采用電網(wǎng)供電替代柴油發(fā)電機(jī)，雖能有效減少碳排放，但電網(wǎng)容量限制、審批流程復(fù)雜以及成本問題，仍是當(dāng)前推廣這一模式面臨的主要障礙。
在脫碳目標(biāo)與運(yùn)營(yíng)效率提升的雙重驅(qū)動(dòng)下，鉆井平臺(tái)電力系統(tǒng)正迎來變革浪潮。對(duì)于鉆井承包商而言，這一變革的核心體現(xiàn)為：他們正越來越多地應(yīng)用各類技術(shù)，以降低鉆井平臺(tái)對(duì)傳統(tǒng)柴油發(fā)電機(jī)的依賴。尤其在美國(guó)，大規(guī)模鉆井項(xiàng)目與不斷更新的排放法規(guī)相互疊加，鉆井平臺(tái)電氣化已成為孕育創(chuàng)新的重要契機(jī)。
盡管這類替代性鉆井平臺(tái)電力系統(tǒng)中的不少技術(shù)已問世多年，但要將其規(guī)模化應(yīng)用——達(dá)到既能顯著減少碳排放、又能大幅降低成本的水平，仍面臨不小挑戰(zhàn)。區(qū)域電網(wǎng)容量限制、基礎(chǔ)設(shè)施兼容性問題、審批流程復(fù)雜性，以及全生命周期總成本，均是目前亟待突破的障礙。而要掃清這些障礙，推動(dòng)作業(yè)商、鉆井商、原始設(shè)備制造商（OEM）與公用事業(yè)服務(wù)商建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，將起到關(guān)鍵作用。
坎瑞格鉆井技術(shù)公司電力管理與控制全球產(chǎn)品經(jīng)理拉米?巴爾庫(kù)尼表示：“所有利益相關(guān)方——鉆井商、作業(yè)商、公用事業(yè)服務(wù)商——都清楚電氣化面臨的挑戰(zhàn)與風(fēng)險(xiǎn)，但同時(shí)也看到了其中潛藏的潛在效益與雙贏可能。若想充分發(fā)揮這些效益，電網(wǎng)方面需加大投資，提升電力輸送容量；作業(yè)商則應(yīng)主動(dòng)與電網(wǎng)方溝通鉆井計(jì)劃，同時(shí)為鉆井承包商提供激勵(lì)，推動(dòng)鉆井平臺(tái)電氣化落地。”
目前，鉆井平臺(tái)主要依靠公用電網(wǎng)供電的模式，在很大程度上仍僅限于那些靠近現(xiàn)有電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施的平臺(tái)，這類平臺(tái)通常位于城鎮(zhèn)區(qū)域。即便如此，行業(yè)內(nèi)也普遍認(rèn)為，部分電網(wǎng)的配置無法確保始終提供充足容量以滿足鉆井平臺(tái)的用電需求。若電網(wǎng)無法保障穩(wěn)定供電，作業(yè)商可能會(huì)完全放棄使用網(wǎng)電——因?yàn)樵阢@井作業(yè)過程中切換至柴油發(fā)電機(jī)供電并不現(xiàn)實(shí)：切換操作意味著鉆井平臺(tái)需徹底斷電，而即便僅斷電幾分鐘，也可能引發(fā)井控安全問題。
2023年，帕特森-UTI公司在美國(guó)二疊紀(jì)盆地的一臺(tái)陸地鉆井平臺(tái)上，將其電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）“EcoCell”與自主研發(fā)的電網(wǎng)過渡撬裝設(shè)備“GridAssist”相結(jié)合，為陸地鉆井平臺(tái)獲取電網(wǎng)電力邁出了重要一步。該系統(tǒng)成功構(gòu)建了低碳備用電源，可對(duì)電網(wǎng)電力進(jìn)行補(bǔ)充，從而讓電網(wǎng)供電成為更受作業(yè)商青睞的選擇。
帕特森-UTI公司電力系統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)高級(jí)經(jīng)理馬塞爾?斯奈德表示：“多年來，我們一直在推進(jìn)鉆井平臺(tái)電氣化。但我們發(fā)現(xiàn)，就電網(wǎng)供電而言，當(dāng)前電網(wǎng)的負(fù)荷壓力達(dá)到了前所未有的水平。要讓公用事業(yè)服務(wù)商為鉆井平臺(tái)分配項(xiàng)目所需的電力額度，難度不小。” 他指出，通過降低峰值用電量、實(shí)現(xiàn)從電網(wǎng)獲取更穩(wěn)定的電力消耗，這一難題便可得到規(guī)避。
核能在海上場(chǎng)景也逐漸引發(fā)關(guān)注，原因在于其碳排放低且能量密度高。據(jù)美國(guó)核能研究所數(shù)據(jù)顯示，一枚鈾燃料芯塊產(chǎn)生的能量，相當(dāng)于149加侖（約564升）石油或1.7萬立方英尺（約481立方米）天然氣產(chǎn)生的能量。核能推進(jìn)技術(shù)已在各國(guó)國(guó)有貨輪和破冰船上應(yīng)用數(shù)十年，但尚未在鉆井平臺(tái)等商業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)落地。
英國(guó)勞氏船級(jí)社正與能源行業(yè)各利益相關(guān)方合作，為在商業(yè)船舶應(yīng)用中采用核反應(yīng)堆制定可行路徑——該機(jī)構(gòu)認(rèn)為，未來15年內(nèi)這一路徑有望成為現(xiàn)實(shí)。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)（尤其是規(guī)?；瘧?yīng)用），行業(yè)仍需解決監(jiān)管管控與技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施相關(guān)的各類問題。其中，除了需制定核反應(yīng)堆設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)外，建立完善的核廢料處理基礎(chǔ)設(shè)施也至關(guān)重要。
英國(guó)勞氏船級(jí)社風(fēng)險(xiǎn)與監(jiān)管咨詢首席工程師彼得?華萊士表示：“監(jiān)管機(jī)構(gòu)最看重的便是標(biāo)準(zhǔn)化。”他指出，船舶行業(yè)的原始設(shè)備制造商（OEM）已在探索標(biāo)準(zhǔn)化方案，以批量建造核反應(yīng)堆。“我認(rèn)為，若沒有標(biāo)準(zhǔn)化，核反應(yīng)堆的規(guī)?；瘧?yīng)用便無從談起。單個(gè)反應(yīng)堆機(jī)組及其相關(guān)系統(tǒng)的資質(zhì)認(rèn)證與許可審批流程耗時(shí)過長(zhǎng)，難以支撐規(guī)模化推進(jìn)。”
電網(wǎng)與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)
公用電網(wǎng)供電的碳強(qiáng)度低于傳統(tǒng)井場(chǎng)發(fā)電模式，還具備成本節(jié)約、噪音降低等額外優(yōu)勢(shì)。如今，壓氣站、生產(chǎn)井等眾多永久性設(shè)施已主要采用電網(wǎng)供電，且供電系統(tǒng)中往往包含可再生能源成分。
圖1 帕特森-UTI公司的 EcoCell電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與Grid-Assist電網(wǎng)過渡設(shè)備組合，現(xiàn)部署于美國(guó)新墨西哥州現(xiàn)場(chǎng)——該組合系統(tǒng)最初于2023年在此地投入應(yīng)用。目前，這套組合系統(tǒng)已在新墨西哥州的兩臺(tái)鉆井平臺(tái)上穩(wěn)定運(yùn)行。
然而，盡管電網(wǎng)供電潛力顯著，采用傳統(tǒng)柴油發(fā)電以外模式的鉆井平臺(tái)占比仍相對(duì)較低。原因之一在于，隨著油氣田開發(fā)程度不斷加深，為鉆井平臺(tái)這類需求不穩(wěn)定的臨時(shí)設(shè)施獲取充足電力容量，難度正逐漸加大。這是因?yàn)椋S著生產(chǎn)井投產(chǎn)、新增管道建成，油氣田的電力需求通常會(huì)持續(xù)上升，但公用事業(yè)服務(wù)商在供電優(yōu)先級(jí)上，往往會(huì)將半永久性設(shè)施置于鉆井平臺(tái)這類移動(dòng)設(shè)施之前。
此外，大多數(shù)公用電網(wǎng)容量不足，成為鉆井平臺(tái)廣泛采用電網(wǎng)供電的另一大障礙。公用事業(yè)服務(wù)商投資不足且負(fù)荷預(yù)測(cè)不夠精準(zhǔn)，導(dǎo)致許多電網(wǎng)難以滿足鉆井作業(yè)及其他工業(yè)用途（如制造業(yè)、電動(dòng)汽車充電、數(shù)據(jù)中心）日益增長(zhǎng)的用電需求。
帕特森-UTI公司通過將EcoCell電池儲(chǔ)能技術(shù)與GridAssist電網(wǎng)過渡技術(shù)結(jié)合使用，成功克服了這些挑戰(zhàn)。這一集成應(yīng)用需額外配置定制化硬件——包括一臺(tái)便攜式變電站和GridAssist過渡撬裝設(shè)備，這些設(shè)備可實(shí)現(xiàn)電池與公用電網(wǎng)、鉆井平臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)之間的互聯(lián)互通。該配置能將從電網(wǎng)取用的電力控制在預(yù)設(shè)范圍內(nèi)（通常由作業(yè)商提交申請(qǐng)后，公用事業(yè)服務(wù)商針對(duì)每次鉆井平臺(tái)遷址設(shè)定用電限額）；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)“削峰”功能：當(dāng)電網(wǎng)供電緊張時(shí)，系統(tǒng)可從電池儲(chǔ)能設(shè)備取電，必要時(shí)也可切換至柴油發(fā)電機(jī)供電。
圖2 開關(guān)柜過渡撬裝設(shè)備（如圖所示）用于容納將公用電網(wǎng)與電池儲(chǔ)能系統(tǒng)連接起來的開關(guān)柜。
這一系統(tǒng)為鉆井平臺(tái)的能源使用構(gòu)建了一套全新的供能優(yōu)先級(jí)體系：公用電網(wǎng)取代柴油發(fā)電機(jī)，成為鉆井平臺(tái)的主要供電來源。若電網(wǎng)因供電中斷或其他因素?zé)o法提供充足電力，或鉆井平臺(tái)用電需求超出電網(wǎng)設(shè)定的限額，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)將作為補(bǔ)充電源投入使用；若這兩類電源仍無法滿足需求，柴油發(fā)電機(jī)才會(huì)啟動(dòng)運(yùn)行。
該系統(tǒng)還徹底改變了傳統(tǒng)電池儲(chǔ)能系統(tǒng)（BESS）的供能邏輯——傳統(tǒng)模式下，電池需依靠發(fā)電機(jī)消耗多余電力來充電，而在這套系統(tǒng)中，電池的充電電力完全來自電網(wǎng)。
斯奈德先生表示：“借助GridAssist技術(shù)，我們可將電網(wǎng)供電量控制在任意所需額度。比如，我們可能從一個(gè)電網(wǎng)供電充足的鉆井區(qū)塊，轉(zhuǎn)移到另一個(gè)僅能提供1至2兆瓦電力的區(qū)塊作業(yè)。”他進(jìn)一步補(bǔ)充道：“此外，鉆井平臺(tái)的用電需求波動(dòng)極大：起吊作業(yè)時(shí)，電力消耗會(huì)突然攀升至數(shù)兆瓦；作業(yè)停止后，耗電量又會(huì)降至極低水平。因此，只要我們的用電需求未超過電網(wǎng)供電能力，就能完全依靠電網(wǎng)運(yùn)行，并利用電網(wǎng)的多余電力為電池充電；當(dāng)用電需求超過電網(wǎng)承載上限時(shí)，我們則可啟用其他備用電源。”
GridAssist系統(tǒng)中的便攜式變電站需先將公用電網(wǎng)輸送來的線路電壓降低，再將電力輸送至過渡撬裝設(shè)備。該撬裝設(shè)備位于發(fā)電機(jī)、電池與變頻驅(qū)動(dòng)（VFD）柜之間——其中，變頻驅(qū)動(dòng)柜負(fù)責(zé)控制鉆井平臺(tái)各設(shè)備（如泥漿泵、絞車、頂驅(qū)）所用電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速與功率輸出。
斯奈德先生表示，GridAssist撬裝設(shè)備的存在十分必要，原因在于變頻驅(qū)動(dòng)柜的空間有限：這類柜體最初的設(shè)計(jì)用途僅為適配柴油發(fā)電機(jī)，無法容納額外設(shè)備。而帕特森-UTI公司需要一個(gè)額外的組件來安放開關(guān)柜，以實(shí)現(xiàn)公用電網(wǎng)與電池、發(fā)電機(jī)之間的連接。
圖3 作為公用電網(wǎng)、電池儲(chǔ)能系統(tǒng)與柴油發(fā)電機(jī)之間的連接樞紐，GridAssist設(shè)備改變了鉆井平臺(tái)傳統(tǒng)配置中的供能優(yōu)先級(jí)體系。在該系統(tǒng)中，公用電網(wǎng)是鉆井平臺(tái)的主要供電來源，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)作為第一備用電源，而柴油發(fā)電機(jī)則作為最后的保障電源投入使用。
“這些年來，我們一直在想辦法在變頻驅(qū)動(dòng)（VFD）柜內(nèi)部容納更多設(shè)備，但久而久之就會(huì)遇到空間瓶頸，” 他稱：”柜內(nèi)原本就裝有發(fā)電機(jī)斷路器，根本無法再額外塞進(jìn)一個(gè)5000安培的電網(wǎng)斷路器、一個(gè)電池專用斷路器，以及配套的所有控制裝置和過濾器。因此，將這些設(shè)備整合到一個(gè)獨(dú)立的撬裝設(shè)備中至關(guān)重要。雖然這需要占用一定空間，但我們發(fā)現(xiàn)，鉆井區(qū)塊的場(chǎng)地限制并沒有嚴(yán)格到無法容納一個(gè)額外撬裝設(shè)備的程度。”
斯奈德先生還強(qiáng)調(diào)，該系統(tǒng)的自動(dòng)化功能也十分關(guān)鍵，其目的是避免增加鉆井人員的工作負(fù)擔(dān)。發(fā)電機(jī)與電池的供電柜信號(hào)會(huì)傳輸至鉆井平臺(tái)的自動(dòng)化系統(tǒng)和控制系統(tǒng)；鉆井人員的操作界面也已更新，可實(shí)時(shí)顯示新電力系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。除“設(shè)定電網(wǎng)供電限額”這一項(xiàng)操作外，其余所有流程均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。
“鉆井平臺(tái)維持充足供電所需的各項(xiàng)操作均已實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化：電池充放電的電量調(diào)節(jié)是自動(dòng)的；發(fā)電機(jī)的啟停、負(fù)載控制也是自動(dòng)的。一旦出現(xiàn)用電需求上升的情況，電池會(huì)自動(dòng)提供額外電力。所有這些流程都在后臺(tái)自動(dòng)運(yùn)行，鉆井人員無需額外關(guān)注——他們只需專注于操控鉆井工具、絞車和泥漿泵即可，并且完全可以放心，這些作業(yè)所需的電力會(huì)始終充足。” 斯奈德先生說道。
EcoCell電池儲(chǔ)能技術(shù)與GridAssist電網(wǎng)過渡技術(shù)的集成應(yīng)用，最初于2022年在帕特森-UTI公司位于休斯頓的建造與測(cè)試基地完成測(cè)試，次年便在新墨西哥州的一臺(tái)陸地鉆井平臺(tái)上投入實(shí)際應(yīng)用。初步應(yīng)用數(shù)據(jù)顯示，該鉆井平臺(tái)在一年間的不同作業(yè)地點(diǎn)，面對(duì)0.5兆瓦至4兆瓦范圍內(nèi)的各類電網(wǎng)供電額度，均能實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)運(yùn)行。
例如，在一次起下鉆作業(yè)中，鉆井平臺(tái)需從約1.6萬英尺（約4877米）的井下起鉆，此時(shí)絞車產(chǎn)生的高電力需求超出了電網(wǎng)的供電能力。當(dāng)鉆井人員開始起吊鉆具時(shí)，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)釋放額外電力，在電網(wǎng)實(shí)際耗電量與供電限額之間形成緩沖。而在立柱起吊的間隔期間，隨著游車組下放，電池儲(chǔ)能系統(tǒng)會(huì)緩慢充電，補(bǔ)充起吊過程中消耗的電能?？傮w來看，在電網(wǎng)供電限額設(shè)定為1.5兆瓦的情況下，該鉆井平臺(tái)87%的作業(yè)無需依賴柴油發(fā)電機(jī)即可完成。
在測(cè)試期間，新墨西哥州的這臺(tái)鉆井平臺(tái)在多數(shù)作業(yè)地點(diǎn)可獲取約2兆瓦的電網(wǎng)供電。在此條件下，平臺(tái)98%的作業(yè)都無需依靠發(fā)電機(jī)便能完成。
截至2025年7月，EcoCell與GridAssist的組合系統(tǒng)已在新墨西哥州的兩臺(tái)鉆井平臺(tái)上投入運(yùn)行。斯奈德先生表示，帕特 -UTI公司正與作業(yè)商探討擴(kuò)大該系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，計(jì)劃覆蓋二疊紀(jì)盆地及其他區(qū)域。
“目前存在大量應(yīng)用機(jī)遇。” 他解釋稱：“核心場(chǎng)景其實(shí)很明確：即存在電網(wǎng)供電，但供電量未必能始終滿足鉆井平臺(tái)的需求。我們正在與多個(gè)鉆井活動(dòng)密集的區(qū)域展開洽談，比如阿巴拉契亞地區(qū)、落基山脈以及得克薩斯州的不同區(qū)域。”
鉆井平臺(tái)電氣化的規(guī)?；七M(jìn)
盡管陸地鉆井平臺(tái)采用公用電網(wǎng)供電的理念已存在十余年，但該模式仍相對(duì)少見，在偏遠(yuǎn)油田尤為如此——這些地區(qū)的基礎(chǔ)設(shè)施條件、審批流程復(fù)雜性及供電可靠性，均構(gòu)成了顯著障礙。
目前尚無官方統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)追蹤美國(guó)本土48州接入公用電網(wǎng)的鉆井平臺(tái)數(shù)量。不過，坎瑞格鉆井技術(shù)公司能源轉(zhuǎn)型高級(jí)產(chǎn)品線經(jīng)理卡羅萊娜?斯托普科斯基估算，當(dāng)前僅有約20%至25%的在運(yùn)營(yíng)鉆井平臺(tái)接入高壓電網(wǎng)。她表示，要實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)供電鉆井平臺(tái)的規(guī)模化發(fā)展，需構(gòu)建一個(gè)能更好地激勵(lì)作業(yè)商與鉆井承包商雙方的生態(tài)體系。
“作為承包商與技術(shù)提供商，我們需承擔(dān)鉆井平臺(tái)電氣化所需的設(shè)備成本，以及將這些設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)整合的成本，” 她解釋道：“而作業(yè)商則需承擔(dān)規(guī)劃成本、電力采購(gòu)成本，以及與公用事業(yè)服務(wù)商溝通的成本——包括告知服務(wù)商作業(yè)地點(diǎn)及所需電力額度。如今的電力輸送成本雖較10年前有所下降，但整體仍偏高。只有讓這一模式具備成本效益，我們才能推動(dòng)其規(guī)?；l(fā)展。”
對(duì)于納博斯工業(yè)公司的子公司坎瑞格而言，在構(gòu)建上述生態(tài)體系的過程中，確保成本確定性是核心優(yōu)先事項(xiàng)。巴爾庫(kù)尼先生表示，電網(wǎng)供電設(shè)施的規(guī)劃流程仍耗時(shí)且復(fù)雜，這最終導(dǎo)致針對(duì) “鉆井平臺(tái)電網(wǎng)供電配套技術(shù)” 的大規(guī)模投資意愿受挫。盡管不同轄區(qū)的規(guī)劃流程存在差異，但通常情況下，作業(yè)商會(huì)先選定擬實(shí)現(xiàn)電氣化的鉆井區(qū)塊，隨后向公用事業(yè)服務(wù)商提交該區(qū)塊的鉆井計(jì)劃，并申請(qǐng)所需的供電額度。
這一申請(qǐng)的審批流程可能需要很長(zhǎng)時(shí)間才能完成——巴爾庫(kù)尼先生稱，根據(jù)涉及的公用事業(yè)服務(wù)商及相關(guān)監(jiān)管機(jī)構(gòu)的不同，審批周期可能在8至14個(gè)月之間。這些監(jiān)管機(jī)構(gòu)包括得克薩斯州鐵路委員會(huì)、得克薩斯電力可靠性委員會(huì)等；此外，根據(jù)作業(yè)商鉆井平臺(tái)電氣化所在的城市轄區(qū)不同，還可能涉及其他公用事業(yè)公司及地區(qū)政府監(jiān)管機(jī)構(gòu)。
若按“逐個(gè)區(qū)塊”推算這一審批時(shí)間，將難以高效推進(jìn)整個(gè)油田的電氣化開發(fā)——尤其是當(dāng)一個(gè)油田包含10至20個(gè)鉆井區(qū)塊時(shí)，因?yàn)槊總€(gè)區(qū)塊的供電申請(qǐng)都需單獨(dú)審批。巴爾庫(kù)尼先生指出，作業(yè)商與鉆井商需與美國(guó)各州監(jiān)管機(jī)構(gòu)及公用事業(yè)服務(wù)商開展合作，簡(jiǎn)化這一審批流程，這一點(diǎn)至關(guān)重要。
他認(rèn)為，美國(guó)部分公用事業(yè)服務(wù)商確實(shí)會(huì)為同一油田內(nèi)的多個(gè)鉆井區(qū)塊，提供“多區(qū)塊”或“走廊式”的基礎(chǔ)設(shè)施供電方案。但這種方案能否落地，在很大程度上取決于公用事業(yè)服務(wù)商、申請(qǐng)所在州的政策，以及作業(yè)商開發(fā)計(jì)劃的規(guī)模。而針對(duì)不同油田的多個(gè)區(qū)塊提供“多區(qū)塊申請(qǐng)”服務(wù)的情況，目前仍十分罕見。
“試想一下，若無需逐個(gè)區(qū)塊提交申請(qǐng)，而是可以為整個(gè)油田申請(qǐng)供電，或是作業(yè)商能一次性為多個(gè)未必位于同一油田的區(qū)塊提交一份申請(qǐng)——這將催生一種更具規(guī)劃性的推進(jìn)模式，所有審批流程可一次性完成。因?yàn)槲覀兡芨绱_定未來這些區(qū)域的用電需求，鉆井承包商也就能直接投資為鉆井平臺(tái)加裝電氣化設(shè)備，而非將其作為第三方附加服務(wù)來采購(gòu)。”
這類電氣化設(shè)備包括坎瑞格公司的PowerTAP變壓器模塊——該設(shè)備于2022年首次投入應(yīng)用。該系統(tǒng)可調(diào)節(jié)輸入的高壓電網(wǎng)電壓，使其與鉆井平臺(tái)的用電電壓相匹配，并實(shí)現(xiàn)公用電網(wǎng)與鉆井平臺(tái)動(dòng)力室的電力整合。此模塊安裝在鉆井平臺(tái)動(dòng)力室旁，通過一根與電線桿并行的中壓卷盤式電纜接入高壓電網(wǎng)。
對(duì)于采用公用電網(wǎng)供電的鉆井平臺(tái)而言，PowerTAP這類系統(tǒng)通常是必備的——它能實(shí)現(xiàn)平臺(tái)在高壓電網(wǎng)與發(fā)電機(jī)供電之間的切換。在鉆井平臺(tái)遷址過程中，出于供電時(shí)序安排、公用事業(yè)服務(wù)商啟停供電服務(wù)等原因，可能需要暫時(shí)僅依靠發(fā)電機(jī)供電。此外，當(dāng)電網(wǎng)供電中斷，或鉆井作業(yè)用電需求超出電網(wǎng)供電能力時(shí)，也需啟用發(fā)電機(jī)供電。
鉆井承包商需要獲得足夠激勵(lì)，才會(huì)投入資金為鉆井平臺(tái)加裝PowerTAP這類改造系統(tǒng)，部分原因在于電網(wǎng)供電審批流程存在不確定性。斯托普科斯基女士表示，若作業(yè)商能通過一份許可就完成整個(gè)油田開發(fā)的電網(wǎng)供電審批，將有望激勵(lì)鉆井承包商加大改造投入。
“作業(yè)商與鉆井承包商的激勵(lì)點(diǎn)存在差異。” 她解釋道：“作業(yè)商的激勵(lì)點(diǎn)很明確——他們每天都能切實(shí)看到凈成本節(jié)約，因?yàn)椴裼拖某杀窘档土?。鉆井承包商也有激勵(lì)點(diǎn)——部分設(shè)備的使用頻率下降，從而節(jié)省維護(hù)成本，但這種節(jié)約并非日常可見。如果作業(yè)商僅在零星幾個(gè)區(qū)塊聘用承包商作業(yè)，那么承包商能獲得的收益十分有限，這對(duì)推動(dòng)電氣化規(guī)?；l(fā)展并無幫助。”
要推動(dòng)鉆井平臺(tái)電氣化規(guī)?；l(fā)展，統(tǒng)一監(jiān)管要求同樣至關(guān)重要。例如，公用事業(yè)服務(wù)商對(duì)鉆井商接入電網(wǎng)的操作要求存在地區(qū)差異：部分轄區(qū)要求鉆井商將變壓器模塊與計(jì)量柜連接（計(jì)量柜用于統(tǒng)計(jì)傳輸至變壓器的電量），而其他轄區(qū)則無此要求；部分轄區(qū)要求安裝可視化斷開裝置（如負(fù)荷切斷式電網(wǎng)隔離開關(guān)），其他轄區(qū)同樣不做強(qiáng)制規(guī)定。
斯托普科斯基女士指出，鑒于美國(guó)各轄區(qū)監(jiān)管體系錯(cuò)綜復(fù)雜（不同公用事業(yè)服務(wù)商的工作重點(diǎn)各異），統(tǒng)一這些要求存在一定難度，但推進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)化對(duì)電氣化規(guī)?；l(fā)展將大有裨益。
“鉆井平臺(tái)本質(zhì)上是可移動(dòng)設(shè)備，我們會(huì)將其從一個(gè)偏遠(yuǎn)區(qū)域轉(zhuǎn)移到另一個(gè)偏遠(yuǎn)區(qū)域，其設(shè)計(jì)初衷就是作為’獨(dú)立發(fā)電站’使用。” 她表示，一旦涉及直接接入電網(wǎng)的監(jiān)管問題，難點(diǎn)就在于不同轄區(qū)對(duì)電氣規(guī)范和電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的解讀與要求各不相同，這讓可移動(dòng)鉆井平臺(tái)的合規(guī)規(guī)劃變得復(fù)雜。統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)將帶來極大幫助，因?yàn)檫@樣一來，設(shè)備整合的成本能立刻明確。如果公用事業(yè)服務(wù)商提出的各類特殊要求導(dǎo)致投資回報(bào)率無法最大化，那么（鉆井商進(jìn)行電氣化改造的）動(dòng)力就會(huì)消失。
海上鉆井平臺(tái)能否采用核能供電？
油氣勘探開發(fā)業(yè)務(wù)脫碳面臨的挑戰(zhàn)規(guī)模之大，使得所有方案都被納入考量范圍，核能也不例外。英國(guó)勞氏船級(jí)社的華萊士先生表示，目前行業(yè)正研發(fā)先進(jìn)核技術(shù)，這類技術(shù)或可安全應(yīng)用于新一代船舶（包括鉆井平臺(tái)）。他進(jìn)一步補(bǔ)充稱，事實(shí)上，核能在近期內(nèi)就可能成為海上油氣領(lǐng)域的可行選擇，并預(yù)測(cè)到2040年，核反應(yīng)堆有望成為海上鉆井平臺(tái)供電的現(xiàn)實(shí)方案。
“核能供電的資金投入與組織實(shí)施問題終將解決。” 他認(rèn)為，會(huì)有少數(shù)先行者率先采用。任何新技術(shù)的推廣都遵循這樣的規(guī)律：以電池儲(chǔ)能為例，2012年時(shí)它還屬于冷門技術(shù)，但到2015年，經(jīng)過第一波應(yīng)用推廣后，若在某些船舶領(lǐng)域不考慮使用電池，就不會(huì)被行業(yè)認(rèn)真對(duì)待。一旦核能供電迎來第一波甚至第二波應(yīng)用者，這類技術(shù)就有望成為‘現(xiàn)成可用’的成熟方案。”
華萊士先生表示，核能對(duì)海上行業(yè)的優(yōu)勢(shì)顯而易見，尤其是相較于為發(fā)電機(jī)供能的傳統(tǒng)化石燃料，核能具有更高的能量密度。這種更高的能量密度意味著，海上平臺(tái)無需頻繁補(bǔ)充燃料，就能實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期運(yùn)行。
“核能帶來的一大改變是，燃料補(bǔ)給的問題會(huì)突然消失。渦輪機(jī)械可以連續(xù)運(yùn)行數(shù)年，一臺(tái)核燃?xì)廨啓C(jī)甚至能不間斷運(yùn)行5到7年。”盡管態(tài)度樂觀，但華萊士先生也承認(rèn)，要讓行業(yè)真正在鉆井平臺(tái)上應(yīng)用核反應(yīng)堆，仍需在技術(shù)與監(jiān)管兩大層面完成多項(xiàng)工作。
圖4 英國(guó)勞氏船級(jí)社表示，未來15年內(nèi)，核反應(yīng)堆有望成為幫助船舶（包括海上鉆井平臺(tái)）脫碳的可行方案。值得關(guān)注的三類潛在反應(yīng)堆類型如下：一是微型反應(yīng)堆，這類反應(yīng)堆中會(huì)用到核熱管，其作用是作為被動(dòng)式傳熱裝置；二是熔鹽反應(yīng)堆），該類反應(yīng)堆利用溶解在熔融氟化物鹽混合液中的鈾產(chǎn)生熱量；三是壓水反應(yīng)堆，以鈾為燃料實(shí)現(xiàn)熱量生成。
在技術(shù)層面，當(dāng)前面臨的挑戰(zhàn)是提升現(xiàn)有核反應(yīng)堆技術(shù)的成熟度。華萊士先生表示，目前有三類潛在的反應(yīng)堆類型值得關(guān)注。第一類是微型反應(yīng)堆，這類反應(yīng)堆會(huì)用到核熱管，其作用為被動(dòng)式傳熱裝置。在微型反應(yīng)堆的堆芯內(nèi)，鈾作為燃料，通過受控的核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)產(chǎn)生熱量；隨后，這些熱量會(huì)傳遞至反應(yīng)堆內(nèi)的工質(zhì)中，進(jìn)而可用于轉(zhuǎn)化為電能。
第二類是熔鹽反應(yīng)堆，該類反應(yīng)堆利用溶解在熔融氟化物鹽混合液中的鈾產(chǎn)生熱量。其中，熔融鹽兼具冷卻劑與慢化劑的功能，能夠維持核裂變鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的持續(xù)進(jìn)行；熱量隨后傳遞至工質(zhì)，工質(zhì)再通過相關(guān)設(shè)備轉(zhuǎn)化為電能。
第三類是壓水反應(yīng)堆，以鈾為燃料產(chǎn)生熱量。隨后，這些熱量會(huì)傳遞至冷卻劑（通常為水）中。由于反應(yīng)堆容器內(nèi)維持著高壓狀態(tài)，受熱后的冷卻劑能在高溫下保持液態(tài)。這些熱量隨后可轉(zhuǎn)化為電能。
華萊士先生表示，某類反應(yīng)堆是否最適配海上鉆井等特定海上應(yīng)用場(chǎng)景，取決于相關(guān)利益方的偏好。需要考量的因素包括：在海上設(shè)施中安裝某類反應(yīng)堆的成本、反應(yīng)堆的建造難易程度，以及產(chǎn)生特定發(fā)電量所需的反應(yīng)堆規(guī)模。他指出，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，這些問題的答案將更加清晰。
無論選擇哪種反應(yīng)堆類型，當(dāng)前的挑戰(zhàn)未必在于反應(yīng)堆本身的研發(fā)。例如，行業(yè)還需著力研發(fā)反應(yīng)堆所需的燃料。若石油、天然氣等工業(yè)領(lǐng)域廣泛采用核反應(yīng)堆，能源需求的增長(zhǎng)將推動(dòng)相關(guān)鈾礦開采量的提升。
鈾的處理，或許更重要的是核廢料的處理，構(gòu)成了額外的挑戰(zhàn)。放射性廢料的處置需要安全且可持續(xù)的解決方案，以防止環(huán)境污染。與內(nèi)燃機(jī)、電池會(huì)產(chǎn)生廢棄物一樣，核反應(yīng)堆也會(huì)產(chǎn)生廢料流。但核反應(yīng)堆產(chǎn)生的廢料有其獨(dú)特性：體積小、密封性好，且其放射性可被精確測(cè)量。相較于其他技術(shù)產(chǎn)生的廢料，這使得核廢料的處理與處置能實(shí)現(xiàn)更高程度的可控性。
目前已有多項(xiàng)針對(duì)核廢料處置的監(jiān)管準(zhǔn)則。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)已制定放射性廢料處置安全標(biāo)準(zhǔn)，成員國(guó)均需遵守這些標(biāo)準(zhǔn)，以保障人類健康與環(huán)境安全。歐盟《2011/70/Euratom號(hào)指令》則建立了共同體層面的框架，規(guī)范乏燃料與放射性廢料的負(fù)責(zé)任、安全管理。在美國(guó)，放射性廢料的監(jiān)管由美國(guó)核管理委員會(huì)及各州機(jī)構(gòu)共同負(fù)責(zé)。
然而，華萊士先生表示，目前仍缺乏足夠的處置設(shè)施來滿足日益增長(zhǎng)的儲(chǔ)存需求——不過歐盟已在推進(jìn)多個(gè)項(xiàng)目，試圖改變這一現(xiàn)狀。
例如，芬蘭將憑借其昂卡洛設(shè)施，成為全球首個(gè)擁有永久性核廢料深層地質(zhì)處置庫(kù)的國(guó)家。該處置庫(kù)預(yù)計(jì)于今年年底或2026年初投入使用，將高放射性乏燃料儲(chǔ)存在防水容器中，再將容器埋入地下400多米深的基巖中。這些容器將被隔離并在地下保存10萬年。
法國(guó)放射性廢物管理機(jī)構(gòu)計(jì)劃于2027年啟動(dòng)其希日奧深層地質(zhì)處置設(shè)施的建設(shè)，高放射性廢物將被儲(chǔ)存在地下500米處。這些未來的歐洲處置設(shè)施將獲得民用反應(yīng)堆乏燃料處置許可，而海上鉆井這類商業(yè)海洋應(yīng)用中可能使用的核反應(yīng)堆，正屬于民用反應(yīng)堆范疇。
美國(guó)擁有全球目前唯一一座可接收各類核廢料的深層地質(zhì)處置場(chǎng)——位于新墨西哥州的廢物隔離試驗(yàn)工廠）。但該處置場(chǎng)僅儲(chǔ)存與國(guó)防相關(guān)的超鈾廢物（即被比鈾重的核元素污染的廢物）。這類超鈾廢物通常是核武器生產(chǎn)及相關(guān)活動(dòng)的副產(chǎn)品，而乏燃料則主要由核反應(yīng)堆產(chǎn)生。
據(jù)美國(guó)政府問責(zé)局?jǐn)?shù)據(jù)，美國(guó)商業(yè)核電站產(chǎn)生的乏燃料已超過9萬噸。然而，美國(guó)政府尚未為這類廢物修建永久性地質(zhì)處置庫(kù)。因此，目前美國(guó)核電站儲(chǔ)存的乏燃料數(shù)量正以每年約2000噸的速度增長(zhǎng)。此前，美國(guó)曾計(jì)劃在內(nèi)華達(dá)州擬建的尤卡山處置場(chǎng)修建商業(yè)用核廢料處置設(shè)施，但該計(jì)劃因州政府與聯(lián)邦政府的反對(duì)而受阻。
華萊士先生表示，若要讓核能在海上鉆井領(lǐng)域真正落地，建設(shè)此類核廢料長(zhǎng)期處置基礎(chǔ)設(shè)施將至關(guān)重要。
“若小型核反應(yīng)堆得以推廣，就必然會(huì)涉及核燃料的使用，以及需要處理的核廢料。歐盟已明確，長(zhǎng)期來看這是一個(gè)關(guān)鍵問題，且已有多個(gè)歐盟國(guó)家在推進(jìn)處置設(shè)施建設(shè)，或有多個(gè)設(shè)施正處于不同的許可審批階段。而目前美國(guó)市場(chǎng)尚未達(dá)到這一水平——在美國(guó)，甚至在獲取核反應(yīng)堆許可之前，就必須先制定好核廢料處置與反應(yīng)堆退役計(jì)劃。”
英國(guó)勞氏船級(jí)社目前正與能源行業(yè)相關(guān)利益方合作，針對(duì)兩方面內(nèi)容開展全面評(píng)估：一是核燃料的生產(chǎn)與供應(yīng)，二是當(dāng)前正處于研發(fā)階段、用于船上發(fā)電的核反應(yīng)堆技術(shù)。
華萊士先生提及的此類項(xiàng)目中，有一項(xiàng)是與普羅迪吉清潔能源公司的合作——該項(xiàng)目旨在完成普羅迪吉可移動(dòng)式核電站全生命周期要求的制定工作。該項(xiàng)目于2025年3月首次公布，將為可移動(dòng)式核電站的海洋建造、海洋運(yùn)輸及集中式退役制定標(biāo)準(zhǔn)模型。計(jì)劃顯示，這些可移動(dòng)式核電站將于2030年前在加拿大部署。
這兩大機(jī)構(gòu)（英國(guó)勞氏船級(jí)社與普羅迪吉公司）期望通過該項(xiàng)目證明：一個(gè)國(guó)家無需對(duì)本國(guó)主權(quán)監(jiān)管框架進(jìn)行重大調(diào)整，就能實(shí)現(xiàn)可移動(dòng)式及浮動(dòng)式核電站技術(shù)的制造、部署、運(yùn)營(yíng)與退役全流程落地。
目前，普羅迪吉公司正與一家跨國(guó)礦業(yè)公司合作推進(jìn)首個(gè)可移動(dòng)式核電站項(xiàng)目，目標(biāo)是為加拿大一處大型偏遠(yuǎn)關(guān)鍵礦產(chǎn)礦區(qū)集群供電。該項(xiàng)目的可行性研究已在進(jìn)行中，研究?jī)?nèi)容包括收集場(chǎng)地與環(huán)境數(shù)據(jù)、開展原型測(cè)試項(xiàng)目，以及與當(dāng)?shù)卦∶裆鐓^(qū)開展溝通協(xié)作。
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