在过去三十年里，开式循环燃气轮机一直是海上生产应用中发电的首选解决方案。燃气轮机比替代原动机（如燃气或柴油发动机）相比，具有多项优势，包括增加可用性和降低氮氧化物排放。然而，随着许多海上运营商自愿承诺在未来几年减少他们的环境足迹，发电厂脱碳的新机会正在寻找。联合循环是一个在陆上工业应用中被广泛采用的概念，现在在近海领域也引起了兴趣。

联合循环的优势

现代FPSO和固定的海上生产平台有高度可变的电力需求——从五十到几百兆瓦不等。由于其高功率密度，燃气轮机已成为发电的主要手段。在许多设施上，额外的涡轮机也被用作直接驱动，以完成必要的压缩任务。

在目前运行的所有生产设施中，除了少数几个之外，燃气轮机都是采用开式（即简单）循环配置，结合某种形式的余热回收，利用热油或水——乙二醇作为传热介质。在这些设置中，从燃气轮机的排气中获取热能并用于加热；例如，在分离和加工应用中。这代表了满足热能和电力需求的可靠和有效的手段，但它并不总是能使设施的排放情况达到最低。

海上生产设施的很大一部分排放来自于燃料燃烧。但通过提高电力生产的效率，设施的整体碳足迹可以大大减少。高效率的电力也为电动机驱动的压缩提供了途径。

现代开式循环燃气轮机发电厂的热效率在35%到45%之间。另一方面，联合循环电厂的效率可高达50-65%，这取决于顶层工艺热能要求和集成的复杂性。

在联合循环系统中，一次性蒸汽发生器（OTSG）从燃气轮机（通常为n+1配置）中提取废热，将水转化为过热蒸汽，然后用于驱动蒸汽轮机。然后，蒸汽轮机产生本质上无排放的电力，使电力需求能够使用更少的燃料来满足。此外，联合循环电厂的设计可以使满足工艺加热要求的蒸汽生产得到优先考虑，甚至在蒸汽轮机停机时也可以使用，从而将石油和天然气生产中断的风险降到最低。

对于一个海上联合循环电厂来说，由于重量和占地面积的考虑，垂直的OTSG是首选。与许多其他类型的蒸汽发生器（如锅炉）不同，OTSG具有一次通过的流道，不需要蒸汽桶或排污系统。这就减少了水的库存，消除了对循环泵和化学清洗的需要，安装也得到了简化。

其他优点包括更少的管道运行和套管穿透，更低的总重量和更低的热惯性。OTSG还允许快速启动和关闭，以及在不稳定条件下的"干运行"能力，因此底层循环对燃气轮机的可用性没有影响。

在一些应用中，联合循环电厂的设计可能允许用电动机而不是燃气轮机来完成压缩任务。除了操作上的优势（如增加可用性和效率以及更好的调节能力），这还提供了集中和优化设施排放的额外好处，它还能实现更有效的排放监测和控制。

棕地

由于它涉及到从简单循环到联合循环的棕地转换，因此一个显著的区别是现有的负载点和结构刚性被设定。对于棕地，设计很可能在十多年前完成，并且无意支持与联合循环发电厂相关的额外质量。

这些转换项目往往需要额外的工程技巧，以及利用轻质材料来满足船舶的现有限制。尽管如此，从简单循环转换到联合循环电厂是可能的。这种决定的投资回报率（ROI）最终会因个案而异，并由设施的要求和运营商关于成本、性能和排放的目标所决定。

利用数字化

虽然联合循环发电厂的实施本身可以产生大量排放和燃料成本降低，但存在通过数字化进一步增加节约的机会。

在海上发电厂的背景下，可以应用考虑到变量（例如当前电力需求和环境条件）的高级软件工具，以确保燃气轮机以最佳设定点运行。通过这种方式，操作员可以确保发电厂中的所有机组相对于顶部的当前电力需求以最有效的方式（就燃料消耗而言）共同运行。例如，在一艘平均电力需求为80兆瓦的FPSO上，由四台30兆瓦的航改型燃气轮机来满足，只要效率提高1%，就相当于每年减少大约公吨二氧化碳的排放。

类似的监测工具也可用于降低运行成本，并在一个被称为动态寿命的过程中提高燃气轮机的可用性。今天，许多运营商使用标准运行时间作为安排燃气轮机服务或大修活动的主要指标。然而，这通常假设装置在具有恒定温度，湿度等的环境中以%的额定负载运行，但海上的情况并非如此。

等效运行时间考虑到了这些变量，对燃气轮机的现状和性能进行了更准确的描述，使运营商能够更灵活地安排维修活动。这意味着有可能将需要停机的特定任务推到未来不影响生产的时间。也有可能调整燃气轮机的操作，以便将大修之间的时间延长到预定的设备停运。

降低项目风险

随着任何新概念的实施或既定技术的新应用，往往会有风险增加的感觉。这在石油和天然气领域尤其如此，在海上环境中更是如此，因为在海上环境中，生产停顿的成本会被放大。在联合循环电厂的情况下，设备（如燃气轮机、蒸汽轮机、OTSG、电厂平衡系统等）的唯一来源供应可以成为减轻风险的有效方法，特别是当涉及到系统集成和非设计操作灵活性时。通过简化水-蒸汽循环的优化，也可以减少运行风险。

总结

海上发电厂的设备设计和选择是一个重要的决定，它极大地影响了设施生命周期的总排放量。尽管开式循环燃气轮机一直是整个行业的首选解决方案，但随着生产商寻求脱碳的新机会，联合循环电厂正在获得青睐。

世界各地目前正在开发的几个FPSO项目现在都指定使用联合循环设备。这代表了与过去几年相比的明显转变，表明了运营商对改善可持续性的承诺。这也是一个突出的例子，说明如何利用成熟的陆上概念来实现减排，并帮助海工行业走向低碳的未来。