调峰、 储 能 系 统 已 经减少了海上柴 油 的 使 用， 而 移 动风力发电设备、 燃料电池成为下一波浪潮的一部 分。 海上钻井行业早就认识到环 境保护的重要性和可持续运营的 必要性，但近年来，它也开始优 先考虑脱碳。作为全球向净零经 济转型的关键参与者，运营商、 承包商和服务公司都在越来越多 地投资于创新技术，以减少钻井 作业的温室气体排放，从混合动 力钻机到浮动风力涡轮机，再到 岸电的使用，见图 1。 越来越多的公司也通过宣布 重大的减排目标，公开巩固他们 对低碳转型的承诺。例如，马士 基钻井公司去年 9 月宣布，其目 标是到 2030 年将钻井作业的二 氧化碳排放强度减少 50%。 2020 年，西门子能源也启动 了其可持续发展计划，其中一个 关键因素是该公司要在 2030 年 实现气候中和。这意味着消除所 有范围 1( 来自自有或受控来源的 直接排放 ) 和范围 2( 来自发电的 间接排放 ) 的排放。在同一时间 框架内，该公司的目标是在 2019 年的水平上将其天然气和电力部 门的 Scope 3 排放 ( 所有其他间 接排放 ) 削减 27.5%。 西门子能源公司海上解决 方案全球技术 主 管 Stig Olav Settemsdal 表示 :“你现在看到 的是一些雄心勃勃的目标，但这 是必要的。”“我们需要创造这 种新的可持续未来。这需要我们 开发未来的能源组合。” 要达到激进的排放目标，创 新和新技术研发将是至关重要的。

马士基钻井公司完整性和项目主 管 Caroline Alting 表示，当考 虑到某些障碍时，比如能够在钻 井平台上消除柴油发电机的使用， 仍然没有最佳的解决方案。与此同 时，她说，这场战斗的另一半将是弄清楚如何使用现有的系统和技术 来产生额外的效率。 她说 :“如果你看看我们 50% 的减排目标，可能其中一半将来自 已知的节能技术，如储能系统和在 线数据的扩展智能使用，这也可以 帮助识别具有最大优化潜力的系 统。”“当然，限制总是存在的， 但技术是存在的。我们只需要找到 正确使用它们的方法。” 电池和风能 西门子能源公司在海上减排 方面的最新技术之一，专注于改 变能源在钻井平台上的分配方式。 BlueDrive 直流电网系统由连接 到现有钻井驱动直流母线 ( 用于 分配直流电的重型导体 ) 的 DC/ DC 转换器组成，并通过额外的 DC/DC 转换器连接到储能系统。 这种设置允许用户在钻井作业中 平衡能源需求峰值，这一过程被 称为峰值剃除。这使得更少的发 电机组在更高、更稳定的负载下 运行，减少了钻机的燃料消耗。 “你可以从有六个引擎运行 有四个引擎运行 , 但是 , 你不可以操作这四个引擎以超过 66% 的 力量 , 因为如果你失去了一个引 擎,其余三个都能够接管的能量。 但如果你在这样的系统中安装电 池储能系统，你可以将发动机运 行到 90% 或 100%。”

今年 1 月，该公司宣布了一 项协议，将在深海大西洋和深海 诺德卡普两个半潜式钻井平台上 安装蓝色驱动 DC 电网系统。正 在考虑为深海斯塔万格号、深海 阿伯丁号和深海烟台号安装更多 设施。该技术有望在 Odfjell 推 动零排放钻井中发挥不可或缺的 作用。 “这些项目是问了一个简单 但具有挑战性的问题的结果 :‘在 短期内最大限度地减少钻机排放 的最有效技术方法是什么？’” 欧德菲尔首席技术官兼执行副总 裁佩尔·伦德说。 另一项海上钻井的碳减排 创新围绕着西门子能源公司的 BlueVault 锂离子储能系统。该 技术于 2019 年推出，与钻机上 的电网相连，并与钻机现有发电 机组协同工作。与 BlueDrive 系 统类似，BlueVault 的设计目的 是减少钻机对额外发电机的需求。 然而，当前者实现峰值需求时， 后者在高峰时段向电网输送能源。 每个 BlueVault 系统都有一 个由九个模块组成的电池，每个 模块有 28 个电池单元。最佳的电 池安装可能会产生与 90-100% 功率运行的柴油发动机一样多的 能量，尽管它通常设计为每次仅 运行 30 分钟，然后才需要从钻机 的柴油发电机充电。 该系统于 2018 年底首次安 装在西米拉半潜式钻井平台上。 据西门子能源公司称，这导致平 台上柴油发动机的运行时间减少 了约 42%，油耗减少了 12%，二 氧化碳排放减少了 15%，氮氧化 物排放减少了 12%。最近，马士 基钻井公司在一对自升式平台上 安装了 BlueVault，即马士基集 成商和马士基勇猛号。 除了这些能源分配和电池存 储系统，西门子能源还将可再生 能源作为一种手段，帮助海上钻 井平台所有者减少对柴油动力的 需 求。6 月 18 日， 该 公 司 宣 布 与 Odfjell Oceanwind 合 作， Odfjell ocean wind 是一家浮式 海上风力技术公司，于 2020 年 8 月被 Odfjell Drilling 收购。

该合作伙伴将专注于配置移 动海上风力机组 (mow)，为钻井 平台提供动力。这些半潜式 mow 将 包 括 西 门 子 Gamesa 风 力 涡 轮 机 和 Odfjell Oceanwind 的 WindGrid 浮动风力发电系统。 后者仍在开发中，将作为安装在 风力涡轮机上的动力系统。 尽管涡轮机的发电能力高 达 14 兆瓦，但它们高度依赖于 自 然 风 速 和 波 动 风 速。 通 过 添 加 电 池 储 能 和 电 网 转 换 器， 在 每 个 MOWU 中 创 建 微 电 网， WindGrid 将有助于缓解风力发 电经常出现的间歇性问题。分散 的能源组将作为一个自给自足的 能源系统，为钻井平台提供不间 断的电力，当风力不足时，电池 储能作为备份。 6 月 21 日，DNV 宣 布， 它 已经完成了对风力发电网的概念 验证，证实了其技术可行性，以 及与传统发电相比，北海二氧化 碳排放量预计减少 60-70% 燃气 轮机。 Settemsdal 先 生 说， 西 门 子能源的目标是通过 MOWU 开 发支持 Odfjell Oceanwind，以 实现一个可再生系统，该系统最 终可以成为浮动钻机的主要电源， 将柴油发电机降级为备用系统。 该项目旨在到 2024 年将混合燃 料电池投入商业使用。 “当你有一个可移动的钻机 时，你需要能够移动发电设备，” 他解释道。“四五个可移动的海 上风力发电装置可以连接到一个 大型钻机上，并满足所有负载需 求，然后您可以设计安装更少柴 油发动机的新钻机，因为您只需 要在不同地点之间的运输过程中 以及无风的日子里使用它们，这 在北海并不常见。” 尽管 MOWU 项目最初专注于风能丰富的北海，但塞特斯达 尔表示，从理论上讲，该技术可 以部署在世界任何地方。此外， 由于其便携性，mowu 可以作为 各种海上作业的电力燃料站，以 推动可持续性。

多管齐下的努力为马士基钻 探带来了切实的成果 在马士基钻井公司，除了安 装在马士基集成商和马士基无畏 自升式平台上的 BlueVault 储能 系统外，该公司还开发了另外两 项增强 ESG 的技术。一个是基于 云计算的能源排放效率软件。与 每个发动机上的高精度燃油流量 计相结合，它使用实时数据来监 控钻机上的能源使用情况。 该软件监测燃料和能源消耗 以及温室气体排放，提供洞察能 源何时消耗、什么设备消耗能源 以及能源产生的效率。 另一种技术是选择性催化还 原 (SCR) 系统，将尿素注入柴油 发动机的尾气中。尿素在催化剂 元素中引发化学反应，将有害的 氮氧化物转化为无害的氮和水。 去年 11 月，马士基勇猛号 开始在北海的马丁格林油田为挪 威石油钻井，成为第一个具备所 有这些升级功能的钻井平台，见 图 2。 BlueVault 储能系统安装在 两个定制设计和建造的容器中， 放置在管架甲板上。据马士基钻 井公司称，安装需要大量的电气 和结构工作，包括对悬臂上几个 辅助系统的修改和接口，以及对 船上电源管理系统的集成和更新。 经过主要结构和管道改造， SCR 设备安装在靠近现有排气管 的地方，并安装了尿素罐以实现 喷射。 升级后的第一个月，马士基勇 猛号的二氧化碳排放量比钻井平台 的基线平均值减少了 25%。此外， 氮氧化物排放量下降了约 95%， 超过了最初 90% 的减排目标。 马 士 基 集 成 商 于 2021 年 3 月完成了低排放升级，此后在挪 威北海为两家运营商工作——在 坦帕油田为阿克英国石油公司工 作， 然 后 在 奥 塞 瓦 油 田 附 近 为 OMV 生产许可证 970 工作。该 钻井平台计划于 9 月重返阿克英 国石油公司工作，在伊瓦·奥森 油田进行两口井的作业。 Alting 表示，“能源排放效 率系统”及其姊妹系统“能源效 率洞察”在帮助马士基钻井公司 更清楚地了解其燃料消耗来自何 处，以及其燃料使用测量的准确 性方面特别有帮助，见图 3。每个钻井平台都配备了高精 度的燃油流量计和传感器，这些 传感器与控制和监控系统相连， 然后连接到海上服务器，收集并 将能源使用数据发送到陆上远程 操作中心。数据还会被传输到马 士基的云计算数据库，在那里可 以对数据进行建模。与能源消耗 相关的传感器数据可用于可视化 钻井平台上的燃料消耗情况。这 有助于钻井人员确定何处可以提 高能源效率。例如，工作人员在 钻井平台上进行各种操作时已经 变得更加舒适，无需运行备用发 电机组。 Alting 表示 :“通过使用钻 机上已有的传感器和仪表的监测 系统，我们现在能够深入研究船 上的能源消耗，并识别和可视化 优化潜力。”“由于系统的高精度， 它会对你的行为产生巨大影响， 因为你可以让很多消费模式对机 组人员和操作部门透明。这大大 减少了消费。” 她指出，该公司还在研究为 更多钻井平台配备使用岸电能力 的可行性。

2017 年，马士基无敌 号开始与 Aker BP 在北海瓦尔霍 尔油田签订为期五年的合同，成 为该行业首个完全依靠岸上发电 的恶劣环境自升式钻井平台。该 钻井平台的电网与位于挪威南部 城市利斯塔的高压电源相连，能 够为该钻井平台提供高达 10 兆瓦 的电力。在五年合同的有效期内， Aker BP 预 计 将 节 省 28，285 吨柴油、89，602 吨二氧化碳和 130 万公斤氮氧化物。 截至 7 月，马士基无敌号仍 是马士基钻井公司船队中唯一拥 有海岸动力的钻井平台。使用岸 电所需的技术修改取决于可用的 岸电供应。它们包括通过改装船 上的变换器和变压器来调整电压 和频率，以匹配钻机的电力系统。 尽管马士基钻井公司对将更 多钻机转换为岸上电力的技术范 围 有 着 坚 定 的 理 解， 但 Alting 女士表示，这样做的主要挑战是 运营商的需求。 只有当钻井平台连接到主要 由可再生能源供电的电网时，通 过使用海岸电力来减少排放才能 实现。这种方法在挪威效果很好， 因为该国的能源网络主要是水力 发电，所以在电网上运行钻机将 大大减少排放。事实上，自从马 士基无敌号开始在霍尔油田岸上 发电以来，它的温室气体排放量 几乎减少了 100%。 然而，在没有这种类型的能 源电网基础设施的地方，运营商 可能不愿意授予岸上电力的合同。 Alting 表示 :“这在很大程度上 取决于客户参与度。”他说 :“世 界上的石油巨头需要致力于将这 种能源实际应用到他们的油田， 而想要实现这一点的国家的基础 设施也很重要。 挪威在这方面遥遥领先。他 们有很棒的基础设施，他们有真 正致力于将岸上电力输送到油田 的运营商。” 最近，马士基钻井公司也在 寻找燃料电池来为钻井平台发电。 4 月 19 日，该公司宣布参与一个 新项目，开发一种高温聚合物电 解质膜(HTPEM)燃料电池系统， 可用于船舶，如浮动钻机。 燃料电池通常被用于驱动 电动汽车，它利用氢和甲醇等低 排放的能源，通过化学反应将它 们转化为电能。这些系统通常配 有电池备份，不需要接入电网。 与大多数类型的燃料电池相比， PEM 燃料电池具有更高的热循环 容忍度，热循环是在极端温度下 以高速率变化的过程。这使得它 们更适合发电机所需的可变功率 生产。 与 传 统 的 PEMs 不 同， HTPEMs 使 用 的 是 覆 盖 在 磷 酸 膜 上 的 聚 合 物， 而 传 统 的 PEMs 使 用 的 是 电 解 质 等 含 水 聚合物来产生化学反应，为其提 供 动 力。 这 使 得 它 们 能 够 在 高 达 200 ° C(392 ° F) 的 温 度 下 工 作， 而 传 统 的 PEMs 不 能 在 80° C(176° F) 以上的温度下工 作。高温特性提供了更好的燃料 杂质耐受能力，以及更快的化学 反应，这使得它们成为一种很有 前途的海上设备技术，因为它们 通常需要在短时间内大量发电。 大多数燃料电池利用氢作为 主要燃料来源，因为氢释放水作 为副产品。然而，在马士基钻井 参与的项目下开发的系统将使用甲醇作为燃料。甲醇是由氢气和 二氧化碳产生的，它比氢气有更 高的能量密度，因此与氢气相比， 它在海上装置中需要更少的存储 容量。

此外，它可以作为液体燃 料处理。 为了确保甲醇是“绿色”的， 重要的是主要成分是从可再生原 料中获得，如捕获的二氧化碳、 生物质或地热钻孔，而不是使用 典型的石油原料。这将有助于确 保燃料电池是碳中性的来源。 检验该系统耐久性的试验预 计将于今年晚些时候开始。为了 能够在钻井平台上使用，该系统 的使用寿命需要与燃烧技术相当， 同时还需要产生足够的电力。气 候研究所 2016 年的一项研究测 试了一种甲醇燃料电池系统，该 系统的使用寿命已证实为 2 万小 时，但该系统只能产生 1.3 kW 的能量，远低于混合动力自升式 平台上使用的典型柴油发电机组 的 2-3 MW。 燃 料 电 池 测 试 将 以 200kw 的容量开始，但两家公司计划在 更高的功率水平上测试该系统， 通 过 模 块 化 方 法， 目 标 是 达 到 5mw。马士基钻井及其合作伙 伴项目——燃料电池技术生产商 蓝色世界技术、航运船舶所有者 dfd 和二氧化铪油轮和阿法拉伐 , 一个开发者的传热、离心分离和 流体处理技术 , 希望有一个系统 能比得上 2023 年柴油发电机的 力量。 Alting 表示 :“目前，我们 仍缺少游戏规则改变者。”“储 能和电池可以做一些工作，但这 仍然依赖于发电机。你能做些什 么把 gen set 带出去 ? 什么能给 我们提供足够的 5 兆瓦的电力 ? 我们正在寻找能够提供同样电量、 绿色环保且不排放废气的替代品。 这就是挑战。” 除了核心钻机业务，马士基 钻探还与其他行业利益相关方合 作，寻求提高 ESG 性能的其他方 法。例如，该公司正在将其钻井 专业知识贡献给格林桑德项目， 这是一个由 INEOS 石油天然气 丹麦公司和 Wintershall Dea 公 司组成的财团，该财团正寻求在 2030 年前开发 400 万至 800 万 吨 / 年的碳捕获和储存能力。这 个数字将超过丹麦碳减排目标的 20%。 2020 年 11 月，该财团获得 了 DNV 的可行性认证，每口井 在 10 年期间可储存高达 45 万吨 / 年的二氧化碳。两家公司希望 到 2025 年，该油田的第一口注 入井已经准备就绪。

采用 F1 和 NASA 使用 的技术 NOV 正在采取一种独特的 方法来实现碳减排，最近推出了 一个系统，该系统利用钻机运动 产生的能量，在能源需求高峰期 间最大限度地减少发电机的使用。 动力叶片动能回收系统 (KERS) 旨在减轻升沉补偿和起下钻作业 经常给海上钻井平台的能源供应 带来的沉重负担。 当绞车、起重机或绞车减慢 并停止吊钩上的负载时，该系统捕获再生电能。在此之前，这些 能量通过安装在钻机电机控制系 统上的制动电阻以热量的形式消 散。它利用一个旋转的机械装置， 当绞车运动时加速和收集速度。 这 种 旋 转 装 置 —— 也 叫 飞 轮——产生动能，储存在系统中， 转化为电力，反馈给电网。它可 以补偿船舶所需的升沉运动，而 不需要柴油发电机提供额外的 能量。飞轮在其峰值时可以吸收 1.75 兆瓦的功率，并在 6-10 秒 的时间内分配等量的功率，这是 主动升沉运动的典型时间长度。 然而，具有较长能量需求的操作， 如跳闸操作，在功率峰值较大的 情况下，可能会导致能量消耗的 巨大变化，见图 4. 为了应对这些情况，NOV 安 装了一个 450 千瓦时的锂离子电 池系统，可以通过发动机或飞轮 充电。NOV 认为，飞轮和电池系 统的结合可以显著节约能源。事 实上，该公司估计，在高负荷下 运行的一台发电机比在轻负荷下 运行的两台发电机消耗的能量少 14%。

“你希望你的钻机是一个稳 定的消费者。如果峰值上下波动， 就很难估算能量流入钻机的大小。 这就是为什么今天的发电机工作 很好 , 因为你可以提高发电机当 你需要额外的权力 ,“安德烈亚 斯 Karlsen 说 , 项目销售经理在 11 月”但是 , 当你想减少燃料消 耗 , 如果你运行平台 , 例如 , 三 个发电机 , 目标应该是减少到两 个。飞轮带走了顶部，这样就稳 定了钻井作业所需的能量。” NOV 从 2014 年 为 修 井 船开发的飞轮系统中改进了 PowerBlade 技术，但该项目在 经济低迷期间被搁置。2018 年， NOV 再次提出了这一想法，并与 Odfjell Drilling 合 作， 利 用 来 自深海大西洋半潜式平台的实时 操作数据，对该技术进行了计算 机模拟。 对不同的模式进行了仿真 : 主动升沉补偿模式，在升沉补偿 模式下，系统在绞车运行过程中 优先向飞轮输送动能 ; 跳闸时的功 率提升，其中电池系统提供额外 的功率，以支持高需求的跳闸操 作 ; 以及停电期间的操作。NOV 随后在挪威挪威克里斯蒂安桑工 厂测试了动力刀片系统的原型。 虽然动能回收系统并不是 一项新技术——它已经在一级方 程式赛车和美国宇航局的探索飞 船上使用了多年——但将其扩大 到海上使用是一个挑战。一辆汽 车的飞 轮 一 般 重 18-20 磅， 而 PowerBlade 系统的飞轮重约 15 吨。卡尔森表示 :“当一个重型 钻井平台在水中上下移动时，将 产生大量能量。”“我们必须调 整飞轮盘和电机的尺寸，这样它 就可以产生能量，并将能量回流 到系统中。它需要像双向马达一 样工作。

” 由于该设备长 5.5 米，宽 1.75 米，高 1.5 米，因此在钻机电网 附近寻找空间也是一个挑战。目 前还没有能够减小系统尺寸的设 计机制，因此钻机所有者必须在 其钻机电网附近找到足够的空间 来安装该系统。 今年 6 月，“深海大西洋” 成为第一个使用动力刀片系统的 钻井平台。根据运营第一个月的 数 据，Odfjell 预 计 未 来 一 年 的 日油耗将减少 25%，从安装前的 30000 升 / 天 降 至 约 22000 升 / 天。根据每节省一升燃料可减 少 3.23 公斤二氧化碳的估计，这 将使全年的二氧化碳排放量减少 17 吨。NOV 和 Odfjell 计 划 在 2021 年第三季度末或第四季度初 发布更多作业数据。 尽管 PowerBlade 系统目前 只部署在北海，但卡尔森表示， 该系统也可以在平静水域使用。 NOV 和 Odfjell 还在讨论在 未来 8 至 12 个月内在 另外 3 个 钻机上安装该系统的可能性，这 3 个钻机分别是深海斯塔万格、 深海诺德卡普和深海阿伯丁。卡 尔森指出，Aker BP 和挪威国油 也对该系统进行了咨询。 他说 :“一旦我们与 Odfjell 合 作， 在 钻 机 上 实 现 了 实 际 节 约， 我 们 希 望 其 他 公司也能效 仿。”“我们正在与运营商进行 密切对话。我们预计，未来会有 更多的浮式钻井平台和自升式平 台采用这种技术。”