Zkušenosti v kogenerační výrobě tepla a elektřiny s provozováním optimalizace 2004-2005 Ing. Břetislav Čunek Teplárna Otrokovice, a.s.
OBSAH • Seznámení s Teplárnou Otrokovice • Stupně optimalizace • Technologie optimalizace • Obchodní optimalizace • Lidský faktor 2
Teplárna Otrokovice (TOT) • Nezávislý dodavatel energie ve zlínském regionu • Vybudována na počátku 70. let jako energetický zdroj pro výrobu pneumatik • Privatizována na počátku 90. let, technologie modernizována • Druhá polovina 90. let – digitální řídící systém (Honeywell) • Od 1998 program optimalizace 3
Naše výroba • Elektrická energie (~250 GWh/rok)* – Severomoravská energetika regionální distributor – Barum Continental – výrobce pneumatik
• Teplo – výroba tepla, vytápění pára/voda ( ~2 100 TJ/rok)* – Barum Continental – výrobce pneumatik (47 %) – TOMA Otrokovice – průmyslový areál (13 %) – Fatra Napajedla – plasty (11 %) – Dodávka tepla obyvatelstvu a společnostem *) výsledky roku 2004
4
Funkční schéma • Technologie TOT
ELA-T
MPC
– 3 práškové uhelné kotle 125 t/h – kondenzačně-odběrová turbína 25 MW – protitlaká turbína s odběry 25 MW – redukční chladící stanice
TG1
ACC
K3
ACC
K4
ACC
K5
1.4 MPa
0.6 MPa 0.15 MPa
– 1994-98 automatizace výroby tepla na kotlích, zlepšení řízení kotlů v DCS – 1999 Kotel K5 optimalizace spalování – 2000-02 kotle K3, K4 opt. spalování – 2003-05 dokončena optimalizace kotelny – 2003-04 řízení výroby el. energie (TLC) 2004-05 řízení výroby tepla a elektrické energie
ELA-B
• Projekty optimalizace
5
TG2
TLC
Stupně optimalizace LIDÉ
NÁSTROJE Dodávka zákazníkům
Technologie Úroveň výrobny – Kotelna Jednotka Kotel
Jednotka Kotel
Jednotka Kotel
6
Lidský faktor
Obchod
Stupně optimalizace kotlů • Zlepšení efektivnosti kotlů – Optimalizace spalování (poměru palivo/vzduch) – Identifikace a minimalizace ztrát
• Cílení emisí – Stabilizace CO pod daným limitem – Snížení NOx Dynamické řešení k pokrytí přechodových stavů na kotlích 7
Optimalizace kotlů: Použité nástroje • „Advanced Combustion Control“
ACC
– Pokročilé řízení a optimalizace spalovacího procesu
• Uniformance PHD – Archivace procesních dat
• „TotalPlant Performance Monitoring“ (TPPM) – sledování a vyhodnocování účinnosti kotlů, turbín – nástroj pro řízení výroby
8
Optimalizace kotle: Výsledky Oxygen excess
10
1998 1999
9
1998 1999
Stálé provozování s nižším přebytkem vzduchu (- 31 %)
8 7 6 ] % [
Emission NOx
15
5 4 3
Omezení emisí NOx
10 ] % [
(- 15 %)
5
2 1 0
1
2
3
4
5
6
7
0
8
0
100
200
O2 [%] Emission CO
90
300 400 3 NOx [mg/m ]
500
600
Efficiency
80
12
Garantovány
1998 1999
70
emise CO
60
Nárůst účinnosti (+ 1 %)
1998 1999 10
8
50 [%]
] % [ 40 30
6
4
20 2
10 0
• •
0
50
100 150 3 CO [mg/m ]
200
0 86
250
86.5
87
87.5 88 η [%]
88.5
89
89.5
1 měsíc provozu s optimalizátorem ACC (modrý histogram) ve srovnání s 1 měsícem běžného řízení kotle (červený histogram) 9
ACC stojí
10
ACC běží
11
Provozování kotelny • Zlepšení odezvy na požadované množství páry – Udržování parametrů páry – Zvýšení celkového rozsahu dodávky páry
• Zvýšení účinnosti výroby tepla – Individuální rozdělení zátěže při maximální efektivitě
OPĚT: Stálá optimalizace pro různé stavy! 12
Použité nástroje pokročilého řízení • „Master Pressure Controller“
MPC
– Prediktivní vícerozměrový regulátor tlaku v parní sběrně
• „Economic Load Allocation“ – Optimalizátor individuální optimální výrobní zátěže kotlů – Operátorské nastavení zátěže kotle respektující stav technologie
• Integrace ACC, ELA-B, MPC 13
ELA-B
Výsledky optimalizace kotelny Měsíc
ELA-B v plném opt módu [hod / %]
Všechny kotle prům. účinnost [%]
Zlepšení účinnosti [%]
2004
2005
89.8 %
90.2 %
0.45 %
89.7 %
90.7 %
1.11 %
Březen
87.7 %
90.2 %
2.85 %
1. čtvrtletí
89.1 %
90.4 %
1.46 %
2004
2005
Leden Únor
0/0%
575 / 26.6 %
14
Optimální rozložení výroby
Celkový požadavek na páru se mění
15
Optimalizace obchodu s el.energií Před 2004 •
Veškerá el. energie je dodávána do sítě REAS
•
Výroba a dodávka je plánována v závislosti na dodávce tepla
Od 1. ledna 2004 •
– TOT vyrovnává výkyvy spotřeby Barumu – prodej či nákup z REAS
• •
Dodávky el. energie a do spol. Barum a do REAS jsou obchodně oddělené:
Žádné poplatky za odchylky v dodávce el. energie
Komplexní plánování výroby, prodeje, nákupu – Plánováno na celý rok – Měsíčně, týdně, třídenní aktualizace – Penalizace při nedodržení hodinového diagramu – striktní smluvní podmínky s REAS
Nové podmínky, možnosti, zvýhodnění dodávky 16
Schéma současných dodávek Prodej/nákup elektřiny
„Vlastní“ spotřeba
REAS
Dodávka páry
Barum
Dodávka páry/tepla
TOT
Jednotka zúčtování 17
Spotřebitelé tepla
Nástroje pro dodávku elektřiny • „Tie Line Controller“
TLC
– Řízení volné kapacity: • Splnění hodinového diagramu • Posouzení vlastní spotřeby • Posouzení odchylek spotřeby spol. Barum
• TLC plánovací databáze – Plánování dodávky a odsouhlasení operátorem 18
Plánování a zajištění dodávek B TLC operátorská konzole pro odsouhlasení plánované výroby
A Nástroj pro plánování dodávky elektřiny
C
Plánovací databáze
TLC 19
TLC server pro řízení výroby elektřiny
Výsledné dodávky – BARUM Tire Plant - Hourly Power Plan
Tire Plant - Deviation from Plan
2000
350
1800
300 Occurencies (weeks 1-30)
Occurenties (weeks 1-30)
1600 1400 1200 1000 800 600 400
250 200 150 100 50
200
0
0 0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
-7.0
30
-6.0
-5.0
-4.0
-3.0
-2.0
-1.0
0.0
1.0
2.0
3.0
Deviation from Hourly Plan [MWh]
Hourly Plan [MWh]
• Odchylky od plánovaných hodnot
• Barum spotřebuje více než 50 % kapacity TOT
20
4.0
5.0
6.0
7.0
Přehled obchodování s REAS Grid - Deviation from Contract
1200
600
1000
500 Occurencies (weeks 1-30)
Occurencies (weeks 1-30)
Grid - Hourly Contracted Power Quota
800
600
400
400
300
200
100
200
0
0 -30
-25
-20
-15
-10
-5
0
5
10
15
20
25
-4.0
30
•
-3.5
-3.0
-2.5
-2.0
-1.5
-1.0
-0.5
0.0
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
3.5
Deviation from Hourly Qouta [MWh]
Hourly Quota [MWh]
2 režimy – nákup, prodej
21
•
Smluvní tolerance ± 2 MWh
•
Maximalizace možných dodávek
•
Ovlivněno změnami odběrů Barum a změnami spotřeby páry
4.0
Lidé… • Nová technologie vs. Lidské stereotypy – Operátoři stále využívají ruční řízení a preferují stabilní stav
• Minulá zkušenost – Zkušenost a důvěra v počítačovou technologii je stále slabá
• Trénink a průběžné vyhodnocování – Simulace řízení kotlů - trénink – Vyhodnocení a zviditelnění vzájemnou soutěží směn
22
Simulace
Model technologie
Displej ACC
Odezva ACC Displej ELA-B
23
24
ELA-B manuální mód
Vyhodnocení ELA-B
25
Závěr • Přínos pokročilého řízení a optimalizace – Přímo měřitelný přínos 1,5 – 2 % – Další výhody • Operační rozsah a flexibilita na trhu s elektřinou • Opakované vyhodnocování účinnosti a neustálé zvyšování efektivity
• Dodržování emisních limitů 26
Závěr • Co jsme získali od firmy Honeywell? – Dobrou řídící technologii – Poradenství – Podporu a údržbu – Nové myšlenky
• Čeho jsme museli dosáhnout sami? – Manažerská rozhodnutí a motivaci k plnému nasazení získaných nástrojů – Změny v našich vnitřní procesech – Neustálé vyhodnocování a porovnávání dosahovaných výsledků 27
Děkuji Vám! Ing. Břetislav Čunek Teplárna Otrokovice a.s. Objízdná 1777 765 39 Otrokovice Česká republika
[email protected]
28
