Спутниковая связь для ТЭК
Рынок топливно-энергетического комплекса
Сегодня большая часть отрасли сталкивается с внезапным увеличением спроса и самым большим ростом цен на нефть с 1973 года, поскольку мир и Европа, в частности, изо всех сил пытаются найти источники поставок нефти и газа, альтернативные российским в результате известных событий на Украине. Этот повышенный спрос подталкивает компании как к увеличению производства, так и к увеличению числа мест бурения. Многие из рассматриваемых в настоящее время новых местоположений являются более удаленными и недоступными, чем существующие скважины.
Эти проблемы возникли на фоне сохраняющейся озабоченности по поводу изменения климата и сопутствующего стремления уменьшить загрязнение окружающей среды и увеличить использование возобновляемых источников энергии. Однако, несмотря на эти благие намерения, не следует полагать, что отрасль ископаемого топлива находится в упадке. Отнюдь нет. Последний отчет Rcn21, глобального сообщества возобновляемых источников энергии, состоящего из представителей науки, правительств, неправительственных организаций и промышленности, показал, что инвестиции в возобновляемые источники энергии застопорились, и правительства продолжают предоставлять субсидии отрасли ископаемого топлива. В период с 2018 по 2020 год правительства потратили $18 трлн. на субсидирование ископаемого топлива, что соответствует 7% мирового ВВП 2020 года.
Однако, казалось бы, от энергетического кризиса должны выиграть и возобновляемые источники энергии, и ископаемое топливо. В ответ на это Европейский союз (ЕС), а также национальные и местные органы власти обновили цели в области чистой энергии и продвигают многочисленные меры для ускорения перехода к возобновляемым источникам. При этом, в то же время большинство стран санкционировали новые субсидии на ископаемые виды топлива.
Несмотря на субсидии, нефтегазовая промышленность продолжает искать способы повышения эффективности и снижения воздействия на окружающую среду.
Интернет вещей (loT)
Интернет вещей (loT) — один из ключевых способов повышения энергоэффективности. Огромное количество данных, полученных от сетей датчиков, робототехники, камер и систем управления, при правильной обработке, предоставят информацию, которая, среди прочего, сможет повысить коэффициент использования машин, обеспечит автоматизацию и дистанционное управление машинами, сделает возможным удаленный мониторинг и диагностические услуги, планирование профилактического обслуживания, улучшение здоровья и безопасности персонала и сокращение посещения объектов.
Задолго до того, как был придуман термин IoT, нефтегазовая промышленность использовала диспетчерское управление и сбор данных (SCADA) для мониторинга состояния трубопроводов. Датчики были и до сих пор устанавливаются через определенные промежутки на трубопроводе для контроля потока. Данные передавались, как правило, через спутник, в центр управления, так что в случае выявления каких-либо проблем можно было принять корректирующие меры. Другими словами, SCADA — это IoT под другим названием, что делает нефтегазовую отрасль одним из первых пользователей этой услуги. Поскольку многие нефтяные и газовые буровые установки расположены на море или в отдаленных местах, неудивительно, что отрасль также одним из первых внедрила спутниковую связь на основе терминалов с очень малой апертурой (VSAT), используя их для подключения и защиты персонала.
Теперь отрасль рассчитывает на то, что IoT поможет повысить её эффективность и сократить расходы. IoT сегодня намного сложнее, чем базовый мониторинг газопровода. Он по-прежнему очень важен и до сих пор широко применяется. Но теперь вместо посещений удаленного трубопровода в случае возникновения проблемы, трубопровод оснащается роботом с дистанционным управлением, способный выполнять незначительные ремонтные работы. На буровой платформе может быть установлено множество датчиков и камер, автономная или дистанционно управляемая техника и транспортные средства. Трансформационные установки, как и буровые платформы, также будут иметь многочисленные датчики, а многие процессы могут быть автоматизированы. Кроме того, IoT может помочь оптимизировать процесс разведки, используя автоматизированные буровые установки, не требующие присутствия человека и более эффективный анализ проб.
Нет единой причины, которая побуждает компании внедрять IoT — таких драйверов – преимуществ множество. В исследовании, проведенном Vanson Bourne в нефтегазовой отрасли для Inmarsat в 2021 году, экономическая эффективность и повышение экологической устойчивости были упомянуты более, чем 50% опрошенных компаний, но не сильно отстали такие, преимущества IoT, как повышение производительности персонала, снижение времени простоя и лучшее понимание цепочки поставок – все это было упомянуто более чем 45% опрошенных компаний.
Возможно, благодаря раннему опыту работы со SCADA отрасль стала одним из лидеров в использовании IoT. В исследовании для Inmarsat 74% опрошенных нефтегазовых компаний заявили, что они полностью развернули по крайней мере один проект IoT. Неудивительно, что мониторинг трубопровода стал наиболее распространенным вариантом использования: 62% респондентов заявили, что он либо полностью развернут, либо в настоящее время проходит испытания. За этим последовало отслеживание активов, транспортных средств и оптимизация маршрутов 58% компаний и устьевой мониторинг в 56% случаев. Отслеживание людей для здоровья и безопасности представляет собой крупнейшее приложение для немедленного роста.
Однако, какими бы сложными не были датчики, если данные не могут быть надежно переданы и доступны, все преимущества никогда не будут реализованы. Другими словами, наличие надёжной связи является ключом к реализации всех преимуществ IoT.
В то время как информация, собранная с некоторых отдельных датчиков, таких как датчики, осуществляющие удаленный мониторинг трубопроводов, может требовать передачи только с низкой скоростью передачи данных, от других устройств, например, камер, требуется гораздо более высокая скорость передачи данных, а для некоторых, таких как удаленные работа оборудования, важны как высокая скорость передачи данных, так и малая задержка. Ясно одно, поскольку все больше датчиков IoT развертывается, возрастет потребность как в пропускной способности, так и в вычислительной мощности.
Роль спутника
Респонденты в исследовании Vanson and Bourne подчеркивали важность хорошей связи, при этом 80% респондентов заявили, что "спутниковая связь обеспечивает решающую поддержку их организациям в сетях связи IoT". Подчеркнув, насколько важна хорошая связь, 82% из тех, кто реализовал проекты IoT, отметили, что они стали "гораздо более успешными" после решения первоначальных проблем с подключением. Точно так же более 30% респондентов упомянули "отсутствие последовательного и надежного подключения" как серьезное препятствие, возникающее при развертывании проектов IoT.
Важность хорошей связи также подчеркнуло аналитическое агентство McKinsey в исследовании, проведенном в 2020 году. По оценкам исследования, "расширенные возможности подключения для оптимизации производительности бурения и добычи, а также улучшения технического обслуживания и полевых операций могут добавить до $250 млрд стоимости для операций по добыче в отрасли к 2030 году ". Было подсчитано, что от $160 до $180 млрд можно было бы реализовать с помощью существующей инфраструктуры, а дополнительные $70 млрд можно было бы добавить с помощью негеостационарных спутников (NGSO) и 5G. Кроме того, по оценкам McKinsey, "оффшорные операторы могут сократить расходы, включая операционные и капитальные затраты, до 20–25% на баррель, полагаясь на возможности подключения для развертывания цифровых инструментов и аналитики".
Далеко не все современные удаленные и оффшорные буровые установки соединены оптическим волокном. Исследование, проведенное для Inmarsat, показало, что 56% установок полагались на спутник для транзитной связи, и даже те, которые не используют спутник в качестве основного средства связи, часто имеют резервное спутниковое соединение.
Исследование, проведенное NSR, подтверждает важность спутников для нефтегазовой отрасли: к 2028 году прогнозируется, что розничная выручка от разведки и добычи составит почти $900 млн. Ожидается, что к 2028 году количество VSAT, используемых в отрасли, увеличится до 132 677 единиц, показывая CAGR 5,5% от 77 866 единиц в эксплуатации в 2018 году.
Хотя приоритеты подключения несколько различаются в зависимости от этапа производственного цикла, в целом существуют некоторые общие требования к сети:
- Безопасность. Как стратегическая отрасль, она особенно уязвима для кибератак, которые могут иметь разрушительные последствия. Это стало совершенно ясно в 2021 году, когда хакерская атака на трубопровод Colonial Pipeline нарушила поставки газа в большую часть восточной части Соединенных Штатов. Операторы трубопровода были вынуждены закрыть 5500 миль трубопровода, по которому проходило около 45% поставок топлива на побережье.
Также, учитывая, что на буровой установке может находиться несколько компаний, общая сеть должна быть одинаково защищена для каждой из них. - Надежность. Перебои, даже кратковременные "всплески" недопустимы при работе с удаленным оборудованием. Они не только приравниваются к упущенной выгоде, но и могут отрицательно сказаться на безопасности.
- Гибкость. Сеть должна быть в состоянии справиться со значительными изменениями пропускной способности данных. На ранних стадиях разведки требования к данным могут быть довольно низкими по сравнению с полностью работающей скважиной. Точно так же, как было ясно продемонстрировано в последние несколько лет, отрасль проходит через циклы, в нижней части цикла, производительность ниже, а значит и ниже требования к пропускной способности.
- Эффективность. Сеть должна быть способной обрабатывать все, начиная требованиями передачи данных низкой скорости для отслеживания активов, и заканчивая требованиями передачи данных высокой скорости для потокового видео для обеспечения экипажа, кроме того, она должна быть способной обрабатывать их одновременно и эффективно определять приоритеты между различными приложениями. Например, трафик для управления удаленной тренировкой требует приоритета над приложениями для обеспечения комфорта экипажа. Когда датчик обнаруживает аномалию, может потребоваться переключение на HD-видео для получения дополнительной информации, сеть должна быть в состоянии сделать это своевременно и беспрепятственно. Она должна расставить приоритеты таким образом, чтобы избежать перегрузки.
- По мере повсеместного распространения IoT количество развернутых датчиков продолжает расти, в результате чего, то же самое происходит и с объемами данных и необходимой обработки. Поэтому еще одним требованием является доступ к общедоступному или частному облаку для выполнения этой обработки и облегчения использования расширенной аналитики.
- Рентабельность. Полоса пропускания становится дешевле, но, тем не менее, она по-прежнему требует значительных инвестиций. Следовательно, сеть должна быть готовой и иметь техническую возможность, чтобы реализовать широкий спектр приложений, для обеспечения большей рентабельности инвестиций (Rol).
В то время как связь в режиме, близком к реальному времени, не является необходимой для всех приложений, задержка становится все более важной, поскольку IoT все больше и больше используется для работы автономных и дистанционно управляемых транспортных средств и механизмов. Таким образом, подключение к спутникам на негеостационарной орбите (NGSO) с их оптоволоконной скоростью соединения становится столь же важным, если не более важным, чем подключение к традиционному геостационарному (GEO) спутнику. Одним из новых захватывающих приложений для отрасли, которое стало возможным благодаря IoT и связи с малой задержкой, является создание цифровых двойников. Цифровой двойник — это виртуальный двойник реальной буровой платформы. Его можно использовать для имитации аварии, позволяя искусственному интеллекту (ИИ) и машинному обучению (МО) изучить ситуацию и разработать наилучшее решение. Инженер, использующий очки Google, может "увидеть" аварию и понять, как лучше с ней справиться. Это упрощает и ускоряет ремонтные работы при возникновении подобных аварий.
По данным McKinsey, использование расширенной аналитики может помочь операторам вдвое сократить время простоя во время бурения скважины, а также сократить выбросы почти на 10%. Это было подтверждено крупной нефтегазовой компанией, которая сообщила, что скорость бурения была на 50% выше при бурении "наиболее сложной секции скважины высокого давления в Северном море" благодаря расширенной аналитике, которая использовала исторические данные, чтобы предложить оптимальные параметры бурения". Таким образом, подключение к облачному решению, вычислительная мощность которого позволяет использование расширенной аналитики, имеет важное значение.
Получив возможность полностью автоматизировать разведку и бурение, McKinsey утверждает, что сократила бы количество сотрудников, необходимых на буровой, до 10-15, в отличие от 100, которые обычно там работают. Наряду с очевидными финансовыми результатами сокращения персонала на площадке это окажет значительное влияние на безопасность. Работа на нефтяной вышке — опасное занятие. Рабочие, как правило, работают много часов с тяжелой техникой или рядом с ней в тяжелых условиях. В 2017 году (последний год, по которому доступна статистика) CDC зарегистрировал 69 смертельных случаев в нефтегазовой отрасли только в США.
Возобновляемая энергия
В целях сдерживания повышения температуры в результате изменения климата во всем мире предпринимаются усилия по увеличению использования возобновляемых или "зеленых" источников энергии. Только в прошлом году Германия объявила о своей цели к 2035 году получать 100% энергии страны из возобновляемых источников. Хотя это может быть одним из самых амбициозных планов, объявленных на сегодняшний день, практически каждая страна в мире пытается снизить зависимость от ископаемого топлива.
Солнечная энергия и ветер являются двумя основными используемыми источниками возобновляемой энергии. Как и буровые платформы для добычи нефти и газа, солнечные и ветряные электростанции, как правило, располагаются в отдаленных районах или на шельфе. IoT и хорошая связь играют важную роль в экономической эффективности зеленой энергетики. Удаленность ветряных и солнечных электростанций означает, что без IoT проверка, техническое обслуживание и ремонт объектов были бы чрезвычайно трудоемкой задачей.
Применение и преимущества IoT для возобновляемых источников энергии аналогичны тем, что используются в нефтегазовой отрасли. Датчики обеспечивают мониторинг солнечных панелей и ветряных турбин в режиме реального времени на предмет таких факторов, как влажность, вибрация, движение, температура, давление и коррозия. Эти данные передаются в центральный источник для агрегирования и обработки, неизменно с помощью искусственного интеллекта. Данные в режиме реального времени объединяются с историческими данными для оценки того, насколько хорошо работает оборудование и требуется ли техническое обслуживание сейчас или в ближайшем будущем, что создает основу для более эффективного принятия решений и прогнозной аналитики для планирования технического обслуживания. Эта информация также может быть объединена с погодными и солнечными данными для прогнозирования выходной мощности и наклона отдельных солнечных панелей для обеспечения их оптимальной эффективности.
Одна из проблем возобновляемых источников энергии заключается в том, что они не производят энергию с постоянной скоростью, результат сильно зависит от погоды. Традиционная электросеть была построена с расчетом на постоянный односторонний источник энергии. "Умные сети" необходимы для обработки зеленой энергии, и это было бы невозможно без датчиков и переключателей с дистанционным управлением. Интеллектуальная сеть поддерживает переключение между различными источниками энергии по мере необходимости. Таким образом, если ветряная или солнечная ферма не может вырабатывать электроэнергию из-за неблагоприятных погодных условий, интеллектуальная сеть переключит источник энергии либо на другой возобновляемый источник, либо на традиционную электростанцию. Это было бы невозможно без IoT и, конечно же, столь необходимой возможности подключения для сбора данных и удаленного управления оборудованием.
