Digitalisierung Wie Öl- und Gasindustrie klimaneutral werden

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Öl und Gas sind Auslaufmodelle. Wer heute mit fossilen Energieträgern Geld verdient, sollte sich schleunigst nach erneuerbaren Alternativen umsehen. Warum Digitalisierung dem Umstieg den entscheidenden Schub verleiht.

Öl- und Gasunternehmen stehen unter zunehmendem Druck, klimaresilient zu werden, die Kohlenstoffemissionen zu reduzieren und sich auf Einnahmequellen aus erneuerbaren Energien zu konzentrieren. Um diesen Druck zu verringern, müssen Energieerzeugungsunternehmen erneuerbare Alternativen nutzen. Und obwohl einige Unternehmen bereits früh umgestiegen sind – immer noch müssen viele Betreiber ihre Geschäftsmodelle grundlegend ändern, um dem Wandel Rechnung zu tragen.

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Trotzdem zögern viele Unternehmen mit dem Umstieg und befassen sich mit vorgelagerten Aktivitäten. Ihre Bedenken drehen sich hauptsächlich um die Art der digitalen Technologielösungen, mit denen sie ihre Ziele erreichen können.

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Sie wollen insbesondere sicherstellen, dass Qualifikations- und Wissenslücken so gering wie möglich gehalten werden, Herausforderungen bei der Verwaltung und Optimierung des laufenden Betriebs bei gleichzeitiger Verringerung der Umweltbelastung bewältigen und das Datenproblem lösen – also wie die riesigen Mengen an generierten Daten verwaltet und genutzt werden können und zudem verhindert werden kann, dass sie für alle zugänglich werden.

Wie sieht eigentlich die aktuelle Situation aus?

Einer der Haupttrends in Bezug auf die steigende Nachfrage nach Öl und Gas ist, dass trotz des Rückenwinds für die Nutzung erneuerbarer Energie die Nachfrage nach zuverlässiger und vor allem erschwinglicher Energie weiter besteht. Die Lage wird sich erst ändern, wenn erneuerbare Quellen die Oberhand über das klassische Öl und Gas gewinnen, denn auch in den nächsten 30 bis 50 Jahren werden sich diese fossilen Energieträger nicht grundlegend ersetzen lassen.

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Der Krieg in der Ukraine hat unsere Abhängigkeit von Energiequellen noch deutlicher gemacht und den Bedarf an günstigeren Alternativen verstärkt. Die Kapitalinvestitionen in kohlenstoffarme und kohlenstofffreie Energieprojekte haben zwar schnell zugenommen, sind aber immer noch niedriger als die kollektiven Investitionen in Infrastruktur auf Basis fossiler Brennstoffe. Das liegt daran, dass die Kohlenwasserstoffproduzenten in drei verschiedene Lager unterteilt sind:

• 1. Weitermachen wie gewohnt: Diese Unternehmen produzieren weiter, solange die Nachfrage und Preise noch hoch sind. Das bedeutet, dass sie in den kommenden Jahren immer noch Abschwüngen und Rezessionen ausgeliefert sind, aber dank starker Renditen werden sie die nächsten 30 Jahre und mehr überstehen. Sie nutzen ihre Chance jetzt, solange es noch möglich ist.

• 2. Umfassender Umschwung: Die Strategie für umfassenden Umschwung ersetzt die Öl- und Gasproduktion vollständig und sieht einen Umstieg auf ausschließlich erneuerbare Energieressourcen für einen umweltfreundlicheren Ansatz vor. Der Ansatz spricht Betreiber an, die flexibel und intelligent genug sind, um alternative Energiequellen vor ihren wichtigsten und oft größeren Rivalen zu nutzen.

• 3. Das Beste von beidem: Eine hybride Strategie beinhaltet einerseits, wie gewohnt weiterzumachen, aber andererseits auch die Kernaktivitäten zwecks Senkung der CO₂-Emissionen zu reduzieren und erneuerbare Alternativen wie CO₂-Abscheidung, Energiespeicherung, Elektrifizierung, Wasserstoffprojekte, Solarenergie und Offshore-Windanlagen zu untersuchen und in diese zu investieren.

Diese erneuerbaren Energien werden im Laufe der Zeit die wichtigsten Öl- und Gasaktivitäten ersetzen, da allgemein davon ausgegangen wird, dass der Ausbau der erneuerbaren Kapazitäten fossile Brennstoffe im weltweiten Energiemix verdrängen wird. Der Übergang wird erreicht, indem strategische Möglichkeiten erforscht und genutzt werden, die bereits greifbar sind (z. B. Anlagen in der Nordsee), und indem digitale Fortschritte wie digitale Zwillinge und Analysen in der Planung und im Betrieb weiter vorangetrieben werden.

Wie werden Unternehmen schneller?

Eine Möglichkeit, den Übergang zu erneuerbaren Energien zu beschleunigen, ist die Wiederverwendung von Technologie und Fähigkeiten zwischen verschiedenen Branchen. Es kann sich um Personal, Technologie, Lösungen oder Partner handeln, die die Prinzipien eines Projekts auf ein anderes anwenden. Ein Beispiel ist der Offshore-Windpark Block Island, einer der ersten kommerziellen Windparks in den USA, der im Dezember 2016 den kommerziellen Betrieb aufnahm.

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Bei Offshore-Baustrukturen gibt es mehr Herausforderungen als bei Onshore-Projekten, da hier Wind, Wellen und Strömung eine Rolle spielen. Aus struktureller Sicht erfordern die Turbinenfundamente genauere technische Analysen. Beim Block Island-Projekt stammte der bauliche Entwurf von Keystone Engineering – einem Unternehmen, das Öl- und Gasplattformen gebaut hatte, die der Stärke des Hurrikans Katrina standhielten, ohne beschädigt zu werden.

Das Wissen und die Erfahrung des Unternehmens rund um die Herstellung, den Bau und die Installation von Offshore-Baustrukturen verschaffte ihm einen entscheidenden Vorteil bei der Planung der Grundstruktur des Block Island-Windparks, da es den Fokus auf die Konstruierbarkeit, die Fertigungseffizienz und die Verkürzung der Installationszeit legen konnte.

Die Partnerschaft mit Bentley hatte zudem zwei Vorteile: Beide Unternehmen arbeiteten bereits seit Langem in der Offshore-Öl- und -Gasindustrie zusammen und verfügten über Fachwissen in der Strukturanalyse von Windturbinen. Ohne diese Faktoren hätte die Fertigstellung des Projekts viel länger gedauert – und das ohne die notwendigen Garantien in puncto Erfolg und Widerstandsfähigkeit.

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Die Unternehmen, die den Übergang schrittweise vollziehen, und diejenigen, die die Öl- und Gasproduktion in den nächsten Jahrzehnten fortsetzen, erwarten noch strengere Prüfungen aus Umweltperspektive. Sie werden nachweisen müssen, dass sie große Fortschritte auf dem Weg zu Netto-Null-Emissionen machen. Es gibt jedoch viele Möglichkeiten, dieses Ziel zu erreichen.

Einstieg in die Digitalisierung

Eine der größten Herausforderungen der Branche, die Öl- und Gasproduzenten an der Implementierung einer vollständig digitalen Lösung hindert, ist die Fähigkeit, Informationen aus vielen verschiedenen Datensilos zusammenzuführen. Dabei kann es sich um Engineering-Daten aus technischen Modellierungssystemen oder Steuerungssystemen, Wartungs- und Betriebsdaten, Datenarchiven und andere Quellen handeln. Isolierte Daten führen zu Engpässen, da Wartung und Betrieb nicht auf die Informationen zugreifen können, die sie benötigen, um Probleme schnell zu beheben.

Es dauert zu lange, präzise Entscheidungen zu treffen, wenn Teams die meiste Zeit damit verbringen, die richtigen Informationen zu finden und zu überprüfen, ob sie aktuell und zuverlässig sind. Ihnen fehlt die Sichtbarkeit und der Zugang zu den richtigen Informationen.

Wie werden Daten zu Geld?

Neben der Zusammenführung isolierter Daten stellt sich die Frage, wie die Öl- und Gasindustrie Kapitalrendite (ROI) aus Lösungen für die digitale und geschäftliche Transformation berechnen kann, bei denen Datenattribute und Datenintegration zu den primären und grundlegenden Arbeitsergebnissen gehören. Hier gibt es keine allgemeingültige Antwort, da der ROI auf verschiedene Weisen berechnet werden kann. Durch eine besser zusammenarbeitende Lieferkette, die gemeinsame Daten und Informationen nutzt, konnten in letzter Zeit Verbesserungen erzielt werden, die auch zu einer besseren Ausführungsleistung geführt haben. Entscheidend ist, dass diese Verbesserungen die Qualität der Entscheidungsfindung erhöhen konnten, was schlussendlich zu grundlegend besseren Lösungen führt.

Warum Quantifizierung schwierig ist

Bessere Lösungen sind unerlässlich, wenn die Branche der immensen „Netto-Null“-Herausforderung begegnen will. Diese Verbesserungen sind jedoch schwieriger zu quantifizieren. Was wir sehen, ist, dass Unternehmen im Laufe der Zeit ihre Effizienz verbessern, wenn es um das Finden genauer Informationen, die Zuverlässigkeit dieser Informationen und die Vermeidung von Offshore-Inspektionen geht.

Wie bereits erwähnt sind diese Verbesserungen nicht leicht zu quantifizieren, aber angesichts des Schwerpunkts auf Sicherheit sind sie entscheidend für den Personalabbau und das Erreichen der nötigen Flexibilität, um die besten Kompetenzen bereitzustellen. Die Digitalisierung ist für den laufenden Betrieb einfach unerlässlich und ein Muss für Unternehmen, wenn sie wettbewerbsfähig bleiben und keine Abstriche bei der Sicherheit machen möchten.

Die Integration von Analyse- und maschinellen Lernverfahren in Zuverlässigkeitslösungen – wie in den von Bentley bereitgestellten Asset Wise-Services – ermöglicht die Konnektivität, Interoperabilität, Transparenz und Erkenntnisse, die mit den Datensilos zuvor nicht erreichbar waren. Diese Lösungen bieten im gesamten Betrieb rund um die Uhr eine ganzheitlichere Sicht auf Leistung und Zuverlässigkeit, da durch die konstante Überwachung und Berichterstellung frühzeitig Hinweise auf zukünftige Ereignisse oder Probleme auftauchen können. Diese Zuverlässigkeits- und Analyselösungen liefern eine Vielzahl von Anwendungsfällen, mit denen Emissionen reduziert und das Netto-Null-Ziel erreicht werden können.

Die ersten Schritte auf dem Weg zu Netto-Null

Die zunehmende Wichtigkeit der ESG-Aspekte (Environmental, Social and Governance – Umwelt, Soziales und Governance) wird die allgemeinen Strategien der Hersteller weitgehend definieren, da eine herausragende ESG-Leistung als Wettbewerbsvorteil erachtet werden kann. Öl- und Gasunternehmen suchen immer häufiger nach digitalen Lösungen wie digitalen Zwillingen, Datenplattformen und anderen Technologien, um von der Überwachung zur Emissionskontrolle überzugehen und zu beweisen, dass sie einen Schritt in die richtige Richtung gehen.

Wenn Betreiber noch nicht mit der Reduzierung ihres CO₂-Fußabdrucks begonnen haben, ist die Optimierung ihres Betriebs eine der ersten Maßnahmen, die sie jetzt ergreifen können. Die Betriebsoptimierung ist zwar nichts Neues, aber die Auswirkungen auf die Umwelt sind offensichtlich. Wenn alles reibungslos und wie gewünscht läuft, wird der Energieverbrauch minimiert.

Der erste Schritt besteht darin, Fehler zu vermeiden, die dazu führen, dass Anlagen nicht optimal arbeiten, oder die sogar Ausfälle nach sich ziehen. Pumpen, die nicht mit der höchsten Effizienz laufen, verbrauchen beispielsweise nicht nur mehr Energie, sondern sind auch weniger zuverlässig – was beides zu höheren Emissionen führt. Eine solide Strategie für das Asset Performance Management ist ein Muss.

Wie Asset-Performance Anlagen zuverlässiger macht

Ein Beispiel für die Implementierung einer Asset-Performance-Management-Strategie liefert OQ Upstream, ein integriertes Energieunternehmen, das Dutzende von Anlagen, Tausende von Assets und über 4.500 Kilometer Pipeline im gesamten Oman betreibt und verwaltet. In seiner Einreichung für die Going Digital Awards in Infrastructure 2022, die in der Kategorie Prozessfertigung und Energieerzeugung ins Finale kam, digitalisierte OQ seine Asset-Performance-Management-Aktivitäten.

Dadurch konnte das Unternehmen die Auswirkungen der höheren Zuverlässigkeit und der Reduzierung von Ausfällen und ungeplanten Ausfallzeiten erkennen, womit neben einer Erhöhung der Anlagenzuverlässigkeit auch eine deutliche Reduzierung der Funktionsausfälle, ungeplanten Arbeitsaufträge und Wartungskosten erzielt werden konnte.

Anlagen effektiv überwachen und verwalten – der Weg zu mehr Effizienz

Andere Möglichkeiten zur Betriebsoptimierung sind eine effektivere Überwachung und Verwaltung Ihrer Anlagen. Aus einem kürzlich erschienenen McKinsey-Bericht geht hervor, dass eine Steigerung der Produktionseffizienz um zehn Prozent im Durchschnitt zu einer Verringerung der Emissionsintensität um vier Prozent führt.

Die Prozessindustrie generiert eine enorme Menge an Daten. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, auf diese Daten zugreifen und sie überwachen, analysieren und für Berichte nutzen zu können, um eine optimale Anlagenleistung und Emissionsberichterstattung und -kontrolle zu erreichen. Wenn Sie diese Daten zur Hand haben, können Sie sicherstellen, dass Sie die behördlichen und branchenspezifischen Richtlinien in Bezug auf Produktion, Einsatz von Chemikalien, Abfackeln, den minimierten Ölgehalt im Wasser und viele andere Faktoren einhalten.

Ein Beispiel für eine effektivere Optimierung vorhandener Anlagen liefert Cairn Vedanta in Indien. Mithilfe von Asset Wise 4D Analytics von Bentley erfasste das Unternehmen alle Daten zur Bohrlochintegrität und Durchflusssicherung von über 800 Onshore- und Offshore-Bohrlöchern. Das Unternehmen aggregierte Daten aus mehreren Systemen in einer Lösung und zeichnete mithilfe von Analysen ein praktisch echtzeitgetreues Bild des Zustands und der Leistung der Anlagen. So konnten die Teams feststellen, welche Bohrlöcher nach der Stimulation kostentechnisch sinnvoll waren.

Die Daten halfen ihnen bei der Entscheidung, ob sie ein Bohrloch weiter betreiben oder stilllegen oder Änderungen an ihm vornehmen sollten, was zu Verbesserungen sowohl bei der Emissionsreduzierung als auch bei den Kosten führte. Das Unternehmen war so in der Lage, einen proaktiven Ansatz für das Integritätsmanagement zu verfolgen, um mögliche Ausfälle zu vermeiden oder sie so schnell wie möglich zu beheben und so einen nachhaltigeren Betrieb zu schaffen.

Die Rolle des digitalen Zwillings

Diese Optimierungstechniken, die oft als eigenständige Lösungen angeboten werden, können jetzt innerhalb von digitalen Zwillingen zur Verfügung gestellt werden. Ein digitaler Zwilling ist eine virtuelle Darstellung realer Objekte und Prozesse, bei der Daten/Modelle aus dem Engineering und der Planung mit Betriebs- und IT-Informationen kombiniert werden. Digitale Zwillingssysteme verändern Unternehmen, indem sie für ein schnelleres Verständnis sorgen, der optimalen Entscheidungsfindung zugutekommen und effektives Handeln ermöglichen.

Da der Öl- und Gasbetrieb zunehmend digitalisiert wird, um die betriebliche Leistung zu verbessern, wettbewerbsfähig zu bleiben und nachhaltiger zu sein, wird die Rolle der Technologie der digitalen Zwillinge noch wichtiger. Gartner zufolge werden bis 2024 bei mindestens 90 Prozent der Investitionen in neue Anlagen bereits umfassende Modelle mit digitalen Zwillingen, Datenintegration vor Ort und dynamische Softwarekonfigurationsfunktionen vorhanden sein. Da der Bedarf an erneuerbaren Energien zunimmt, könnte der Bedarf an komplexen digitalen Zwillingen für die Öl- und Gasindustrie an Priorität verlieren.

Diese Vorteile bietet der digitale Zwilling

• Automatisierte, ferngesteuerte, minimal besetzte, hocheffiziente und nachhaltigere Anlagen werden möglich;

• Bereitstellung einer zuverlässigen und genauen Informationsquelle über den gesamten Lebenszyklus der Anlage hinweg;

• Zugänglichkeit über mehrere Teams hinweg, von der technischen Planung und Übergabe bis hin zu Betrieb und Wartung;

• Möglichkeiten für Schulungen und Einarbeitung in Abläufe, bevor Besuche vor Ort erfolgen;

• Disziplinübergreifende Integration von Drittmodellen, -daten und -informationen in eine Anwendung;

• Verbesserung der allgemeinen Entscheidungsfindung durch zusätzliche Simulationen und Prognosefunktionen.

Bisher lag der Schwerpunkt darauf, wie digitale Zwillinge entwickelt werden können – und die Grundlagen dafür liegen in Anwendungen wie Plant Sight und Asset Wise von Bentley. Was jedoch immer wichtiger wird, ist, wie Unternehmen dafür sorgen können, dass diese digitalen Zwillinge (also die vollständigen Informationen über ihre Anlagen, nicht nur Modelle und Engineering) immer auf dem neuesten Stand und korrekt sind.

Wie können diese Unternehmen ihre Lieferketten anbinden, freie Wahlmöglichkeiten sicherstellen und effektiv auf globaler Ebene zusammenarbeiten? Die Einführung dieser Praktiken wird die nächsten fünf Jahre in der Öl-, Gas- und Energiebranche maßgeblich beeinflussen. Neue Unternehmen auf dem Markt werden der Katalysator für diesen Wandel sein.

Weitere Veränderungen werden an den Schnittstellen zwischen dem digitalen Zwilling und Betriebs- und Transaktionssystemen stattfinden. Neue Ansätze für Zusammenschlüsse und Integrationen sind unerlässlich, und die verfügbaren gebündelten Integrationstools sind wegweisend für die Bereitstellung dieser Integrationen in der Branche.

Im Allgemeinen können digitale Zwillinge das Situationsbewusstsein der Anlagenbetreiber verbessern und die Anlagenleistung optimieren, da dynamisches Verhalten modelliert wird. Als zentrales System für den Anlagenbetrieb haben digitale Zwillinge das beträchtliche Potenzial, die Anlagen- und Geschäftsleistung von Öl- und Gasunternehmen zu verbessern.

Die Öl- und Gasindustrie ist bereits ein führender Anwender digitaler Zwillinge, wie die Aufnahme von Shell und seiner digitalen Projektabwicklungsplattform Deepwater als Finalist der Going Digital Awards 2022 zeigt. Bei diesem Projekt kommt ein mit Plant Sight erstellter digitaler Zwilling zum Einsatz, um Daten aus verschiedenen Quellen zu aggregieren und ein umfassendes Bild des Projekts zu vermitteln, was Klarheit und Abstimmung zwischen den verschiedenen Teams ermöglicht, die an dem Projekt arbeiten.

Warum der digitale Zwilling immer wichtiger wird

Angesichts der sich in den letzten Jahren verschärfenden Klimadebatte arbeiten Öl- und Gasunternehmen hart daran, ihre Strategien zu aktualisieren und im Rahmen der Energiewende Kapital zu verlagern. Technologien wie digitale Zwillinge werden eine große strategische Rolle spielen, da sie Visualisierung, Kontext und die richtigen Informationen zur richtigen Zeit bereitstellen.

Durch eine genaue Übersicht über Energieanlagen ermöglichen digitale Zwillinge Effizienz, eine Reduzierung der Emissionen und eine Beschleunigung der Energiewende. Möglich sind in diesem Rahmen Übernahmen von Unternehmen im Bereich der erneuerbaren Energien oder längerfristige Investitionen in die eigene Technologie.

Schließlich müssen Öl- und Gasunternehmen mit Anbietern zusammenarbeiten, die über das nötige Know-how, die Branchenkenntnisse und die richtige Technologie verfügen. Bentley-Anwendungen werden beispielsweise schon seit Langem bei erneuerbaren Energieprojekten von der Planung bis hin zum Betrieb im Solarbereich, für Offshore- und Onshore-Windparks, Wasserkraft und andere Quellen eingesetzt, um die Energiewende reibungsloser zu gestalten. Digitale Zwillinge sind zwar nur eine der verfügbaren Optionen, um das Ziel einer Netto-Null-Emissionszukunft zu erreichen, doch sie bleiben ein wichtiger Schwerpunkt des Digitalisierungsprozesses und der Öl- und Gasindustrie.

* Der Autor ist unter richard.irwin@bentley.com erreichbar

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