Energy efficiency in the oil & gas upstream industry. Full electric approach

Oil and gas companies operate within a very dynamic market characterized by the instability of the prices of the products sold, by a growing interest in sustainability issues and by a continuous demand for fossil fuels expected to grow continuously, although accompanied by a strong growth in demand of energy from renewable sources. Upstream plants, always equipped with a power generation station, that generates electricity and heat useful to satisfy plant demands for extraction and treatment activities, consume large quantities of fuel, usually natural gas, taken from the hydrocarbon stream extracted. Considering the current oil & gas framework, research for an efficient use of fuel is fundamental, having both an economic and an environmental impact. A different approach for plant configuration from the usual practice is studied in this work. It is called "full electric", since it is based not only on the optimization of electrical and heat generation, but also on the increase of the electrical connections inside the whole plant. The consequent increase in the electrical demand, especially due to the switching from the gas compressors mechanical drive to the electrical one, can allow the adoption of combined cycles in the, now more centralized, power generation station. A real off grid upstream plant, still in its project phase, is studied as field of application. Its power demands are evaluated during all its life cycle. Then a technical analysis is performed considering plant configuration with or without the full electric approach through a large number of detailed simulations of scenarios. Power generation design constraints compliance, to which this type of plants are subjected in order to ensure a continuous supply to the various units, is verified (for the conventional solution) or imposed (for the full electric solution). After the electrical plant distribution network study, an economical analysis is performed taking into account all the differences of the two solutions. The global increase of the energy efficiency achieved with the full electric solution determines a lower total cost related the power generation station and a decrease of emissions.

Le compagnie petrolifere operano all’interno di un mercato molto dinamico caratterizzato dall’instabilità dei prezzi dei prodotti venduti, da un crescente interesse verso tematiche di sostenibilità e da una continua richiesta di combustibili fossili prevista in continua crescita seppur affiancati da una forte crescita di richiesta di energia da fonti rinnovabili. Gli impianti di estrazione, sempre dotati di una sezione di produzione di potenza atta a generare elettricità e calore utili per il soddisfacimento delle richieste del campo per l’estrazione e il trattamento degli idrocarburi, consumano grandi quantità di combustibile, solitamente gas naturale prelevato dal quantitativo estratto. Considerando l’attuale contesto del mondo oil & gas si rivela fondamentale la ricerca verso un uso più efficiente possibile di tale combustibile, avendo sia un risvolto economico che ambientale. In questo lavoro viene studiato un approccio della configurazione impiantistica, differente dalla pratica usuale, chiamato “full electric”, in quanto, oltre a basarsi su un’ottimizzazione della generazione di elettricità e calore, prevede un aumento delle connessioni elettriche all’interno dell’intero impianto. L’aumento della richiesta elettrica, specialmente per la trazione dei compressori del gas elettrica anziché meccanica a vita inoltrata dell’impianto, può permettere l’adozione di cicli combinati all’interno della sezione della, ora più centralizzata, generazione di potenza. Prendendo in considerazione l’esempio reale di un impianto di estrazione ad isola, vengono determinate le richieste durante l’intero ciclo di vita dell’impianto. Attraverso la simulazione di una moltitudine di scenari viene eseguita un’analisi per entrambe le configurazioni, con e senza approccio full electric, verificando (per la soluzione convenzionale) o imponendo (per la soluzione full electric) il rispetto dei vincoli progettuali a cui tali impianti sono soggetti al fine di assicurare una continua fornitura alle varie unità. In seguito allo studio della modifica della rete elettrica di distribuzione dell’impianto, viene infine effettuata un’analisi economica tenendo in considerazione gli elementi di differenza. L’aumento di efficienza raggiunto con la soluzione full electric determina un minor costo complessivo totale della stazione di produzione di potenza ed una diminuzione delle emissioni.