太陽熱による石油増進回収

太陽熱増進石油回収法（略してソーラーEOR ）は、熱増進石油回収（EOR）の一種で、石油生産者が成熟した油田からより多くの石油を抽出できるように適用する技術です。ソーラーEORは、太陽熱アレイを使用して太陽エネルギーを集中させ、水を加熱して蒸気を発生させます。蒸気は油層に注入され、粘度、つまり薄い重質原油を低下させて、地表への流れを促進します。熱回収プロセスは、蒸気注入とも呼ばれ、従来、天然ガスを燃焼させて蒸気を生成してきました。ソーラーEORは、石油業界にとって、ガス燃焼蒸気製造の実行可能な代替手段であることが証明されています。ソーラーEORは、温度が750°F（399°C）、圧力が2,500 PSIに達する、天然ガスと同じ品質の蒸気を生成できます。

一般的な燃料燃焼式蒸気攻法では、蒸気を一定速度で地中に注入しますが、大手石油生産者による研究では、可変速度蒸気注入は生産量に悪影響を与えないことが示されています。実際、太陽光EORは、日照時間中に太陽光発電蒸気を注入し、夜間や日照時間の少ない天候・気候時にはガス燃焼蒸気の量を減らすことで、油田の年間蒸気需要の最大80%を供給できます。この太陽光EOR統合方法は、石油生産量に影響を与えることなく、より多くのガス消費量を代替することができます。[ 1 ]

テクノロジー

太陽熱発電または集光型太陽熱発電とも呼ばれる太陽光蒸気変換技術には多くの種類がありますが、現在太陽光EORに導入されているのは2つだけです。

中央塔

もともと発電用に設計されたセントラルタワー（またはパワータワー）技術は、ヘリオスタットと呼ばれる大型の追跡ミラーのフィールドを使用して、中央タワーに設置された水を満たしたボイラーに太陽光を集光します。太陽エネルギーはボイラーで反射され、蒸気を生成します。この蒸気で従来のタービンを回転させ、発電します。EORの場合、プロセスは蒸気生成で終了します。タワーレシーバー内の脱塩水から生成された高温の蒸気は熱交換器を通過し、汚染度の高い油田の供給水から低温の蒸気を生成します。蒸気は分配ヘッダーに送られ、注入井に送られ、そこで蒸気は油層に送られます。

密閉式トラフ

密閉トラフシステム内部

密閉型トラフ構造は、太陽熱システムを温室のような温室内に包み込みます。温室内は、太陽熱システムの信頼性と効率に悪影響を与える可能性のある環境から保護された環境を作り出します。[ 2 ]

軽量の曲面太陽光反射鏡が温室構造内に吊り下げられています。単軸追跡システムによって鏡は太陽を追跡し、その光を温室構造から吊り下げられた固定鋼管網に集光します。[ 3 ]蒸気は油田品質の水を使用して直接生成されます。入口からパイプ全長にわたって水が流れ込むため、熱交換器や中間作動流体は不要です。

生成された蒸気は、油田の既存の蒸気供給ネットワークに直接送られ、油層深部へ継続的に注入されます。鏡を風から保護することで、より高い昇温速度を実現し、湿気にさらされることによる塵埃の蓄積を防ぎます。[ 2 ]密閉トラフ方式を開発したGlassPoint Solar社は、同社の技術により、日照地域において100万英国熱量単位あたり約5ドルでEOR用の熱を生産できると述べています。これは、従来の太陽熱技術の10～12ドルと比較して大幅に低いものです。[ 4 ]

最近のプロジェクト

カリフォルニア州マッキトリックの21Z

米国カリフォルニア州カーン郡にある世界初の商用太陽光EORプロジェクト。

グラスポイント・ソーラー社は、カリフォルニア州最大の独立系石油生産者であるベリー・ペトロリアム社と提携し、世界初の商業用太陽光EORプロジェクトを展開しました。2011年2月に稼働を開始したこのプロジェクトは、カリフォルニア州マッキトリックにある100年の歴史を持つマッキトリック油田に位置しています。「カーン郡21Zソーラープロジェクト」と名付けられたこのシステムは、約1エーカーの敷地に広がり、蒸気発生に使用される天然ガスを代替し、毎時約100万Btuの太陽熱を生産します。この太陽光EORプロジェクトは6週間未満で建設され、グラスポイント社の密閉式トラフ技術が油田に初めて導入された事例です。[ 5 ]

カリフォルニア州コーリンガのコーリンガ

2011年10月、シェブロン社とブライトソース・エナジー社は、カリフォルニア州フレズノ郡のコーリンガ油田に29メガワットの太陽光発電施設を建設することを発表した。コーリンガの太陽光発電EORプロジェクトは100エーカーの敷地に建設され、3,822基のミラーシステム（ヘリオスタット）から構成されている。各ミラーシステムは、6フィートの鋼鉄製ポールに取り付けられた2つの10フィート（3メートル）×7フィートのミラーで構成され、高さ327フィートのソーラータワーに光を集光する。[ 4 ]

ブライトソースは技術、エンジニアリング、生産、建設サービスを提供する契約を締結し、シェブロン・テクノロジー・ベンチャーズがプロジェクトの運営管理を行う。施設の建設は2009年に開始された。シェブロンはこの契約に2,800万ドル以上を費やしたと報じられており、ブライトソースはこのプロジェクトで少なくとも4,000万ドルの損失を被っており、さらに多額の損失を出す可能性があると発表している。[ 6 ]

オマーンの石油開発

オマーン、アマルにおける7MW太陽光EORプロジェクト

2013年5月、グラスポイントソーラーとオマーン石油開発（PDO）は中東初の太陽光EORプロジェクトを委託した。[ 7 ] PDOはオマーン国、シェル、トタルの合弁企業である。7MWの太陽光EOR施設は、1日平均50トンの排出ガスゼロの蒸気を生産し、オマーン南部のPDOのアマルウェスト油田の既存の熱EOR操業に直接供給する。このシステムは、グラスポイントがベリー石油の21Z油田に最初に設置したものの27倍の大きさである。[ 8 ]オマーン石油開発の報告によると、パイロットは時間どおりに予算内で、契約出力仕様を超えて納品され、休業災害はゼロだった。運用初年度、完全に自動化されたシステムはすべての性能テストと生産目標を上回る成績を達成した。ひどい砂塵や砂嵐の中でも、システムは正常な動作を維持できることが実証されています。

2015年、オマーンはミラー（Miraah）を発表した。これは、2017年までにアマル・ウェストに6億ドルを投じて1ギガワットの太陽熱発電施設を建設する計画である。この施設は3平方キロメートル（1.2 mi 2）の面積をカバーし、36の大型温室が太陽熱集熱器を砂や埃から守る。[ 9 ]オマーンは、この新しい太陽光発電プロジェクトによって、毎年5.6兆BTUの天然ガスが代替されると見込んでいる。これは、オマーン国内の209,000人の電力を生産するのに必要な量に相当する。2017年8月、グラスポイントとその請負業者は、ミラーにおいて休業災害（LTI）のない労働時間が150万時間という節目を超えた。

2017年11月、グラスポイント社とオマーン石油開発（PDO）は、ミラー太陽光発電所の第1ブロックの建設を予定通り予算内で安全に完了し、アマルウェスト油田に蒸気を送り込むことに成功した。[ 10 ]

ベルリッジソーラー

ベルリッジの将来の太陽光発電所のレンダリング
サウスベルリッジの将来の太陽光発電所のレンダリング

ベルリッジ太陽光発電プロジェクトは、グラスポイント・ソーラーとアエラ・エナジーの合弁事業です。このプロジェクトは2017年11月に発表され、完成すれば850MWの太陽熱蒸気発生器から年間約1,200万バレルの蒸気を生産する予定です。このプロジェクトはカリフォルニア州ベーカーズフィールド近郊のサウス・ベルリッジ油田に建設され、完成すれば州最大の太陽光EOR油田となります。また、この施設からの二酸化炭素排出量は年間37万6,000トン削減されます。[ 11 ]

市場

2009年の世界のEOR技術市場は47億ドルで、5年間の年平均成長率28％で成長し、2014年には163億ドルに達すると予想されています。[ 4 ]急速に普及しつつあるものの、太陽光EORは2015年までは市場への影響は最小限にとどまると予測されています。[ 12 ]太陽光EORの規模が拡大するにつれて、石油生産者は石油生産のために消費するガスが少なくなります。[ 4 ]

レイモンド・ジェームズの調査アナリストによると、現在の価格低迷下でも、太陽光EORはガスを使用するよりも費用対効果が高いという。重質油抽出における生産コストの60%は蒸気で賄われる。[ 12 ]太陽光EORはガスと価格競争力があるだけでなく、長期的なガス価格上昇に対するヘッジとしても機能する。長期的な価格予測では、天然ガスは1,000立方フィートあたり5ドルとされており、2011年の予測である1,000立方フィートあたり3.75ドルを大幅に上回っている。石油生産者が太陽光EORシステムに投資する場合、すべての費用は初期費用であり、設備の標準寿命は30年である。[ 12 ]

アメリカ合衆国

カリフォルニア州は、日照量が豊富で重質油の埋蔵量も豊富であることから、太陽光EORにとって有望な地域です。現在、カリフォルニア州の石油生産量の40%はEORのために蒸気注入を採用しており、数年後には60%に増加する見込みです。[ 2 ] [ 4 ]シェブロン、アエラ・エナジー、ベリー・ペトロリアム、プレーンズ、オキシデンタルの5つの重質油生産者は、合計で年間約2億8300万立方フィートのガスを消費しています。これは米国の総需要の1.3%に相当します。しかし、アナリストは、カリフォルニア州でEORに使用される天然ガスの20%を太陽光EORが代替できる可能性があると述べています。[ 13 ]

中東

ペルシャ湾は日射量が非常に良好で、場所によってはモハーベ砂漠の水準を上回っています。これが、同地域での太陽光EORが非常に有望視される要因となっています。もう一つの要因は、あまり目立たないものの、より重要なものです。カタールを除くペルシャ湾諸国は天然ガスが不足しており、実際には輸入に頼らざるを得ない状況です。淡水化、電力、その他の産業用途に天然ガスを必要とする地域経済の成長によって、天然ガス供給の限界はさらに悪化しています。[ 14 ]

中東企業は、ガスではなく太陽光を利用してEOR用の蒸気を発生させることで、国内の天然ガス供給をより高付加価値の用途に拡大することができます。これは、オキシデンタル・ペトロリアムが運営するムハイズナ油田など、EORを積極的に推進しているオマーンにとって特に重要です。[ 14 ]オマーンは天然ガス輸出ターミナルを建設しましたが、2000年に石油生産がピークに達したため、同国はガスをEOR事業に使用するように転用しました。オマーンではガスが不足しているため、価格は1000立方フィートあたり約10ドルです。[ 14 ]オマーンは現在、かなりの量の天然ガスをEORに使用しています。[ 15 ] 2014年1月にアーンスト・アンド・ヤングが発表した報告書によると、オマーンで太陽熱EORを本格的に導入すると、太陽熱EORの需要の80%を太陽熱蒸気で賄うことができ、1日あたり最大5億立方フィート（bcf）のガスを節約し、2023年までにオマーンのGDPに120億ドル以上貢献する可能性があるという。 [ 16 ]

歴史

1983年、ARCOソーラー社はカリフォルニア州タフトにセントラルタワー技術を用いた太陽熱蒸気発生装置のパイロットプラントを建設しました。このシステムは、ピーク運転時に1メガワットの熱エネルギーを生成しました。[ 17 ]技術的には実現可能でしたが、費用対効果が低く、後に再現されることはありませんでした。[4] このARCOのパイロットプラントは、太陽熱蒸気を重質油回収に応用した最初の事例でした。

参考文献

  1. ^ van Heel, AP; van Wunnik, JN; Bentouati, S..; Terres, R.. (2010-04-11). 「太陽熱蒸気の日周期および季節周期が石油回収に与える影響」(PDF) . All Days . SPE. doi : 10.2118/129225-ms . 2012年4月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。
  2. ^ a b c「Energy & Resources Predictions 2012」 deloitte.com 2012年5月11日。 2013年1月6日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  3. ^ヘルマン、クリストファー (2011年4月6日). 「太陽からの石油」 .フォーブス.
  4. ^ a b c d e「シェブロンの太陽光発電による石油採掘がカリフォルニアで開始」 Bloomberg.com 2011年10月3日。
  5. ^ 「世界初の商業用太陽光EORプロジェクト開始」 arabianoilandgas.com 2011年2月27日。2014年7月27日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  6. ^ギルバート、ダニエル (2011年9月30日). 「原油掘削に太陽光発電が活用される」 . WSJ .
  7. ^ Mahdi, Wael (2013年5月21日). 「GlassPoint Solar、中東の石油会社から関心を集める」 . Bloomberg . 2013年6月25日閲覧。
  8. ^ 「オマーン石油開発会社、湾岸地域初の太陽光強化石油回収パイロットプラント建設にグラスポイント社を選択」ロイター2011年8月3日オリジナルより2015年9月24日時点のアーカイブ。 2013年6月25日閲覧。
  9. ^ Kantchev, Georgi (2015年7月8日). 「オマーン、石油採掘のため巨大太陽光発電所を建設へ」 . WSJ .
  10. ^ 「Petroleum Development OmanとGlassPoint、Miraah太陽光発電所からの蒸気供給開始を発表」（プレスリリース）。2017年11月。
  11. ^ 「サウスベルリッジ油田」。
  12. ^ a b c Molchanov, Pavel (2011年3月7日).熱技術は石油増進回収法の経済性を変革できるか(PDF) . glasspoint.com (レポート) . 2011年10月12日閲覧.
  13. ^ Groom, Nichola (2011-04-18). 「分析：石油会社、入手困難な供給源確保のため太陽光発電へ」reuters.com .
  14. ^ a b c Molchanov, Pavel.太陽光EORは前進を続ける：オマーン、中東初のシステム構築へ(PDF) . glasspoint.com (レポート). 2012年4月25日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年11月10日閲覧。
  15. ^ Ali Khan, Gulam (2013年5月21日). 「PDOが太陽光EORプロジェクトを委託」 . Muscat Daily . 2013年6月25日閲覧。
  16. ^ 「太陽光による石油増進回収：オマーンにおける国内価値評価」（PDF） ey.com 2014年1月。2014年7月14日時点のオリジナル（PDF）からアーカイブ。
  17. ^ラーソン、ロナルド・W.; ウェスト、ロナルド・エメット (1996).太陽熱技術の導入. マサチューセッツ州ケンブリッジ: MIT 出版. ISBN 978-0-262-12187-3。
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