IT202200021801A1 - Method, apparatus and system for the production of electrical energy through the exploitation of disused extraction wells of an offshore hydrocarbon production plant or their derivatives. - Google Patents
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Description
Metodo, apparato e sistema per la produzione di energia elettrica mediante sfruttamento dei pozzi di estrazione dismessi di un impianto offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati. Method, apparatus and system for the production of electrical energy through the exploitation of disused extraction wells of an offshore hydrocarbon production plant or their derivatives.
La presente invenzione si riferisce ad un metodo, un apparato e un sistema per la produzione di energia elettrica mediante sfruttamento dei pozzi di estrazione dismessi di un impianto offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati. The present invention relates to a method, an apparatus and a system for the production of electrical energy through the exploitation of disused extraction wells of an offshore plant for the production of hydrocarbons or their derivatives.
La presente invenzione si riferisce inoltre ad un metodo per convertire un impianto offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati almeno parzialmente dismesso in un impianto di produzione di energia elettrica. The present invention also relates to a method for converting an at least partially decommissioned offshore hydrocarbon or derivative production plant into an electrical energy production plant.
La presente invenzione riguarda il settore della produzione di energia elettrica pulita in ambito offshore, sfruttando i pozzi di estrazione gi? ?depletati? (esauriti) siti in piattaforme di produzione offshore nel settore ?Oil&Gas? e/o Idrogeno. The present invention concerns the sector of clean electricity production in the offshore sector, exploiting already "depleted" (exhausted) extraction wells located in offshore production platforms in the "Oil & Gas" and/or Hydrogen sector.
E? noto che le attivit? di estrazione di materie prime allo stato fluido dal sottosuolo possono causare il fenomeno conosciuto come ?subsidenza?, intendendo come tale il movimento della piattaforma continentale o del fondo marino che, per effetto del peso dei sedimenti che gli si accumulano sopra, tende ad abbassarsi. La diminuzione di pressione che, a seguito di attivit? estrattive, si genera nello strato geologico di un giacimento provoca od accelera un tale fenomeno. La figura 6 ? uno schema che mostra tale fenomeno di ?subsidenza? in caso di un giacimento esaurito: il primo riquadro A mostra una situazione iniziale prima di un?attivit? di estrazione di fluidi da un giacimento, il secondo riquadro B mostra l?attivit? di estrazione e il terzo riquadro C mostra il fenomeno della subsidenza generato o comunque accelerato dall?esaurimento del giacimento al termine dell?attivit? di estrazione ove si nota anche uno slittamento e una sovrapposizione del fondale. It is known that the extraction of raw materials in a fluid state from the subsoil can cause the phenomenon known as "subsidence", meaning the movement of the continental shelf or the seabed which, due to the weight of the sediments that accumulate on it, tends to lower. The decrease in pressure that, following extraction activities, is generated in the geological layer of a deposit causes or accelerates such a phenomenon. Figure 6 is a diagram showing this phenomenon of "subsidence" in the case of a depleted deposit: the first box A shows an initial situation before an extraction of fluids from a deposit, the second box B shows the extraction activity and the third box C shows the phenomenon of subsidence generated or in any case accelerated by the exhaustion of the deposit at the end of the extraction activity where a slippage and overlapping of the seabed can also be noted.
E? anche noto che al termine della vita operativa di impianti offshore per la produzione di idrocarburi per esaurimento del relativo giacimento si pone il problema di bonifica, smantellamento e rottamazione delle relative strutture. It is also known that at the end of the operational life of offshore hydrocarbon production plants due to the exhaustion of the relevant deposit, the problem of remediation, dismantling and scrapping of the relevant structures arises.
Ad oggi ? noto che in caso di impianti offshore talune strutture di essi, fra cui in particolare i cosiddetti ?casing? dei pozzi di estrazione, non vengono smantellate e rimosse, non essendo possibile o comunque conveniente procedere in tal senso. Esse quindi permangono in ambiente marino prive di impiego. To date, it is known that in the case of offshore installations, some of their structures, including in particular the so-called "casings" of the extraction wells, are not dismantled and removed, as it is not possible or in any case convenient to proceed in this way. They therefore remain in the marine environment without use.
Allo stato attuale sono noti sistemi per lo stoccaggio di energia mediante lo sfruttamento della forza di gravit? e sistemi per lo stoccaggio di energia mediante lo sfruttamento della spinta di galleggiamento. Currently, there are known systems for energy storage using the force of gravity and systems for energy storage using the force of buoyancy.
Cos?, per esempio, la pubblicazione ?Underwater Energy Storage ? Emphasis on Buoyancy Technique? (Kyle Patrick Basset ? University of Windsor Canada -08.03.2017) riporta lo studio di un sistema per lo stoccaggio di energia mediante sfruttamento della spinta di galleggiamento (BBES Buoyancy Battery Energy Storage). In tal caso l?energia ? stoccata trascinando sott?acqua grandi galleggianti mediante l'utilizzo di argani azionati da una forza esterna; in caso di richiesta di energia, i galleggianti trascinati e bloccati sott?acqua sono lasciati risalire in superficie compiendo un lavoro utile sull?argano. Thus, for example, the publication ?Underwater Energy Storage ? Emphasis on Buoyancy Technique? (Kyle Patrick Basset ? University of Windsor Canada -08.03.2017) reports the study of a system for energy storage through the exploitation of buoyancy (BBES Buoyancy Battery Energy Storage). In this case, the energy is stored by dragging large floats underwater using winches operated by an external force; in case of energy demand, the floats dragged and blocked underwater are allowed to rise to the surface, performing useful work on the winch.
Sono anche noti sistemi come per esempio descritti nell?articolo ?Energy Vault ? energy storage made of concrete blocks and cranes? della compagnia Energy Vault che prevedono lo stoccaggio di energia potenziale per la successiva produzione di energia attraverso lo sfruttamento della forza di gravit?. In tal caso, pesi costituiti da blocchi di cemento sono sollevati e trattenuti ad una determinata quota di sollevamento mediante l?impiego di gru azionate sfruttando eccessi di energia prodotta da fonti rinnovabili. L?energia potenziale cos? stoccata ? sfruttata in caso di richiesta di energia lasciando cadere i blocchi di cemento e l'energia cinetica generata dalla caduta di tali blocchi viene trasformata in elettricit?. Also known are systems such as those described in the article "Energy Vault - energy storage made of concrete blocks and cranes" by the company Energy Vault, which involve the storage of potential energy for subsequent energy production by exploiting the force of gravity. In this case, weights made of concrete blocks are lifted and held at a certain lifting height by means of cranes operated by exploiting excess energy produced from renewable sources. The potential energy thus stored is exploited in the event of energy demand by dropping the concrete blocks and the kinetic energy generated by the falling blocks is transformed into electricity.
In entrambi i casi, l'energia consumata per trascinare sott?acqua i galleggianti o per sollevare i pesi ? sensibilmente maggiore dell?energia stoccata e di quella poi effettivamente prodotta. In altre parole, tali sistemi noti comportano un considerevole dispendio energetico che influisce negativamente sulla loro efficienza. Ciononostante, questi sistemi noti sono accolti positivamente, essendo sempre sentita l?esigenza di trovare sistemi per lo stoccaggio di energia. In particolare, ? sentita l?esigenza di trovare sistemi per lo stoccaggio di energia di migliorata efficienza e di ridotto impatto ambientale. In both cases, the energy consumed to drag the floats underwater or to lift the weights is significantly greater than the energy stored and then actually produced. In other words, these known systems involve a considerable energy expenditure that negatively affects their efficiency. Nevertheless, these known systems are welcomed positively, as the need to find systems for energy storage is always felt. In particular, the need to find systems for energy storage with improved efficiency and reduced environmental impact is felt.
Alla luce di quanto sopra, scopo della presente invenzione ? quello di ovviare da un lato ai problemi di subsidenza e dall?altro lato ai problemi di bonifica, smantellamento e rottamazione delle strutture di un impianto offshore per la produzione di idrocarburi o loro derivati conseguenti alla dismissione di uno o pi? dei suoi pozzi di estrazione ?depletati? per esaurimento del giacimento, sfruttandole come ?fonte alternativa? per la produzione di energia elettrica pulita. In light of the above, the purpose of the present invention is to overcome, on the one hand, the problems of subsidence and, on the other hand, the problems of reclamation, dismantling and scrapping of the structures of an offshore plant for the production of hydrocarbons or their derivatives following the decommissioning of one or more of its extraction wells "depleted" due to the exhaustion of the deposit, by exploiting them as an "alternative source" for the production of clean electrical energy.
Ulteriore scopo della presente invenzione ? quindi quello di fornire un metodo, un apparato e un sistema per la produzione di energia elettrica in modo particolarmente efficiente e a ridotto impatto ambientale. A further aim of the present invention is therefore to provide a method, an apparatus and a system for the production of electrical energy in a particularly efficient manner and with a reduced environmental impact.
Un altro scopo della presente invenzione ? quello di realizzare un apparato e un sistema per la produzione di energia elettrica particolarmente semplici e funzionali, con costi contenuti. Another aim of the present invention is to create an apparatus and a system for the production of electrical energy which are particularly simple and functional, with low costs.
Questi scopi secondo la presente invenzione sono raggiunti realizzando un metodo, un apparato e un sistema per la produzione di energia elettrica mediante sfruttamento dei pozzi di estrazione dismessi di un impianto offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati come esposto nelle rivendicazioni indipendenti. These objects according to the present invention are achieved by providing a method, an apparatus and a system for the production of electrical energy through the exploitation of disused extraction wells of an offshore plant for the production of hydrocarbons or their derivatives as set forth in the independent claims.
Questi scopi sono altres? raggiunti con un metodo per convertire un impianto offshore di produzione di idrocarburi almeno parzialmente dismesso in un impianto di produzione di energia elettrica come esposto nella rivendicazione 14. These objects are also achieved by a method for converting an at least partially decommissioned offshore hydrocarbon production plant into an electrical energy production plant as set forth in claim 14.
Ulteriori caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti. Further features are provided in the dependent claims.
Le caratteristiche ed i vantaggi di un metodo, un apparato e un sistema per la produzione di energia elettrica mediante sfruttamento dei pozzi di estrazione dismessi di un impianto offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati secondo la presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali: The characteristics and advantages of a method, an apparatus and a system for the production of electrical energy by exploiting the disused extraction wells of an offshore hydrocarbon production plant or their derivatives according to the present invention will become more evident from the following description, which is by way of example and not by way of limitation, referring to the attached schematic drawings in which:
la figura 1 rappresenta in modo schematico una vista di assieme di un sistema di produzione di energia elettrica secondo la presente invenzione; Figure 1 schematically represents an assembly view of an electric power generation system according to the present invention;
la figura 2 mostra su scala ingrandita un particolare di figura 1 relativo ai componenti di superficie; Figure 2 shows on an enlarged scale a detail of Figure 1 relating to the surface components;
la figura 3 mostra su scala ingrandita un particolare di figura 1 relativo a componenti subacquei; Figure 3 shows on an enlarged scale a detail of Figure 1 relating to underwater components;
la figura 4 mostra in modo schematico un corpo galleggiante; Figure 4 shows a schematic representation of a floating body;
la figura 4A ? un particolare su scala ingrandita di figura 4; Figure 4A is an enlarged-scale detail of Figure 4;
la figura 5 mostra in modo schematico un sistema di produzione di energia elettrica secondo la presente invenzione; Figure 5 shows schematically an electric power generation system according to the present invention;
la figura 6 ? uno schema illustrativo del fenomeno della subsidenza (tecnica nota). Figure 6 is an illustrative diagram of the subsidence phenomenon (known technique).
Con riferimento alle figure allegate si ? complessivamente indicato con 1 un sistema per la produzione di energia elettrica comprendente un apparato 2 per la produzione di energia elettrica installato su un impianto 3 offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati comprendente almeno un pozzo di estrazione 4 (di seguito indicato anche solo come ?pozzo 4? e mostrato in figura 5) dismesso per esaurimento del giacimento G. With reference to the attached figures, the number 1 indicates overall a system for the production of electrical energy comprising an apparatus 2 for the production of electrical energy installed on an offshore plant 3 for the production of hydrocarbons or their derivatives comprising at least one extraction well 4 (hereinafter also indicated simply as ?well 4? and shown in figure 5) decommissioned due to the exhaustion of the G deposit.
Per idrocarburi si intendono idrocarburi allo stato fluido, in particolare allo stato gassoso come, per esempio, gas metano. Hydrocarbons are hydrocarbons in a fluid state, particularly in a gaseous state such as, for example, methane gas.
L?impianto 3 comprende: Plant 3 includes:
- almeno una piattaforma 5 di superficie collocata al di sopra di un giacimento G subacqueo di idrocarburi almeno localmente esaurito, nel gergo del settore anche ?depletato?, dall?inglese ?depleted?; e - at least one surface platform 5 located above an underwater hydrocarbon deposit G that is at least locally depleted, also known in industry jargon as ?depleted?; and
- almeno un pozzo 4 dismesso per esaurimento del giacimento G. - at least one well 4 decommissioned due to exhaustion of the G deposit.
La piattaforma 5 ? per esempio sostenuta da tralicci 50 ancorati sul fondale F. Platform 5 is for example supported by truss 50 anchored to the seabed F.
Il pozzo 4 ? ricavato nel giacimento G ed ? collegato alla piattaforma 5 per il tramite di una rispettiva conduttura tubolare 6 che ne riveste le pareti e che si estende con continuit? dal pozzo 4 alla piattaforma 5. Well 4 is drilled in deposit G and is connected to platform 5 by a respective tubular pipeline 6 which lines its walls and extends continuously from well 4 to platform 5.
La conduttura tubolare 6 presenta: The tubular duct 6 features:
- un?estremit? inferiore 6a alloggiata nel pozzo 4 e provvista di aperture 7 o fori che pongono il volume interno alla conduttura tubolare 6 in comunicazione con il giacimento G, - a lower end 6a housed in the well 4 and provided with openings 7 or holes which place the internal volume of the tubular conduit 6 in communication with the deposit G,
- un?estremit? superiore 6b aperta sboccante in corrispondenza della piattaforma 5 alla quale ? accoppiata. - an open upper end 6b opening out at the platform 5 to which it is coupled.
La conduttura tubolare 6, come noto, ? formata da una pluralit? di tratti tubolari di diametro variabile (decrescente all?aumentare della distanza dalla piattaforma 5) - noti nel gergo del settore come ?casing? - i quali sono installati durante la fase di perforazione del pozzo 4 e che, al termine dello sfruttamento del giacimento G, sono lasciati in opera, essendo difficile, se non impossibile recuperarli. The tubular pipeline 6, as is known, is made up of a plurality of tubular sections of variable diameter (decreasing as the distance from the platform 5 increases) - known in industry jargon as ?casing? - which are installed during the drilling phase of well 4 and which, at the end of the exploitation of the deposit G, are left in place, as it is difficult, if not impossible, to recover them.
La conduttura tubolare 6 quindi collega il giacimento G con la superficie arrivando sino alla piattaforma 5 e, con specifico riferimento alla forma di realizzazione schematizzata, al ponte della piattaforma 5. The tubular pipeline 6 then connects the deposit G with the surface, reaching up to the platform 5 and, with specific reference to the embodiment shown schematically, to the bridge of the platform 5.
Le aperture 7 o fori ricavati all?estremit? inferiore 6a della conduttura tubolare 6 pongono in comunicazione di fluido il giacimento G con il volume a essa interno. The openings 7 or holes made at the lower end 6a of the tubular conduit 6 place the reservoir G in fluid communication with the volume inside it.
L?apparato 2 comprende per ciascun pozzo 4 dismesso un rispettivo gruppo di generazione di energia elettrica 20 che, a sua volta, comprende: The apparatus 2 includes for each decommissioned well 4 a respective electricity generation group 20 which, in turn, includes:
- un corpo galleggiante 8 alloggiato all?interno della conduttura tubolare 6 in modo scorrevole lungo essa di moto rettilineo in ambo i versi di scorrimento; - almeno un corpo flessibile 9 avente un?estremit? ancorata al corpo galleggiante 8 e l?estremit? opposta fissata ad un argano 10 attorno al quale il corpo flessibile 9 ? avvolgibile; l?argano 10 ? composto a sua volta da un tamburo girevole e da una struttura di supporto propria ed ? ancorato su una struttura portante 11 disposta e ancorata alla piattaforma 5; - a floating body 8 housed inside the tubular duct 6 so that it can slide along it in a rectilinear motion in both directions of sliding; - at least one flexible body 9 having one end anchored to the floating body 8 and the opposite end fixed to a winch 10 around which the flexible body 9 can be wound; the winch 10 is in turn composed of a rotating drum and its own support structure and is anchored to a load-bearing structure 11 arranged and anchored to the platform 5;
- un generatore 12 di energia elettrica che ? accoppiato all?argano 10 con un accoppiamento atto a trasmettere il moto di rotazione dall?argano 10 al generatore 12 e anch?esso disposto sulla struttura portante 11; - an electrical generator 12 which is coupled to the winch 10 with a coupling capable of transmitting the rotational motion from the winch 10 to the generator 12 and which is also arranged on the load-bearing structure 11;
- almeno una valvola di intercettazione 13 accoppiata ad almeno una bocca di ingresso di acqua ricavata nella conduttura tubolare 6 ad una quota subacquea. - at least one shut-off valve 13 coupled to at least one water inlet port obtained in the tubular duct 6 at an underwater level.
Nelle allegate figure si ? schematizzato lo strato acquoso M che si estende al di sopra del fondale F in cui ? presente il giacimento G. The attached figures show the aqueous layer M that extends above the seabed F where the deposit G is present.
Ai fini della presente invenzione, per acqua si intende indicare l?acqua formante lo strato acquoso M che si estende al di sopra del fondale F in cui ? presente il giacimento G in corrispondenza del quale ? presente l?impianto offshore 3. Generalmente si tratta di acqua di mare, alla quale ci si riferir? per semplicit? nel resto della descrizione, essendo evidente per un tecnico del ramo che possa trattarsi in ogni caso di acqua dell?invaso in cui ? collocato l?impianto offshore 3. For the purposes of the present invention, water is intended to indicate the water forming the aqueous layer M that extends above the seabed F in which the deposit G is present, corresponding to which the offshore plant 3 is located. Generally, this is sea water, which will be referred to for simplicity in the rest of the description, since it is evident to a person skilled in the art that in any case it could be water from the basin in which the offshore plant 3 is located.
Il corpo galleggiante 8 ? configurato e dimensionato per avere una spinta di galleggiamento superiore al proprio peso. The floating body 8 is configured and sized to have a buoyancy greater than its own weight.
Il corpo galleggiante 8 ? costituito da un corpo a sviluppo longitudinale che presenta un asse longitudinale A-A disposto coassiale all?asse centrale della conduttura tubolare 6. The floating body 8 is made up of a longitudinally developed body which has a longitudinal axis A-A arranged coaxially with the central axis of the tubular duct 6.
Il corpo galleggiante 8 ? costituito da un corpo cilindrico allungato chiuso alle estremit? opposte che ? configurato e dimensionato in modo da poter scorrere senza interferenza all?interno della conduttura tubolare 6 per l?intera lunghezza di essa. The floating body 8 consists of an elongated cylindrical body closed at opposite ends which is configured and sized so that it can slide without interference inside the tubular duct 6 for its entire length.
Sono vantaggiosamente previsti mezzi di guida del moto rettilineo del corpo galleggiante 8 internamente alla conduttura tubolare 6. Tali mezzi di guida sono configurati per mantenere il corpo galleggiante 8 coassiale alla conduttura tubolare 6. Nella forma di realizzazione esemplificata, tali mezzi di guida comprendono una pluralit? di corpi di rotolamento 14, per esempio rulli, che sono supportati in modo girevole attorno a rispettivi assi di rotazione 14a sulla parete laterale del corpo galleggiante 8. Gli assi di rotazione 14a appartengono a piani ortogonali all?asse longitudinale A-A del corpo galleggiante 8. I corpi di rotolamento 14 sono distribuiti fra loro distanziati lungo diverse direzioni radiali di una stessa sezione trasversale del corpo galleggiante 8 a formare una rispettiva serie o batteria. Vantaggiosamente, lungo la lunghezza del corpo galleggiante 8 sono distribuite due o pi? serie o batterie di corpi di rotolamento 14 fra loro distanziate. Advantageously, guide means for the rectilinear motion of the floating body 8 are provided inside the tubular duct 6. Such guide means are configured to keep the floating body 8 coaxial with the tubular duct 6. In the exemplified embodiment, such guide means comprise a plurality of rolling bodies 14, for example rollers, which are rotatably supported around respective rotation axes 14a on the side wall of the floating body 8. The rotation axes 14a belong to planes orthogonal to the longitudinal axis A-A of the floating body 8. The rolling bodies 14 are distributed spaced apart along different radial directions of the same cross-section of the floating body 8 to form a respective series or battery. Advantageously, two or more series or batteries of rolling bodies 14 are distributed spaced apart along the length of the floating body 8.
Il corpo flessibile 9 pu? essere costituito da una fune, un cavo, una catena o simile. Esso ha un?estremit? fissata all?argano 10 e l?estremit? opposta ancorata, agganciata o comunque fissata al corpo galleggiante 8, vantaggiosamente in prossimit? dell?estremit? superiore di esso. The flexible body 9 may consist of a rope, a cable, a chain or the like. It has one end fixed to the winch 10 and the opposite end anchored, hooked or otherwise fixed to the floating body 8, advantageously near the upper end of the latter.
L?argano 10 o verricello comprende, in modo noto, una propria struttura di supporto che supporta un tamburo girevole attorno al proprio asse (asse di rotazione) ed attorno al quale ? avvolgibile il corpo flessibile 9. L?argano 10 nel suo insieme ? supportato dalla struttura portante 11 dell?apparato 2. The winch 10 or capstan comprises, in a known manner, its own support structure which supports a drum which rotates around its own axis (rotation axis) and around which the flexible body 9 can be wound. The winch 10 as a whole is supported by the load-bearing structure 11 of the apparatus 2.
L?argano 10 ? preferibilmente accoppiato a un rispettivo freno (non raffigurato) azionabile fra almeno una prima posizione in cui esso blocca la rotazione dell?argano 10 (i.e. tamburo) e una seconda posizione in cui esso lascia libera la rotazione dell?argano 10 (i.e. tamburo). The winch 10 is preferably coupled to a respective brake (not shown) which can be operated between at least a first position in which it blocks the rotation of the winch 10 (i.e. drum) and a second position in which it allows the rotation of the winch 10 (i.e. drum) to be free.
L?argano 10 ? accoppiato a un generatore 12 mediante un accoppiamento atto a trasmettere il moto di rotazione da detto argano 10 a detto generatore 12 o meglio al rotore di detto generatore 12. Tale accoppiamento pu? essere per esempio costituito da un riduttore di velocit?, per esempio un riduttore ad ingranaggi, ed essere realizzato in una pluralit? di diversi modi immediatamente comprensibili per il tecnico del ramo. The winch 10 is coupled to a generator 12 by means of a coupling capable of transmitting the rotational motion from said winch 10 to said generator 12 or better to the rotor of said generator 12. Such coupling may for example consist of a speed reducer, for example a gear reducer, and be made in a plurality of different ways immediately understandable to those skilled in the art.
Il generatore 12 ? costituito da un alternatore atto a trasformare l?energia meccanica fornita all?argano 10 dal moto rettilineo di discesa del corpo galleggiante 8 in energia elettrica. Il generatore 12 o alternatore ? in s? di tipo noto al tecnico del ramo e per questo non descritto nel dettaglio. The generator 12 is made up of an alternator capable of transforming the mechanical energy supplied to the winch 10 by the rectilinear downward motion of the floating body 8 into electrical energy. The generator 12 or alternator is in itself of a type known to those skilled in the art and therefore not described in detail.
Sono poi presenti una o pi? pulegge 15 di rinvio del corpo flessibile 9 lungo un rispettivo percorso di scorrimento che si estende fra l?argano 10 e la conduttura tubolare 6. Then there are one or more pulleys 15 for directing the flexible body 9 along a respective sliding path that extends between the winch 10 and the tubular duct 6.
Le pulegge 15 sono supportate da una intelaiatura 16 disposta ed ancorata sulla piattaforma 5 al di sopra della conduttura tubolare 6. The pulleys 15 are supported by a frame 16 arranged and anchored on the platform 5 above the tubular duct 6.
Le pulegge 15 sono disposte per deviare il corpo flessibile 9 in svolgimento/avvolgimento sul rispettivo argano 10 lungo un tratto di percorso coassiale alla corrispondente conduttura tubolare 6. The pulleys 15 are arranged to divert the flexible body 9 being unwound/rewound onto the respective winch 10 along a section of path coaxial to the corresponding tubular duct 6.
L?intelaiatura 16 e la struttura portante 11 possono essere realizzate fra loro separate o in un?unica unit?. The frame 16 and the load-bearing structure 11 can be made separate from each other or as a single unit.
Qualora l?impianto offshore 3 comprenda una pluralit? di pozzi 4 dismessi per esaurimento del giacimento G, l?apparato 2 comprende per uno o pi? di essi, vantaggiosamente per ciascuno di essi, un rispettivo gruppo di generazione di energia elettrica 20 come mostrato nelle figure 1 e 2. If the offshore plant 3 comprises a plurality of wells 4 decommissioned due to the exhaustion of the deposit G, the apparatus 2 comprises for one or more of them, advantageously for each of them, a respective electrical energy generation group 20 as shown in figures 1 and 2.
In tal caso, le strutture portanti 11 di due o pi? gruppi di generazione di energia elettrica 20 possono essere realizzate come sezioni o parti di un?unica struttura portante 111. Analogamente, le intelaiature 16 di due o pi? gruppi di generazione di energia elettrica 20 possono essere realizzate come sezioni o parti di un?unica intelaiatura 160. In this case, the load-bearing structures 11 of two or more power generation units 20 may be made as sections or parts of a single load-bearing structure 111. Similarly, the frames 16 of two or more power generation units 20 may be made as sections or parts of a single frame 160.
La valvola di intercettazione 13 subacquea ? in s? di tipo noto al tecnico del ramo e per questo non descritta o raffigurata nel dettaglio. Essa ? attuabile fra almeno una posizione chiusa in cui isola il volume interno alla conduttura tubolare 6 rispetto allo strato acquoso M che la circonda impedendo l?ingresso in quest?ultima di acqua e almeno una posizione aperta in cui pone in comunicazione di fluido il volume interno alla conduttura tubolare 6 con lo strato acquoso M che la circonda consentendo l?ingresso in quest?ultima di acqua (acqua di mare). Per ciascuna conduttura tubolare 6 possono essere previste una o pi? valvole di intercettazione 13 subacquee. The underwater shut-off valve 13 is in itself of a type known to those skilled in the art and therefore not described or depicted in detail. It can be implemented between at least one closed position in which it isolates the internal volume of the tubular conduit 6 from the aqueous layer M that surrounds it, preventing the entry of water into the latter, and at least one open position in which it places the internal volume of the tubular conduit 6 in fluid communication with the aqueous layer M that surrounds it, allowing the entry of water (sea water) into the latter. One or more underwater shut-off valves 13 may be provided for each tubular conduit 6.
Come noto, quando un pozzo di estrazione di idrocarburi viene messo in produzione si effettua la cosiddetta operazione di ?apertura livelli?, durante la quale il giacimento G ? posto in comunicazione di fluido con l?interno del pozzo di estrazione mediante una conduttura tubolare 6 del tipo come sopra genericamente descritto. As is known, when a hydrocarbon extraction well is put into production, the so-called "level opening" operation is carried out, during which the deposit G is placed in fluid communication with the inside of the extraction well by means of a tubular pipeline 6 of the type generically described above.
Al termine della vita produttiva di un pozzo di estrazione di idrocarburi, in particolare di idrocarburi allo stato gassoso (es. gas metano), la pressione di strato (i.e. la pressione nel giacimento G) ? particolarmente bassa per cui, immettendo acqua (in un impianto offshore 3 acqua marina) al suo interno, il giacimento G inizia ad assorbire il gas e l?acqua presenti nel pozzo di estrazione stesso o meglio nella rispettiva conduttura tubolare (?casing?). Questo accade perch? la pressione idrostatica della colonna d?acqua che grava nel pozzo di estrazione ? molto maggiore della pressione presente nel giacimento G. Fermando l?immissione di acqua (es. acqua di mare) si raggiunge una situazione di equilibrio quando l?acqua interna al pozzo di estrazione o meglio alla relativa conduttura tubolare (?casing?) arriva ad un livello (battente) la cui pressione idrostatica eguaglia la pressione del giacimento G. La parte rimanente del pozzo di estrazione (cio? la parte della rispettiva conduttura tubolare o ?casing? sovrastante il livello/battente d?acqua) rimane cos? piena d?aria, rendendo cos? possibile lasciare cadere nel pozzo di estrazione, ovvero lungo la rispettiva conduttura tubolare (?casing?), un corpo e produrre energia sfruttando l?energia potenziale di tale corpo. At the end of the productive life of a hydrocarbon extraction well, in particular of hydrocarbons in a gaseous state (e.g. methane gas), the pressure of the layer (i.e. the pressure in the reservoir G) is particularly low, so that by introducing water (in an offshore plant 3 sea water) into it, the reservoir G begins to absorb the gas and water present in the extraction well itself or rather in the respective tubular pipeline (?casing?). This happens because the hydrostatic pressure of the water column that weighs on the extraction well is much greater than the pressure present in the reservoir G. By stopping the injection of water (e.g. sea water), an equilibrium situation is reached when the water inside the extraction well or rather the relative tubular conduit (?casing?) reaches a level (head) whose hydrostatic pressure equals the pressure of the reservoir G. The remaining part of the extraction well (i.e. the part of the respective tubular conduit or ?casing? above the water level/head) thus remains full of air, thus making it possible to drop a body into the extraction well, or along the respective tubular conduit (?casing?), and produce energy by exploiting the potential energy of that body.
Questa osservazione ? alla base del metodo per la produzione di energia elettrica mediante sfruttamento dei pozzi di estrazione 4 dismessi di un impianto offshore 3 di produzione di idrocarburi comprendente le fasi di: This observation is the basis of the method for the production of electrical energy by exploiting the decommissioned extraction wells 4 of an offshore hydrocarbon production plant 3 comprising the phases of:
a) Disporre di un impianto offshore 3 come sopra descritto, in cui all?interno della conduttura tubolare 6 ? presente un primo livello di acqua minimo, la rispettiva bocca di ingresso di acqua di mare essendo chiusa; a) Have an offshore system 3 as described above, in which inside the tubular duct 6 there is a first minimum water level, the respective sea water inlet being closed;
b) Mantenendo tale bocca di ingresso chiusa, far scorrere un corpo galleggiante 8 lungo la conduttura tubolare 6 in caduta per azione del proprio peso con un moto rettilineo di discesa da un punto morto superiore prossimo all?estremit? superiore 6b della conduttura tubolare 6 ad un punto morto inferiore prossimo all?estremit? inferiore 6a di essa, trasformando il moto rettilineo di discesa del corpo galleggiante 8 in moto rotatorio di azionamento di un generatore 12 di energia elettrica, fintanto che il corpo galleggiante 8, entrato in acqua, riceve una spinta di galleggiamento pari al suo peso che ne arresta il moto rettilineo di discesa in corrispondenza del punto morto inferiore; b) Keeping the inlet mouth closed, slide a floating body 8 along the tubular pipe 6 falling under the action of its own weight with a rectilinear downward motion from an upper dead point close to the upper end 6b of the tubular pipe 6 to a lower dead point close to the lower end 6a of the same, transforming the rectilinear downward motion of the floating body 8 into a rotary motion to drive an electric generator 12, until the floating body 8, having entered the water, receives a buoyancy thrust equal to its weight which stops its rectilinear downward motion at the lower dead point;
c) Aprire la bocca di ingresso di acqua (acqua di mare) e far entrare acqua nella conduttura tubulare 6 attraverso la bocca di ingresso cos? aperta riempendo la conduttura tubolare 6 fintanto che la spinta di galleggiamento agente sul corpo galleggiante 8 non riporta tale corpo galleggiante 8 verso l?estremit? superiore 6b della conduttura tubolare 6 con un moto rettilineo di risalita; c) Open the water inlet (sea water) and allow water to enter the tubular pipe 6 through the inlet thus opened, filling the tubular pipe 6 until the buoyancy force acting on the floating body 8 brings the floating body 8 back towards the upper end 6b of the tubular pipe 6 with a rectilinear upward motion;
d) Quando il corpo galleggiante 8 raggiunge una quota corrispondente al suo punto morto superiore, arrestare l?ingresso di acqua (acqua di mare) nella conduttura tubolare 6 chiudendo la rispettiva bocca di ingresso, arrestando cos? il movimento di risalita del corpo galleggiante 8, e bloccare il corpo galleggiante 8 al suo punto morto superiore; d) When the floating body 8 reaches a height corresponding to its top dead point, stop the entry of water (sea water) into the tubular duct 6 by closing the respective inlet mouth, thus stopping the rising movement of the floating body 8, and block the floating body 8 at its top dead point;
e) Lasciare che l?acqua immessa durante la fase d) e presente nella conduttura tubolare 6 sia assorbita dal giacimento G fino a raggiungere un ni livello di acqua minimo; e) Allow the water introduced during phase d) and present in the tubular conduit 6 to be absorbed by the deposit G until it reaches a minimum water level;
f) Reiterare le fasi da b) a e) i volte, con i>1. f) Repeat steps b) to e) i times, with i>1.
Le fasi b), c), d) ed e) sono eseguite in successione l?una dopo l?altra. Phases b), c), d) and e) are performed one after the other.
La reiterazione f) una o pi? volte delle fasi da b) ad e) avviene all?occorrenza quando ? richiesta la produzione di energia elettrica. The repetition f) one or more times of the phases from b) to e) occurs when necessary when the production of electrical energy is required.
La fase b) corrisponde ad una fase di discesa e di produzione di energia elettrica. Phase b) corresponds to a phase of descent and production of electrical energy.
Le fasi c) e d) complessivamente corrispondono ad una fase di risalita e arresto per lo stoccaggio di energia (energia potenziale). Phases c) and d) together correspond to a phase of rise and stop for the storage of energy (potential energy).
La fase e) corrisponde ad una fase di svuotamento del pozzo 4 o della sua rispettiva conduttura tubolare 6. Phase e) corresponds to an emptying phase of the well 4 or its respective tubular conduit 6.
Durante la fase b), il moto rettilineo di discesa del corpo galleggiante 8 ? controllato per avvenire a velocit? sostanzialmente costante ed ? sfruttato per generare energia elettrica. During phase b), the rectilinear downward motion of the floating body 8 is controlled to occur at a substantially constant speed and is used to generate electrical energy.
Il punto morto superiore in corrispondenza del quale ? bloccato il corpo galleggiante 8 al termine della sua corsa di risalita durante le fasi c-d) ? definito dalla quota in corrispondenza della quale lungo la conduttura tubolare 6 ? presente la rispettiva bocca di ingresso di acqua di mare. The top dead point at which the floating body 8 is blocked at the end of its ascent stroke during phases c-d) is defined by the height at which the respective sea water inlet is located along the tubular duct 6.
Durante la fase c) di risalita la portata di acqua di mare entrante nella conduttura tubolare 6 ? maggiore della portata di acqua contemporaneamente assorbita dal giacimento G attraverso le aperture 7, la rispettiva bocca di ingresso essendo configurata, dimensionata e regolata a tal fine. During the ascent phase c), the flow rate of sea water entering the tubular conduit 6 is greater than the flow rate of water simultaneously absorbed by the reservoir G through the openings 7, the respective inlet mouth being configured, sized and regulated for this purpose.
Qualora l?impianto offshore 3 comprenda una pluralit? di pozzi di estrazione 4 dismessi, le fasi da b) ad e) possono essere attuate per uno o pi? di essi, vantaggiosamente per ciascuno di essi. If the offshore installation 3 includes a plurality of decommissioned extraction wells 4, phases b) to e) can be implemented for one or more of them, advantageously for each of them.
Un tale metodo ? attuabile con un sistema 1 come sopra descritto. Such a method is feasible with a system 1 as described above.
Le fasi b), c), d) ed e) sono qui di seguito dettagliate con riferimento ad un metodo per la produzione di energia elettrica attuato con un sistema 1 come sopra descritto con riferimento ad un singolo pozzo 4. Phases b), c), d) and e) are detailed below with reference to a method for the production of electrical energy implemented with a system 1 as described above with reference to a single well 4.
Fase b) di discesa e produzione di energia elettrica. Phase b) of descent and production of electrical energy.
Il livello (battente) dell?acqua di mare presente nel pozzo 4 o meglio nella rispettiva conduttura tubolare 6 ? al minimo, conseguentemente sostanzialmente l?intero volume interno alla conduttura tubolare 6 ? pieno di aria. Il corpo galleggiante 8 si trova in corrispondenza del suo punto morto superiore che definisce il punto di inizio della sua corsa di discesa e viene trattenuto in tale posizione (posizione di stoccaggio) da un freno meccanico installato sull?argano 10. The level (head) of the sea water present in the well 4 or rather in the respective tubular conduit 6 is at a minimum, consequently substantially the entire internal volume of the tubular conduit 6 is full of air. The floating body 8 is located at its top dead point which defines the starting point of its descent stroke and is held in this position (storage position) by a mechanical brake installed on the winch 10.
Rilasciando tale freno, il corpo galleggiante 8, per effetto del peso proprio, inizia a scorrere in caduta lungo la conduttura tubolare 6 con un moto rettilineo di discesa, durante il quale il corpo flessibile 9 si svolge dall?argano 10 ponendolo in rotazione. By releasing this brake, the floating body 8, due to its own weight, begins to slide in a downward motion along the tubular duct 6 with a rectilinear downward motion, during which the flexible body 9 unwinds from the winch 10, causing it to rotate.
La coppia resistente generata dal generatore 12 accoppiato all?argano 10 limita l?accelerazione del corpo galleggiante 8 facendolo avanzare verso il suo punto morto inferiore a velocit? sostanzialmente costante. The resisting torque generated by the generator 12 coupled to the winch 10 limits the acceleration of the floating body 8 causing it to advance towards its lower dead centre at a substantially constant speed.
Durante tutta la corsa di discesa del corpo galleggiante 8 nella conduttura tubolare 6, il generatore 12 produce energia elettrica, il suo rotore essendo posto in rotazione dall?argano 10. During the entire descent stroke of the floating body 8 into the tubular duct 6, the generator 12 produces electrical energy, its rotor being rotated by the winch 10.
Il moto rettilineo di discesa del corpo galleggiante 8 ? controllato dai corpi di rotolamento 14 che ne assicurano il centraggio all?interno della conduttura tubolare 6. The rectilinear downward motion of the floating body 8 is controlled by the rolling bodies 14 which ensure its centering inside the tubular duct 6.
Il corpo galleggiante 8 rallenta la sua velocit? una volta entrato nell?acqua presente nella conduttura tubolare 6 (livello/battente minimo) e si ferma una volta che il suo peso ? eguagliato della spinta di galleggiamento. The floating body 8 slows down its speed once it enters the water present in the tubular duct 6 (minimum level/head) and stops once its weight is equal to the buoyancy force.
Fasi c) e d) di risalita e arresto (stoccaggio di energia). Phases c) and d) of ascent and shutdown (energy storage).
La fase di risalita inizia con l?apertura della valvola di intercettazione 13 subacquea che permette l?ingresso nella conduttura tubolare 6 dell?acqua dello strato acquoso che la circonda (acqua di mare). The ascent phase begins with the opening of the underwater shut-off valve 13 which allows the water from the surrounding aqueous layer (sea water) to enter the tubular conduit 6.
L?interno della conduttura tubolare 6 si riempie di acqua di mare essendo la portata di acqua di mare in entrata maggiore di quella assorbita dal giacimento G per il tramite delle aperture 7. La valvola di intercettazione 13 e la rispettiva bocca di ingresso sono configurate, dimensionate e regolate a tal fine. The inside of the tubular conduit 6 is filled with sea water since the flow rate of incoming sea water is greater than that absorbed by the reservoir G through the openings 7. The interception valve 13 and the respective inlet mouth are configured, sized and regulated for this purpose.
Per effetto della spinta di galleggiamento, il corpo galleggiante 8 compie un moto rettilineo di risalita verso la piattaforma 5, essendo configurato e dimensionato per avere una spinta di galleggiamento superiore al peso proprio. Due to the buoyancy force, the floating body 8 performs a rectilinear upward motion towards the platform 5, being configured and sized to have a buoyancy force greater than its own weight.
Quando il corpo galleggiante 8 (ovvero la sua estremit? superiore) giunge in corrispondenza della valvola di intercettazione 13 (che definisce il punto morto superiore della sua corsa di discesa), si provvede ad inserire il freno meccanico accoppiato all?argano 10 e a chiudere la valvola di intercettazione 13 cos? da arrestare il moto rettilineo di risalita del corpo galleggiante 8 e bloccarlo al suo punto morto superiore, stoccando energia per una successiva fase b) di discesa e produzione di energia elettrica. When the floating body 8 (i.e. its upper end) reaches the cut-off valve 13 (which defines the top dead point of its descent stroke), the mechanical brake coupled to the winch 10 is inserted and the cut-off valve 13 is closed so as to stop the rectilinear upward motion of the floating body 8 and block it at its top dead point, storing energy for a subsequent descent phase b) and production of electrical energy.
Fase e) di svuotamento pozzo. Phase e) of emptying the well.
Per effetto della pressione della colonna d?acqua presente nella conduttura tubolare 6 al termine delle fasi di risalita e arresto c) e d), il giacimento G continua ad assorbire acqua e il pozzo 4 o meglio la rispettiva conduttura tubolare 6 si svuota fino a che l?acqua in esso presente raggiunge un ni-esimo livello di acqua minimo. Due to the pressure of the water column present in the tubular conduit 6 at the end of the rising and stopping phases c) and d), the deposit G continues to absorb water and the well 4 or rather the respective tubular conduit 6 empties until the water present in it reaches a minimum water level n).
E? cos? possibile ripetere un nuovo ciclo (fasi b)-e)). It is thus possible to repeat a new cycle (phases b)-e)).
Forma oggetto della presente invenzione anche un metodo per convertire un impianto offshore 3 di produzione di idrocarburi dismesso in un impianto di produzione di energia elettrica, in cui l?impianto offshore 3 di produzione di idrocarburi comprende: The present invention also provides a method for converting a decommissioned offshore hydrocarbon production facility 3 into an electricity generation facility, wherein the offshore hydrocarbon production facility 3 comprises:
- Almeno una piattaforma 5 di superficie collocata al di sopra di un giacimento G subacqueo di idrocarburi almeno localmente esaurito; - At least one surface platform 5 located above an at least locally depleted underwater hydrocarbon deposit G;
- Almeno un pozzo di estrazione 4 dismesso per esaurimento del giacimento G e che ? ricavato nel giacimento G e collegato alla piattaforma 5 per il tramite di una conduttura tubolare 6 che ne riveste le pareti e che si estende con continuit? dal pozzo 4 alla piattaforma 5, in cui la conduttura tubolare 6 presenta un?estremit? inferiore 6a alloggiata nel pozzo 4 e provvista di aperture 7 che pongono il volume interno ad essa in comunicazione di fluido con il giacimento G e un?estremit? superiore 6b accoppiata alla piattaforma 5; - At least one extraction well 4 decommissioned due to exhaustion of the deposit G and which is obtained in the deposit G and connected to the platform 5 by means of a tubular conduit 6 which lines its walls and which extends continuously from the well 4 to the platform 5, in which the tubular conduit 6 has a lower end 6a housed in the well 4 and provided with openings 7 which place the internal volume of it in fluid communication with the deposit G and an upper end 6b coupled to the platform 5;
in cui il metodo di conversione comprende: where the conversion method includes:
- Scollegare la conduttura tubolare 6 dalle apparecchiature di estrazione dell?impianto offshore 3 cos? che la sua estremit? superiore 6b sia aperta; - Disconnect the tubular line 6 from the extraction equipment of the offshore installation 3 so that its upper end 6b is open;
- Ricavare nella conduttura tubolare 6 una bocca di ingresso per l?ingresso in essa dell?acqua dello strato acquoso che la circonda, detta bocca di ingresso essendo ricavata ad una quota subacquea, ed accoppiare la bocca di ingresso cos? ricavata ad almeno una rispettiva valvola di intercettazione 13 subacquea; - Obtain in the tubular duct 6 an inlet mouth for the entry into it of the water from the aqueous layer surrounding it, said inlet mouth being obtained at an underwater level, and couple the inlet mouth thus obtained to at least one respective underwater interception valve 13;
- Disporre sulla piattaforma 5 almeno una struttura portante 11 sulla quale montare almeno un argano 10 e almeno un generatore 12 di energia elettrica accoppiato a rotazione all?argano 10, in cui l?argano 10 (o meglio il rispettivo tamburo) ? supportato in modo girevole attorno ad un proprio asse di rotazione ed ? fissato ad un?estremit? di almeno un rispettivo corpo flessibile 9 avvolgibile attorno ad esso; - Arrange on the platform 5 at least one load-bearing structure 11 on which to mount at least one winch 10 and at least one electric power generator 12 coupled for rotation to the winch 10, in which the winch 10 (or rather the respective drum) is supported so that it rotates around its own rotation axis and is fixed to one end of at least one respective flexible body 9 that can be rolled up around it;
- Ancorare almeno un corpo galleggiante 8 all?estremit? libera del corpo flessibile 9; - Anchor at least one floating body 8 to the free end of the flexible body 9;
- Disporre il corpo galleggiante 8 all?interno della conduttura tubolare 6 in modo tale che esso possa scorrere lungo essa di moto rettilineo in ambo i versi di scorrimento. - Arrange the floating body 8 inside the tubular duct 6 in such a way that it can slide along it in a rectilinear motion in both directions of flow.
All?argano 10 ? accoppiato un freno come sopra descritto. A brake is coupled to the winch 10 as described above.
Sulla piattaforma 5 sono poi disposte pulegge 15 supportate girevoli da una rispettiva intelaiatura 16 di supporto e disposte per guidare il corpo flessibile 9 lungo un percorso di avvolgimento/svolgimento sul/dall?argano 10 avente almeno un tratto coassiale alla conduttura tubolare 6. On the platform 5 there are then arranged pulleys 15 supported in a rotatable manner by a respective support frame 16 and arranged to guide the flexible body 9 along a winding/unwinding path on/from the winch 10 having at least one section coaxial with the tubular duct 6.
Il metodo, l?apparato e il sistema secondo la presente invenzione permettono di stoccare energia e di produrre energia elettrica a richiesta mediante lo sfruttamento sia della forza di gravit? sia della spinta di galleggiamento di uno stesso corpo (corpo galleggiante). The method, apparatus and system according to the present invention allow energy to be stored and electrical energy to be produced on demand by exploiting both the gravitational force and the buoyancy of the same body (floating body).
Il metodo, l?apparato e il sistema secondo la presente invenzione permettono di stoccare energia e di produrre energia elettrica a richiesta con una elevata efficienza, abbinando lo sfruttamento della forza di gravit? e della spinta di galleggiamento di uno stesso corpo senza i sostanziali dispendi e consumi energetici invece propri dei sistemi secondo la tecnica nota sopra descritta. The method, apparatus and system according to the present invention allow energy to be stored and electrical energy to be produced on demand with high efficiency, combining the exploitation of the gravitational force and the buoyancy of the same body without the substantial energy expenditure and consumption which are instead typical of systems according to the known technique described above.
Il metodo, l?apparato e il sistema secondo la presente invenzione permettono inoltre di limitare il fenomeno della subsidenza grazie all?assorbimento indotto di acqua da parte del giacimento esaurito e di sfruttare le strutture esistenti di impianti offshore dismessi, permettendo di produrre energia elettrica con ridotto impatto ambientale. The method, apparatus and system according to the present invention also allow to limit the phenomenon of subsidence thanks to the induced absorption of water by the depleted deposit and to exploit the existing structures of decommissioned offshore plants, allowing to produce electrical energy with reduced environmental impact.
L?apparato e il sistema per la produzione di energia elettrica mediante sfruttamento dei pozzi di estrazione dismessi di un impianto offshore di produzione di idrocarburi o loro derivati cos? concepiti sono suscettibili di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?invenzione; inoltre tutti i dettagli sono sostituibili da elementi tecnicamente equivalenti. In pratica i materiali utilizzati, nonch? le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche. The apparatus and system for the production of electrical energy by exploiting the disused extraction wells of an offshore hydrocarbon production plant or their derivatives thus conceived are susceptible to numerous modifications and variations, all of which fall within the scope of the invention; furthermore, all the details can be replaced by technically equivalent elements. In practice, the materials used, as well as the dimensions, may be any according to the technical requirements.
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| Title |
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| KYLE PATRICK BASSET: "Underwater Energy Storage - Emphasis on Buoyancy technique", 3 August 2017, UNIVERSITY OF WINDSOR CANADA |
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