Generazione autonoma di energia elettrica nel deserto

Wintershall, una consociata di BASF, è passata da un impianto di generazione a gasolio ad uno a turbina a gas con generatore sincrono per fonire energia elettrica al proprio impianto gas-oil separation package (GOSP) di Nakhla, nel deserto libico. Il generatore sincrono personalizzato, che comprende un pacchetto di strumentazione e controllo, é stato realizzato da WEG, specialista mondiale nel campo degli azionamenti. Il risultato è un impianto di generazione autonomo che utilizza il gas associato proveniente dal GOSP, con conseguente riduzione dell'impatto ambientale e potenziamento della disponibilità dell'impianto stesso.

Wintershall, il maggior produttore tedesco a livello mondiale di petrolio e gas naturale, è attivo nel campo dell'esplorazione e trattamento del petrolio in Libia dal 1958. Oggi la società opera nel deserto libico 1.000 km a sud della capitale Tripoli con otto campi petroliferi onshore nelle concessioni C 96 e C 97. Wintershall possiede inoltre una partecipazione nella produzione della piattaforma offshore Al Jurf situata al largo della costa nord-occidentale e detiene una licenza per un'altra area esplorativa nella regione sud-orientale del paese. Wintershall, una delle maggiori società di estrazione presenti nel paese nordafricano, produce fino a 90.000 barili al giorno con una capacità annua massima di 30 milioni di barili. L'azienda opera inoltre come leader tecnologico nel settore dell'esplorazione e della produzione (E&P) locale. Invece di bruciare il gas che viene liberato durante la fase estrattiva, una pratica piuttosto comune, Wintershall segue una politica "no flaring" e tratta il gas in modo estensivo, riducendo in tal modo significativamente le emissioni di CO2 in Libia.

Sfruttamento dell'energia disponibile

La domanda di energia di Wintershall all'interno impianto di Nakhla e Hamid è andata aumentando in seguito all'introduzione del processo di iniezione di acqua. Prima degli interventi di modernizzazione nell'impianto GOSP di Nakhla nel 2009, l'unico modo di soddisfare la richiesta di gasolio da circa 40.000 litri alla settimana dell'impianto di Hamid era tramite camion. Con migliaia di chilometri da percorrere ogni anno, il trasporto su strada risultava costoso e comportava inoltre il rischio di incidenti. Dal momento che la fornitura dipendeva interamente dai camion, vi era anche il rischio latente di mancanza di energia in caso di ritardi nelle consegne con conseguente interruzione della produzione, che avrebbe inevitabilmente penalizzato la produttivitá dell'impianto.

Invece di aggiornare il vecchio e remoto impianto di generazione a gasolio del sito di Hamid, Wintershall ha deciso di centralizzare la produzione di energia elettrica nel GOSP del sito di Nakhla, a soli 26 km di distanza, in modo da sfruttare il gas associato disponibile per la generazione di energia elettrica.  La soluzione è stata una nuova turbina a gas ad alte prestazioni con potenza nominale di 7 MW equipaggiata con un generatore sincrono WEG.

A causa delle gravose condizioni ambientali, come temperature elevate e frequenti tempeste di sabbia, le apparecchiature elettriche devono rispettare requisiti molto rigorosi. Ad esempio, è necessario prevenire la formazione di depositi di sabbia all'interno del generatore e le particelle fini di sabbia che possono penetrare anche nelle fessure più piccole devono essere immediatamente rimosse per evitare danni. Inoltre, a causa dell'ubicazione remota del sito, le parti di ricambio non sono prontamente disponibili e tutti i materiali da costruzione devono essere trasportati al sito (la realizzazione del calcestruzzo da materiali presenti in loco non è possibile per via della sabbia eccessivamente salata).

Per far fronte a tutti questi problemi, Wintershall ha scelto i robusti e affidabili generatori WEG. Con una capacità di 10,2 MVA, il generatore sincrono WEG opera in modo autonomo e ha già totalizzato oltre 20.000 ore di funzionamento continuativo. Trattandosi di un modello personalizzato, la realizzazione del generatore ha richiesto circa un anno e una delle sue caratteristiche peculiari consiste nel raffreddamento ad aria con uno scambiatore di calore aria/aria montato nella parte superiore e ventilatori esterni. Il filtro dell'aria è progettato per prevenire l'accumulo di sabbia con convogliamento diretto dei granuli di sabbia attraverso apposite fenditure. Inoltre, il generatore a quattro poli - con livello di protezione IP55 - è progettato per una tensione di 6.000 V alla frequenza di 50 Hz e per temperature fino a 55°C ed è verniciato di bianco per ridurre al minimo l'assorbimento di calore.

Per fornire un'alimentazione elettrica di riserva è stata costruita una linea elettrica aerea da 30 kV che collega Nakhla all'impianto di generazione a gasolio di Hamid. Il GOSP può essere ora alimentato dalla turbina a gas e dal generatore o dall'impianto di generazione a gasolio in caso di emergenza. I 14 MW di surplus di calore generati dalla turbina a gas vengono ora utilizzati per riscaldare il petrolio estratto a 70°C in sostituzione di cinque caldaie ad acqua bollente.

"Elevata affidabilità operativa e disponibilità erano le nostre principali preoccupazioni quando si é trattato di scegliere un generatore," ha spiegato Rainer Bleich, project manager di Wintershall. "In parte ciò deriva dal fatto che la generazione di energia elettrica è vitale per il funzionamento continuativo del nostro GOSP di Nakhla - ogni giorno di mancato servizio può costarci milioni di euro. Inoltre, il tempo tra la progettazione e la messa in servizio di questo tipo di generatore speciale può arrivare a 18 mesi e ci vogliono almeno da due a tre giorni perché i tecnici del servizio di assistenza raggiungano il sito in caso si rendessero necessarie riparazioni."

Molti vantaggi da un unico generatore

Col passaggio alla soluzione turbina a gas e generatore sincrono, Wintershall ha ottenuto vantaggi significativi. Il più importante di questi è rappresentato dalla maggiore sicurezza operativa dell'impianto, grazie alla generazione di energia elettrica in modo affidabile, autonomo e ridondante. Inoltre, il nuovo sistema di generazione richiede meno manutenzione rispetto al precedente impianto a gasolio.  In aggiunta, il trasporto del combustibile diesel via camion, costoso ed esposto ad incidenti, si rende ora necessario solo in caso di emergenza. Come risultato, il consumo di gasolio si è ridotto significativamente, con conseguente riduzione dei costi e delle emissioni di CO₂. Il calore in eccesso viene inoltre utilizzato per riscaldare il greggio.

"Questo progetto non rappresenta l'unica collaborazione di successo con Wintershall in Libia," ha dichiarato Andreas Schulte Mesum, Direttore Prodotti energetici di WEG Germania. "Due generatori sincroni con design similare sono già in uso nell'impianto di Jakhira. Uno di questi è integrato da una turbina a gas per la generazione di energia elettrica, mentre l'altro serve da generatore di riserva.

"I nostri generatori sono particolarmente idonei in caso di sostituzioni dal momento che il nostro alto livello di integrazione verticale ci consente di adattarci in modo molto flessibile alle richieste dei singoli clienti. Il generatore di rimpiazzo di Jakhira, ad esempio, è dotato di giunti differenti per gli alberi e piastre di adattamento per l'installazione, il che consente ad un singolo modello di generatore di essere utilizzato per sostituire due diversi tipi di generatori."