Как сделать ТЭС эффективными: практики внедрения систем моделирования, анализа и оптимизации

режимов

Константин Голубев

Руководитель практики систем управления производством

в генерации компании КРОК

6 марта 2013

Александр Копин

Начальник сектора ОРЭ и Учета ТЭЦ-20 ОАО «Мосэнерго»

2

МЕСТО ИСУ ПП В СИСТЕМЕ

УПРАВЛЕНИЯ

Система управления производством

(контроль производства, расчет ТЭП, оптимизация, диспетчеризация)

ERP/КИСУ

Обмен технологической информацией

Автоматизированные системы управления (АСУ ТП, СТМиС, АСКУЭ, АСТУЭ, РЗ и ПА)

Измерительные приборы, контроллеры, телемеханика, автоматика

Взаимодействие с ERP

ИСУ ПП

ИСУ ПП - диспетчерское управление, оперативное планирование, оптимизация

производственных процессов (уровень MES-систем ) ►

АСУ ТП • Дискретность: секунда

• Задачи: управление

технологическими

процессами

►

►

ИСУ ПП • Дискретность: день, час, минута

• Задачи: диспетчеризация, оперативное

планирование, контроль

производственных процессов

ERP/КИСУ • Дискретность: месяц, неделя, день

• Задачи: стратегическое планирование,

закупки/расходы, учет топлива, контроль

финансовых результатов, ТОиР

Технологические сайты (ОАО «АТС», ОАО «СО ЕЭС»,

Метео)

Отчеты инфраструктурных организаций

3

КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ АРХИТЕКТУРА ИСУ ПП

4

ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АРХИТЕКТУРА ИСУ

ПП

Подсистемы ИСУ ПП

1. Центры сбора

технологической

информации

и коммерческая

диспетчеризация

2. Моделирование режимов

работы ТЭС,

оптимизации

производства э/э и тепла,

прогнозирование

и поддержка деятельности

на РСВ

3. Расчет ТЭП

и взаимодействие

с ERP/КИСУ

СМиОР

ЦСТИ

Подсистема сбора технологической информации

Информационная модель

Подсистема коммерческой диспетчеризации (БР)

Подсистема ИТ-мониторинга Подсистема контроля

производственных процессов

Подсистема моделирования режимов работы ТЭС

Имитационная модель ТЭС

Подсистема оптимизации производства электроэнергии и тепла

Подсистема расчета ТЭП

Нормативные энергетические характеристики

Подсистема прогнозирования

Прогнозная модель

Подсистема взаимодействия с ERP / КИСУ

Подсистема поддержки деятельности на РСВ

5

ПРОЕКТ ТЭЦ-20 ОАО «МОСЭНЕРГО»

• Система моделирования и оптимизации режимов работы ТЭЦ (пилот)

• Объект автоматизации:

• ТЭЦ-20 ОАО Мосэнерго

• Генеральная дирекция ОАО Мосэнерго (вертикально-ориентированные бизнес процессы)

• Установленная мощность: 730 МВт 2400 Гкал

• Состав проектной команды:

• КРОК 7 человек(эксперты-технологи , аналитики, инженеры)

• Мосэнерго 5 человек(бизнес-эксперты, ключевые пользователи, специалисты)

• Срок реализации: 16 месяцев

6

РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТА

• Автоматизированы бизнес процессы ведения режимов и работы на ОРЭМ

• Проведены натурные испытания подтверждающие экономический эффект:

• За счет перераспределения нагрузок при ведении режима - 1,2% экономии топлива

• За счет краткосрочного планирования состава оборудования - 1% экономии топлива

• За счет расчета максимально-маржинальной заявки на БР – (в зависимости от конъюнктуры на БР)

• За счет оптимального расчета ступеней заявок на РСВ по критерию максимизации маржинальной прибыли

Оценочный срок окупаемости проекта(ROI) - 1-1,5 года

7

ТЭЦ-20 СО СПУТНИКА

8

286208 287657 256727

137252

94453 73196 48891

311757 331473 324257 297984 332835 339073

56972 35977 62593 57728

74273 60451 60215 66796

137252 130115 80885 75632 119282

9 г.)

165205 161110 149346 84975 268858

35383

36728

3548 1974 10633 1251

1966 5437 15768 0

ПЛАН ГЛАВНОГО КОРПУСА ТЭЦ-20

9

380 Гкал/ч

2400 Гкал/ч

14000 нм3/ч

25000 нм3/ч

73

Гка

л/ч

12

7 Г

кал

/ч

ТЕПЛОВАЯ ГЕНЕРАЦИЯ ТЭЦ - 20

10

АВТОМАТИЗИРУЕМЫЕ БИЗНЕС ПРОЦЕССЫ

КОМПАНИИ

• I4GEN – оптимизация распределения нагрузок

• I4BR – работа на балансирующем рынке

• I4RSV – работа на рынке на сутки вперед

• I4PLAN – определение планового состава оборудования

• I4TEP – расчета технико-экономических параметров

Выбор состава

оборудования

10 дней

ТрейдингГенерация

Планирование

заявок на РСВ

3 дня

Трейдинг

Работа на БР

1 день / 1 час

Трейдинг

Контроль

технологического

процесса

1 день / 1 час

Генерация

Анализ результатов

работы на РСВ и БР

Трейдинг

• Поиск оптимального состава оборудования

• Поиск оптимального графика генерации э/э для заявки на РСВ

• Моделирование режимов работы ТЭС - анализ «что-если»

• Поиск оптимальных ОЦЗ на БР

• Контроль исполнения диспетчерских графиков

• Минимизация отклонений на БР

• Минимизация затрат на топливо – оптимальное распределение тепловой и электрической нагрузки

• Расчет и сравнение нормативных и фактических ТЭП работы ТЭС

• Анализ – сравнение факта с планом

11

АРХИТЕКТУРА МОДУЛЕЙ СИСТЕМЫ

МОДЕЛИРОВАНИЯ И ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ

Ре

зул

ьтат

ы о

пти

ми

зац

ии

Уто

чне

ни

е р

езул

ьтатов

оп

тим

изац

ии

Фак

тиче

ски

е

эне

рге

тиче

ски

е

хар

акте

ри

сти

ки

ТЭЦ

Расчет ТЭП

Нормативные энергетические характеристики ТЭЦ

Сведение балансов

Хранилище технологических данных / средства отображения

Фактические/исходные данные

Имитационная модель ТЭЦ

Расчетные параметры

Математическая модель

Расчетные параметры

Модуль планирования и оптимизации

Фактические энергетические характеристики ТЭЦ

12

ИНСТРУМЕНТАРИЙ ИМИТАЦИОННОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ

Использование готового решения «Thermoflex»

• Описание модели на основе готовых шаблонов элементов тепловой схемы ТЭС

• Библиотека шаблонов – более 180 элементов тепловой схемы

• Графический интерфейс пользователя

• Модель открыта для изменения и модернизации

Описание имитационной модели ТЭС по фактическим данным

• Подгон модели под фактические режимы работы ТЭС

• Возможность описать схему ТЭС любого вида и любой сложности

• Степень детализации выбирается – критерий «точности» модели

• Моделирование недостающих параметров АСУТП

Оптимизация технологического процесса ТЭС

• Моделирование любых возможных режимов

• Автоматическое сведение материальных и тепловых балансов ТЭС

• Анализ «Что-Если»

• Поиск узких мест в технологическом процессе ТЭС

Thermoflow

Создание и актуализация модели инженерами-технологами

• Без программирования

• Без привлечения ИТ-специалистов и разработчиков

13

ВЗАИМОСВЯЗЬ МОДЕЛЕЙ

Тр

ей

ди

нг

ПТ

О Т

ЭЦИмитационная модель (подробная)

· расчет режимов

· сведение тепловых и

материальных балансов

· расчет потребления ЭЭ на СН

Упрощенная модель

· высокая скорость расчета

· характеристики на основе расчетов

имитационной модели

Оперативная оптимизация

· выбор состава оборудования и распределение нагрузки

· оптимизация режимов в течении суток с учётом лимитов

по топливу, скоростей набора/сброса нагрузки и т.п.)

· максимизация маржинальной прибыли

· минимизация топливных затрат

· выбор состава оборудования

· анализ «что-если», сценарный анализ

Оптимизация (точная)

· тонкая оптимизация режимов ТЭЦ

· распределение нагрузки между агрегатами,

выбор состава работающего оборудования

· оптимизация системы охлаждения

· оптимизация переключений в схеме

· минимизация расхода ЭЭ на СН

Подсистема анализа

· оценка состояния оборудования

· анализ актуальности модели

· анализ эффективности планируемых

мероприятий по ремонту/модернизации

Имитационное моделирование ТЭЦ

Построение характеристик

· расчет характерных режимов ТЭС

для получения характеристик для

упрощенной модели

Оперативная оптимизация и сценарный анализ

Буферизация

Автоматизированный сбор технологических данныхPI InterfacesРучной ввод

данных

АСУТП котла, АСУТП турбины, ССПИ, АИИСКУЭ,

АСКУ тепла, АСКУ топлива

IEC 60870-5-

104ODBC OPC XML DNP ICCP UFL

Технологические сайты

(ОАО «АТС», ОАО «СО-ЦДУ ЕЭС», Метео)

Автоматизированный сбор

данных с сайтов

Консолидированная

база данныхPI Server

Толстый клиент

Технологический

портал

Подсистема визуализации

Центр сбора технологической информации (ЦСТИ)

Ко

мм

ер

че

ски

й д

ис

пе

тче

рФакт План

• Оперативный мониторинг техпроцесса на всех уровнях

управления

• Минимизация отклонений от диспетчерского графика

• Оперативное реагирование на общестанционные

показатели собственных нужд

• Минимизация «пережегов» про оперативному

тепловому графику

• Оперативный расчет ТЭП в темпе процесса

• Оценка эффективности режима по оперативным ТЭП

• Дорасчет параметров режима в темпе процесса

• Оперативное прогнозирование режима до конца

диспетчерских суток

• Моделирование и оперативный сценарный анализ

режима работы применительно к текущей

конъюнктуре НОРЭМ

• Минимизация переходов на «дорогие» виды топлива

14

МОДУЛИ ОПТИМИЗАЦИИ

15

РАСЧЕТ ТЭП

16

ХОД РЕАЛИЗАЦИИ ПРОЕКТА

Внедрение и опытная эксплуатация

Создание оптимизационной модели

Создание имитационной модели

Моделирование котлов

Моделирование турбин

Моделирование тепловой схемы ТЭЦ

Реинжиниринг бизнес процессов, проектирование функционала

Возникшие вопросы реализации: 1. Ориентация на существующие

положения о службах и должностные инструкции

2. Отсутствие полных и достоверных данных по оборудованию. Недостаточное оснащение приборного парка

3. Уникальность задач и подходов 1. Согласованность кросс-

функциональных задач 2. Изменение требований

1. Смена команды

функциональных заказчиков проекта

17

ФИНАЛЬНЫЕ ИСПЫТАНИЯ Н

агр

узка

1 час стабилизации режима

1 час перераспределение нагрузок по агрегатам

3 часа стабильного несения нагрузки

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Проведение финальных испытаний работы системы оптимизации нагрузок на ТЭЦ.

18

ИТОГИ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ

№

дата испытания время

проведения замеров

Отклонение по электрике

Отклонение по теплу

потребленное топливо нм3

процент отклонения топлива процент отклонения топлива за счет

перераспределения по модели

1 29.01.2013 10:00-11:00 -0,30% -2,42% -2,12% -0,79%

14:00-15:00

2 02.02.2013 13:00-14:00 -0,02% -2,05% -3,28% -2,33%

16:00-17:00

3 05.02.2013 02:00-03:00 -0,03% -5,80% -3,96% -1,11%

04:00-05:00

4 06.02.2013 01:00-02:00 -0,41% -5,17% -2,82% -0,06%

03:00-04:00

5 07.02.2013 00:00-01:00 0,28% -3,73% -2,44% -0,75%

02:00-03:00

6 08.02.2013 00:00-01:00 0,26% -4,72% -2,66% -0,46%

02:00-03:00

7 13.02.2013 11:00-12:00 0,05% -1,70% -1,48% -0,67%

13:00-14:00

8 16.02.2013 10:00-11:00 0,10% 2,87% -1,02% -2,52%

13:00-14:00

9 17.02.2013 11:00-12:00 0,08% 1,47% -0,38% -1,15%

13:00-14:00

10 23.02.2013 10:00-11:00 0,00% 0,28% -0,71% -0,85%

12:00-13:00

11 24.02.2013 10:00-11:00 -0,50% 0,32% -1,68% -1,61%

12:00-13:00

Среднее отклонение -0,04% -1,88% -2,05% -1,12%

19

ЭФФЕКТ ОТ ВНЕДРЕНИЯ СМИОР

• 1 % за счет выбора оптимального состава оборудования под прогнозируемые условия

• 1,2 % за счет внутристанционной оптимизации ведения режима

• 1-2 % за счет точного прогнозирования маржинальности на РСВ и БР

• Итоговый эффект порядка 4%

• ROI составляет 1-1,5 года

20

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

111033, Москва, ул. Волочаевская, д.5, корп.1 +7 495 974 2274, +7 495 974 2277 (факс)

www.croc.ru

Константин Голубев РУКОВОДИТЕЛЬ ПРАКТИКИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

В ГЕНЕРАЦИИ КОМПАНИИ КРОК

Александр Копин НАЧАЛЬНИК СЕКТОРА ОРЭ И УЧЕТА ТЭЦ-20 ОАО «МОСЭНЕРГО»