sistemas de energia sob demanda estão sendo desenvolvidos para locais centrais de tanques com fornecimento para até 250 poços, o que requer uma amperagem alta (por exemplo, 1.250 KW) proporcionada por grupos geradores múltiplos (por exemplo, cinco geradores de 250 KW). Esses geradores são mais eficientes quando apenas um é carregado de forma otimizada após uma inicialização de alta amperagem e os outros quatro são desligados ao invés de se tornarem ineficientes após a elevação dos níveis de operação. Os geradores precisam funcionar com uma porcentagem alta de carga; a inatividade com cargas baixas por longos períodos acarreta no acúmulo e emissão de carbono.

Os geradores usados para as horas de pico de energia nas operações dos campos petrolíferos são um motivo igualmente importante para a incorporação da energia sob demanda, para a operação eficiente de quatro geradores durante o horário de pico (por exemplo, duas horas). Após esse período, os outros três geradores são desligados enquanto o primeiro continua operante. Até o primeiro gerador pode ser desligado com a queda do depósito da bateria. Essa estratégia permite que a fila de operação seja equilibrada com a capacidade das máquinas, que opera com o mínimo de tempo, prolongando a vida útil da máquina e reduzindo os custos de manutenção.

Obrigatoriedade que afeta o andamento das operações, os requerimentos de redução de emissão são o principal motivo que levam à implementação da automação energética. A ordem da EPA Tier 4 tem padrões que exigem uma redução significativa da emissão de partículas e óxido de nitrogênio. Esses padrões regem a maioria das máquinas a diesel usadas no fornecimento de energia, incluindo os geradores de standby usados intermitentemente e instalados em locais de produção por, pelo menos, 12 meses. Um importante aspecto a ser considerado no padrão Tier 4 é a carga mínima requerida para manter as emissões dentro do limite estipulado. No antigo padrão Tier 3 os requerimentos eram apenas uma opção de redução de custo.

Considerando as ineficiências das máquinas típicas das operações de óleo e gás, os padrões Tier 4 reiteram a necessidade da redução do tempo ocioso, que é onde os benefícios da otimização da automação energética aparecem. A indústria certamente absorveu a automação do campo petrolífero para reduzir custos. As futuras aplicações benéficas da automação energética e da energia sob demanda incluem bombas de transferência nos tanques e sistemas de desidratação. Uma aplicação inédita da automação energética no campo petrolífero da Eagle Ford será liberada em breve.

Opções Eficientes

A evolução da automação nos campos petrolíferos está ocorrendo ao passo que mais operações de produção estão acontecendo fora da rede concessionária, demandando soluções temporárias de energia. As companhias de energia estão relutantes em construir redes de distribuição das suas subestações para novos ou expandidos campos, porque o investimento torna-se arriscado com preços mais baixos de combustíveis. Por exemplo, o retorno sobre o investimento das concessionárias de energia não justifica deixar 20MW de energia disponíveis enquanto o operador usa 2MW por apenas um curto período de tempo. Ao contrário desse contexto, soluções remotas de automação energética são opções práticas que adotam iniciativas de corte de gastos. Outros benefícios da automação, como monitoramento remoto e PLCs, já comuns nos campos petrolíferos, e aprimoramentos adicionais, como potência sob demanda e automação de energia, são uma solução viável para um gerador ou um conjunto de vários geradores.

Texto Original: http://www.epmag.com/power-automation-and-power-demand-deliver-multiple-benefits-1483371?domain=epmag.com#p=full

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