Honeywell
UES: Softwarová optimalizace v oblasti výroby elektřiny a tepla INFOENERGO 2004 Bystrá, Liptovský Ján, Slovensko, 18.-20.5.2004 Jáchym Vohryzek
Honeywell Prague Laboratory
Optimalizace a procesní řízení
Obchodní plánování SW řešení: Pokročilé řízení/ Optimalizace
Řídicí systém (DCS)
Plánování výroby
UES
Optimalizace v reálném čase Nadstavbové pokročilé řízení Základní řídicí smyčky Polní instrumentace Provoz / Technologie Integrované řízení výrobních procesů Honeywell
Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 2
Unified Energy Solutions (UES) Základní charakteristiky • Komponentní softwarové aplikace
• Optimalizace – procesu spalování – řazení tepelných zdrojů – řazení turbosoustrojí – dodávky elektrické energie a podpůrných služeb
• Pokročilé řízení a optimalizace pro
– výrobu elektřiny – výrobu procesní páry – výrobu tepla
• Nejmodernější řešení pokročilého řízení
– vynikající odezva v – –
přechodových stavech podpora otevřených DCS systémů třetích stran podpora standardních komunikačních protokolů Honeywell
Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 3
Komponenty UES • Tie Line Control – přesné plnění plánovaných dodávek elektrické energie v reálném čase – nástroj pro správu a komunikaci dodávkového plánu
TLC
• Economic Load Allocation for Turbines ELA-T –
optimálně alokuje výrobu elektřiny na jednotlivá turbosoustrojí – pracuje s kondenzačními, protitlakými turbinami i redukčními stanicemi
• Master Pressure Controller MPC
– stabilizuje bilanci dodávky a odběru páry ze sběrny – zabezpečuje dynamickou stabilitu parních sběren
• Economic Load Allocation for Boilers ELA-B –
optimální alokace výroby páry mezi jednotlivé paralelní kotle – maximalizace agregované tepelné účinnosti kotelny
• Advanced Combustion Control ACC
– nejmodernější řešení pokročilého řízení spalovacího procesu – optimalizace tepelné účinnosti jednotlivých kotlů – redukce a stabilizace emisí v rámci stanovených limitů Pokročilé Pokročiléřízení řízenízaložené založenéna naprediktivních prediktivníchvícerozměrových vícerozměrovýchalgoritmech algoritmech Honeywell
Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 4
UES pro elektrárenské provozy • řízení dodávky elektrické energie podle hodinových plánů • výhoda na deregulovaném energetickém trhu
TLC
ACC BLOK 1
ELA-T
• optimální účinnost jednotlivých kotlů • snížení emisí
ACC BLOK 2
• optimální řazení jednotlivých energetických bloků
ACC BLOK 3 Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Honeywell Prague Laboratory Strana 5
Aplikace UES pro vodní elektrárny Tie Line Control • centrální řízení dodávky MW e do rozvodné sítě.
• Tvorba plánu výroby
Prediktor přítoků • pro jednotlivé stupně kaskády • Nelineární regresní model (srážky, neřízené přítoky, předpovědi…)
Load Predictor
TLC
Regulátor trhu Ekonomický alokátor pro virt. bloky • optimální alokace výroby na jednotlivé elektrárny v kaskádě na základě hltnostních/cenových křivek jednotlivých elektráren
ELA-V
T T T T
ELA-T
Elektrárna v kaskádě • Řízena na SP definovaný ELA-V • Poskytuje ELA-V informace o aktuálních omezeních • Popsána hltnostní/cenovou křivkou
Turbina 1
Turbina 2
Turbina 3
Honeywell Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 6
UES pro průmyslovou energetiku a teplárenství
• optimální alokace výroby páry na jednotlivé kotle • vyšší účinnost a rychlejší reakce kotelny na změnu výkonu
TLC MPC
ELA-T
ACC
ELA-B
• stabilizace parních sběren během přechodových stavů • vyrovnaná bilance vyráběné a spotřebované páry
• optimální využití páry • vyšší využitelná kapacita výroby elektřiny
ACC
ACC Honeywell Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 7
Příklad použití UES Teplárna Otrokovice, Česká republika • Nezávislý dodavatel kogenerační •
energie na Zlínsku Historie – Vybudována na počátku 70. let v souvislosti s rozvojem gumárny Barum
– Privatizována na počátku 90. let, modernizace technologie technology – 2. polovina 90. let – digitální řídicí systém (Honeywell), započaty projekty optimalizace řízení výroby – od r. 2002 - TOT členem skupiny Appian Group
• Dodávky elektrické energie
•
(~170 GWh/rok)* – Jihomoravská energetika – Barum Continental – výroba pneumatik Dodávky tepla - procesní pára a topná pára/voda ( ~2 TJ/rok)* – Barum Continental – Fatra Napajedla – chemická výroba – Místní průmyslové podniky – Teplo pro město a komerční budovy
*) výsledky roku 2002, zdroj www.tot.cz
Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Honeywell Prague Laboratory Strana 8
Zkušenosti z TOT • Technologie v TOT – – – –
MPC
3 práškové uhelné kotle 125 t/h kondenzační odběrová turbina 25 MW protitlaká odběrová turbina 25 MW redukční/chladicí stanice
TG1
ACC
K3
ACC
K4
ACC
K5
1.4 MPa
0.6 MPa 0.15 MPa
– 1994-98 automatizace kotelny, změny – – – –
strategie základního řízení v DCS 1999 optimalizace spalování v kotli K5 2000 rozšíření optimalizace na další jednotlivé kotle K3, K4 2001-02 Dokončení celkové optimalizace kotelny 2003 Pokročilé řízení dodávky elektrické energie
ELA-B
• Historie projektů optimalizace
TG2
TLC
Honeywell Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 9
Provozní výsledky UES ACC – stabilizace emisí CO • ACC Combustion Optimizer “zklidňuje” spalovací proces • Stabilizace emisí CO je možná bez snížení účinnosti kotle 3
C O e m is s ion [m g /m ] with a c o nve n tio n a l co n tro lle r 300
Emise CO [mg/m3] standardní regulace
200
100
0 0
5 00
1000
1500
20 0 0
2500
3 00 0
35 0 0
4000
3
C O e m is s io n [m g /m ] with th e C o m b u s tio n C o n tro lle r 300
Emise CO [mg/m3] ACC Combustion Optimizer
200
100
0 0
5 00
1000
1500
20 0 0
2500
tim e [s e c ]
Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
3 00 0
35 0 0
4000
Honeywell Honeywell Prague Laboratory Strana 10
Provozní výsledky UES ACC – optimalizace spalování • 1měsíční provozní data s ACC (modré histogramy) porovnány s • 1měsíčními provozními daty se standardním řízením spalování (červené histogramy) Emission NOx
Oxygen excess 15
10 1998 1999
9
trvalý provoz s nižším přebytkem vzduchu (- 31 %)
8 7 6 ] % [
5
1998 1999
snížení emisí NOx (- 15 %)
10
] % [
4 5
3 2 1 0 1
2
3
4
5
6
7
0 0
8
100
200
O2 [%]
300 400 3 NOx [mg/m ]
500
600
Efficiency
Emission CO
12
90 1998 1999
80
1998 1999
garantované emise CO
70 60
8
[%]
50 ] % [ 40
zvýšení účinnosti (+ 1 %)
10
6
4
30 20
2
10 0 0
50
100
150 3
CO [mg/m ]
200
250
0 86
86.5
87
87.5 88 η [%]
88.5
89
89.5
Honeywell Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 11
Provozní výsledky UES TLC – integrace plánování dodávek a pokročilého algoritmu řízení výroby elektrické energie
B Operátorská konzole TLC – odsouhlasení a plnění dodávek podle plánu
A Nástroj pro plánování dodávek
C Výpočetní engine TLC v rámci UES, portfolia pro pokročilé řízení a optimalizaci
Plánovací databáze
TLC Honeywell Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 12
Shrnutí UES, t.j. softwarová aplikace pokročilého řízení: • rychle návratná alternativa k investičně náročným hardwarovým • •
rekonstrukcím pro dosažení nižších emisí a zvýšení výrobních zisků může násobit efekt hardwarových rekonstrukcí, např. snížením provozních nákladů na denitrifikaci Hlavní přínosy – zvýšení účinnosti kotlů + ekonomická alokace zátěže = snížení nákladů na palivo, – optimalizace emisí (O2, NOx a CO ve spalinách), – limity teplotního namáhání jsou zohledněny v řídicích algoritmech = snížené – –
opotřebení technologie, lepší dynamické vlastnosti a výkon použitím prediktivních řídicích algoritmů rychlejší a pružnější reakce na požadavky odběratelů v konkurenčním tržním prostředí
Celkový Celkovýpozitivní pozitivnídopad dopadna navýrobní výrobníukazatele ukazateleoceňován oceňovántechnickým technickým personálem, personálem,managementem managementemi ivlastníky vlastníkyTOT TOT Honeywell Unified Energy Solutions INFOENERGO 2004
Honeywell Prague Laboratory Strana 13
www.honeywell.com
