操業コストが32%上昇し、サステナビリティ(持続可能性)に関する規制が強化される中、石油&ガス会社はエネルギー管理と自動化のあり方を見直しています。プロセス制御システムとパワーシステムの統合は業界に変革をもたらし、上流、中流、下流のオペレーション全体にわたり、生産の最適化、コスト削減、信頼性の向上を実現します。従来は別々だったこれらの領域を統合することで、石油&ガス会社は新たなレベルのパフォーマンスとレジリエンス(回復力)を実現できます。この記事では、石油&ガスアプリケーションにおけるプロセス制御システムとパワーシステムの統合による10のメリットを考察します。
石油&ガス産業における統合プロセス･パワーシステムとは?
統合プロセス･パワーシステムとは、プロセス･オートメーション･システム(DCS、SCADA、PLCなど)と電気インフラ(配電盤、MCC、変電所など)をシームレスに接続するシステムを指します。この統合により、生産、処理、輸送全体にわたる統合運用、リアルタイムの可視性、そしてよりスマートな意思決定が可能になります。
統合を可能にする主要技術:
- 分散制御システム(DCS): 気化器やBOG処理などのプロセス ユニットを管理するための集中プラットフォーム
- プログラマブル･ロジック･コントローラ(PLC): 分離や甘味付けなどの個別のタスクに対応する柔軟なコントローラ
- SCADAシステム: リアルタイムモニタおよび制御(特にパイプライン操作の場合)
- リモート端子ユニット(RTU): リモートアセット管理用のフィールドデバイス
- 配電システム: 重要な負荷をサポートするスイッチギア、変圧器、および変電所
- モータ･コントロール･センタ(MCC): 回転装置用の可変周波数ドライブ(VFD)、ソフトスタータ、および保護リレー
- エネルギー管理システム: 計測、最適化、エネルギー品質管理のためのツール
- インテリジェント電子デバイス(IED): 診断と制御のための高度なリレーと計器
電動化のメリット
統合プロセス&パワーシステムのメリットを検討する前に、電動化がなぜ重要なのかを理解することが重要です。
電動化は、石油&ガス業界における脱炭素化と運用効率の重要な推進力です。従来のシステムを電動アーキテクチャに置き換えることで、排出量の削減、エネルギー利用の最適化、そして高度なデジタル制御が可能になります。これは、サステナビリティの目標達成と長期的なアセットパフォーマンスの実現に不可欠です。例えば、統合プロセス・電力システムは、非効率な燃焼タービン(エネルギー損失66～75%)を低炭素グリッドまたは再生可能エネルギーに置き換えます。油圧システムから電動システムへの移行は、データ統合の改善、メンテナンスの最小化、そして海底タイバックの高精度な長距離制御を可能にすると同時に、しばしば50%を超える水管理におけるエネルギー需要の削減を実現します。
電動化について詳しくは、こちらをご覧ください。
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価値を解き放つ: プロセスとパワーの統合による10のメリット
1. 運用効率の向上
課題: 石油&ガス施設では、プロセスチームとパワーチームの間で意思決定がサイロ化していることが多く、遅延や非効率性が生じ、収益性に影響を及ぼしています。石油&ガス上流企業は、エネルギーと資源の集約化により、2024年に運用コストが32%増加すると予想されており、エネルギーの最適化の必要性が浮き彫りになっています。
ユースケース: 統合によりオペレーションが効率化されます。例えば、ガス処理プラントでは、プロセス制御システムが脱水、甘味処理、分留ユニットを管理し、電力システムが重要なポンプとコンプレッサをサポートします。統合データにより、リアルタイムのエネルギー消費量に基づいてコンプレッサの負荷を最適化するなどの自動調整が可能になり、無駄を削減し、スループットを向上させることができます。
2. エネルギー管理の向上
課題: Energy is a major 石油&ガス業界では、特に大規模なポンプ、圧縮、加熱にかかるエネルギーコストが大きな割合を占めています。IEA (国際エネルギー機関)の報告によると、産業界におけるエネルギー効率の改善により、2030年までに運用エネルギー需要を25%削減できる可能性があるものの、現状ではシステムの断片化と統合の不備により、導入が遅れています。
ユースケース: 電動式水中ポンプ(ESP)システムに適用されるエネルギー管理ソリューションは、リアルタイムの電力使用量の監視、ポンプ速度と負荷バランスの最適化、力率の改善により、エネルギーの無駄を削減します。データ駆動型のスケジューリングと予測的な調整を可能にし、ESPシステムの最高の運用効率を実現し、エネルギーコストを削減します。
3. 資産の信頼性と稼働時間の向上
課題: 予期せぬ機器の故障(例: ポンプ、コンプレッサ)は生産を停止させ、安全上のリスクを引き起こす可能性があります。コンプレッサステーションの稼働率が1%低下すると、処理能力の低下と契約上の違約金により、大容量パイプラインシステムでは年間50万ドルの収益損失につながる可能性があります。
ユースケース: 振動や電気特性の分析といったプロセスデータと電気データを組み合わせることで、統合アプローチは故障の兆候を早期に検知し、先を見越した積極的な介入を可能にし、コストのかかるダウンタイムを大幅に削減します。これにより、潜在的な故障を予測するだけでなく、最適な是正措置を自律的に実行することで、統合をさらに進化させた処方的メンテナンスが可能になります。例えば、このシステムは振動データとプロセス需要に基づいてポンプの可変周波数ドライブを自動的に調整し、損傷を防ぎ効率を維持することができます。
4. 集中監視と制御
課題: プラットフォームが異なれば、チームが連携して問題に迅速に対応することが難しくなります。
ユースケース: オペレータ、メンテナンス、エンジニアリングチームは、統合インターフェイスを通じて診断、アラーム、履歴分析を利用できます。これは、遠隔操作(油田、パイプラインSCADA)や複数拠点の管理において特に役立ちます。
統合制御については、こちらをご覧ください。
5. 安全とリスク軽減の強化
課題: システムが分断されていると、緊急対応が遅れ、インシデント発生時のリスクが増大する可能性があります(例: ガス漏れ、コンプレッササージ、電気系統の故障)。BSEE (Bureau of Safety and Environmental Enforcement: 安全環境執行局)は2023年に、火災、坑井制御の喪失、流出などを含む160件を超えるオフショアインシデントを記録しており、統合安全システムの継続的な必要性を浮き彫りにしています。
ユースケース: エネルギー管理システムは、協調的な負荷遮断戦略(故障時のコンティンジェンシー遮断、発電量低下時の低周波数遮断、発電機の過負荷保護)を通じて安定性を実現します。統合されたパワー&制御自動化により、負荷とプロセス需要を動的に管理し、重要な機器への電力供給を維持しながら、エネルギー配分を最適化します。
6. 生産と品質の最適化
課題: プロセスとパワーのリアルタイム調整なしには、製品品質の一貫性を維持することは困難です。IEAの分析によると、高度なプロセス制御とエネルギー最適化により、精製におけるエネルギー強度を10～15%削減し、収率とコスト効率の両方を向上させることができます。
ユースケース: 例えば、気化器/加熱アプリケーションでは、統合システムにより電気エネルギー性能をリアルタイムで監視･最適化できます。ヒーターの消費電力とLNG送出温度および出口温度の指標を相関させることで、オペレータは非効率性を迅速に特定し、気化器の性能をベンチマークし、制御戦略を適用できます。このアプローチにより、安定したガス品質が実現し、エネルギーの無駄を最小限に抑え、コンプライアンス仕様に準拠できます。
7. エンジニアリングと立上げ時間の短縮
課題: プロセスとパワーのエンジニアリングチームは独立して作業することが多く、インターフェイスの問題や遅延が発生します。大規模な石油&ガスプロジェクトの73%でスケジュールの遅延が発生し、64%でコスト超過に直面していますが、これは多くの場合、断片化されたエンジニアリングとインターフェイス管理の不備が原因です。
ユースケース: 統合エンジニアリング環境は、インターフェイスの課題を早期に解決し、導入を加速し、現場での変更を削減します。これは、新規LNGプラントや浮体式海洋石油･ガス生産貯蔵積出設備(FPSO: Floating Production, Storage and Offloading System))などの大規模プロジェクトにとって非常に重要です。統合プラットフォームを活用することで、これらの環境はエンジニアリングデータの信頼できる唯一の情報源を確立し、分野間の一貫性を確保し、プロジェクトライフサイクル全体を通じてエラーを削減します。
8. 総所有コスト(TCO)の削減
課題: サイロ化されたシステムは、インフラの冗長化、メンテナンスコストの増大、そしてリソースの非効率的な割り当てにつながります。ライフサイクルコストの最大80%は、主にメンテナンス、エネルギー、ダウンタイムといった、CapEx (設備投資)ではなく、目に見えない形で存在しています。
ユースケース: 統合により、エネルギー消費量、メンテナンス作業、システムの複雑さが軽減されます。集中サポートと標準化されたプラットフォームにより、運用上の間接費が削減され、スペアパーツ管理が効率化されます。
9. サイバーセキュリティ体制の強化
課題: Fragmented 断片化されたシステムは、統一されたセキュリティ戦略を妨げ、サイバー脅威に対する脆弱性を高めます。石油&ガス会社の94%が少なくとも1回のデータ侵害を経験しており、50%以上が過去30日間に侵害を受けており、69%がサイバーセキュリティ体制の評価でDまたはFとなっています。
ユースケース: 統合により、プロセスド分野とパワー分野の両方において、一貫したセキュリティ制御、ネットワークセグメンテーション、そして高度な侵入検知が可能になります。集中的なパッチ管理とセキュアなリモート･アクセス･ツールは、重要インフラを標的としたサイバー攻撃に対するレジリエンスを強化します。これらの機能は、「ゼロトラスト･アーキテクチャ」のゴールドスタンダードとしての実装をサポートします。ゼロトラスト･アーキテクチャでは、統合されたシステムが統一されたセキュリティポリシーとセグメンテーションを基盤として適用し、重要な資産の保護に役立てます。
包括的なインベントリがセキュリティ体制にどのように役立つかについては、こちらをご覧ください。
10. 拡張性と将来への対応
課題: 石油&ガス田の拡張、再生可能エネルギーの導入、デジタル技術の導入に伴い、旧式のシステムがボトルネックとなる可能性があります。油田&ガス田の寿命は、一般的に原油の産出開始から廃止まで15年から30年ですが、大規模な鉱床では50年以上も生産されることがあります。
ユースケース: 統合システムは、クラウド分析、リモートオペレーション、デジタルツインなど、デジタルトランスフォーメーションを支える柔軟な基盤を提供します。高品質なデータと相互運用性により、シームレスな拡張とイノベーションを実現します。
プロセス制御システムとパワーシステムの統合は、石油&ガス業界にとって大きな変革をもたらします。オペレーションが複雑化し、サステナビリティへのプレッシャーが高まるにつれ、企業はよりスマートで接続性の高いソリューションを導入する必要に迫られています。電気とオートメーションの分野間のサイロを打破することで、効率性、レジリエンス、安全、そして長期的な価値がもたらされます。統合に投資する先進的な組織は、競争の激しいグローバル市場でより優位に立つことができます。統合されたプロセスとパワーがお客様のオペレーションをどのように変革できるかについては、当社のチームにお問い合わせいただくか、最新のソリューションをご覧ください。
