Внедрение технологии экономии топлива электростанций на MES-Системе «MES-T2 2020»

Работы выполняются для любой ТЭЦ, ГРЭС и АЭС на MES-Системе «MES-T2 2020» v.6.500, разработки Фирмы ИнформСистем.

Данная Инновационная Самонастраиваемая MES-Система обеспечивает расчёты фактических и нормативных ТЭП любой электростанции в реальном времени по предоставленным нам алгоритмам расчёта, постановки ОРГРЭС. Все технологические задачи нами пишутся в текстовых Проектах, а вся MES-Система автоматически настраивается при компиляции этих Проектов, включая и скоростные расчётные DLL-программы. Количество задач не ограничено.

Предлагаем использовать все наши последние инновации в области ПРАВИЛЬНЫХ расчётов ТЭП по минимизации Перерасхода топлива.

1) Получасовой расчёт перерасхода топлива (фактических и нормативных ТЭП) с его оперативным мониторингом на БЩУ для оптимального управления;

2) Получение всех ТЭП на различных интервалах интегральным исчислением (накоплением) из получасовых значений, так как расчёты на более крупных интервалах (сутки, месяц) в принципе не верны из-за криволинейности нормативных графиков, которые к тому же искажены полиномами;

3) Использование для оптимизации ресурсов на полной модели электростанции ХОП оптимизации и Динамического оптимизатора;

4) Использование для оперативного управления электростанцией и для прогнозирования закупок топлива интеллектуального механизма с базой знаний оптимальных получасовых технологических срезов (Э, Q, B, Ri – электроэнергия, теплоэнергия, топливо, режимы оборудования).

Реализация MES-Системы возможна в 2-х модификациях: Клиент-Сервер с 3-х звенной структурой без SQL-Сервера и Клиент-Сервер с 3-х звенной структурой с SQL-Сервером. 3-х звенная структура означает, что в обоих случаях имеется сервер Приложений общих расчётов ТЭП, который выполнен на DLL-программе, формируемой автоматически. Клиент-Сервер с SQL-Сервером работает с любым SQL-Сервером (Firebird, MS SQL-Server, Oracle, Interbase, MySQL, PostgreSQL и др.). Структура Клиент-Сервер с SQL-Сервером автоматически настраивается по настройкам Комплекса ПТО v.6.x.

Мы рекомендуем использовать вначале Клиент-Сервер без SQL-Сервера, так как он более скоростной (расчёт 20000 показателей ТЭП выполняется менее 1 секунды, а за полчаса можно просчитать на полной модели электростанции 1000 технологических вариантов) и может обеспечить поминутные расчёты ТЭП. Клиент-Сервер без SQL-Сервера не требует отдельной технологии с SQL-Сервером и прост в обслуживании.

Клиент-Сервер с SQL-Сервером работает значительно медленнее и может обеспечить только получасовые расчёты. К тому же, никаких преимуществ Клиент-Сервер с SQL-Сервером не имеет перед нашей уникальной реализацией Клиент-Сервер без SQL-Сервера, а только значительно усложняет весь информационный процесс, т.к. необходимо обслуживать и Рабочее место Администратора настройки Системы и SQL-Сервер.

Количество рабочих мест (рабочих станций) не ограничено.

Вполне возможно на первом этапе внедрить Клиент-Сервер без SQL-Сервера, а затем, при необходимости, Систему можно перевести на Клиент-Сервер с SQL-Сервером.

В настоящее время на тепловых электростанциях неконтролируемый Перерасход топлива составляет не менее 10%, что в среднем соответствует потере в 300 млн. рублей ежегодно по каждой электростанции. Мониторинг на БЩУ получасовых значений Перерасхода топлива позволит с открытыми глазами производить оптимальную загрузку оборудования.

ПРИЧИНЫ ПЕРЕРАСХОДА ТОПЛИВА

Согласно теории интегрального исчисления площади динамического процесса во времени месячные расчёты фактических и нормативных ТЭП, которые существуют в настоящее время на всех электростанциях, в корне не верны. К тому же эти расчёты повсеместно подгоняются под нулевой ПЕРЕРАСХОД топлива, что приводит к сокрытию значительных резервов увеличения энергоэффективности электростанций.

По нашим исследованиям неконтролируемый ПЕРЕРАСХОД топлива превышает 10% и он не зависит от износа оборудования, а является только следствием человеческого фактора. Нами выявлено, что в дневные часы, т.е. при максимальной загрузке, ПЕРЕРАСХОД топлива близок к нулю. А в ночные часы этот ПЕРЕРАСХОД зашкаливает за 30%. Но, так как отсутствуют получасовые расчёты ТЭП, выявить и исправить этот ПЕРЕРАСХОД без MES-Системы не возможно, потому что эксплуатационный персонал в части ПЕРЕРАСХОДА топлива управляет электростанцией фактически вслепую, т.е. полностью отсутствует принудительная мотивация по экономии топлива.

ИННОВАЦИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ MES-СИСТЕМЫ

Основными инновациями в MES-Системе являются: АДАПТИРУЕМОСТЬ и СКОРОСТЬ. Лёгкая адаптация MES-Системы к любой электростанции достигается тем, что все технологические задачи оформляются в виде текстовых Проектов на очень простом МЕТА языке, а все составляющие MES-Системы (Базы Данных, Экранные Формы, Отчёты, Расчётные DLL-Программы) автоматически генерируются при компиляции этих Проектов. Высочайшая скорость выполнения общих расчётов, т.е. сразу всех задач по фактическим и нормативным ТЭП, обеспечивается одной DLL-программой, которая автоматически генерируется с оптимизацией кода. Другими словами, быстрее выполнить расчёт просто невозможно.

Для Пользователя это означает, что он легко и быстро может внести изменения в алгоритмы задач. К тому же, именно эти характеристики позволяют обеспечить ежегодную ПРИБЫЛЬ с каждой электростанции в размере 300 миллионов рублей.

НЕХВАТКА ИСХОДНЫХ СИГНАЛОВ

Как правило, на тепловых электростанциях для выполнения точных получасовых расчётов фактических и нормативных ТЭП существует некоторый недостаток исходных сигналов. В этом случае мы исходим из того, что коммерческий учёт электроэнергии (АСКУЭ), тепла (АСКУТ) и газа (АСКУГ) всё-таки уже реализован.

Нехватку отдельных исходных данных мы легко восполним или трансформированием их из суточных значений или с помощью регрессионных зависимостей в увязке с имеющимися сигналами. По крайней мере, этот факт не должен лишать вас возможности получения дополнительной ПРИБЫЛИ с помощью MES-Системы.

РЕНТАБЕЛЬНОСТЬ

Говорить о рентабельности при затратах на внедрение до 10 миллионов рублей и получение ПРИБЫЛИ при этом в 300 миллионов рублей по каждой электростанции, это вообще нонсенс. Более рентабельного внедрения на практике просто не бывает. И здесь указывать на дороговизну внедрения совсем неуместно. Другое дело, что встаёт большой вопрос о размерах ПРИБЫЛИ и вообще, есть ли эта ПРИБЫЛЬ? Но тогда здесь возникает два уточняющих вопроса: Есть ли на самом деле ПЕРЕРАСХОД топлива на электростанциях и возможно ли получение ПРИБЫЛИ за счёт ликвидации этого ПЕРЕРАСХОДА?

Но ведь все согласятся, что, не выполнив полномасштабного внедрения MES-Системы хотя бы на одной электростанции, вы этого никогда так и не узнаете. Можно сколь угодно убеждать вас, что на самом деле этот ПЕРЕРАСХОД топлива огромен, но это всё эмоции. Только практика является критерием настоящей истины. И все грамотные технологи прекрасно понимают, что неконтролируемый ПЕРЕРАСХОД топлива обязательно есть. Но если десятками лет этот ПЕРЕРАСХОД топлива методически не показывали, то согласиться, что он был всегда, психологически очень трудно.

Только здравый смысл и желание по-новому взглянуть на привычные вещи, может поставить под сомнение факт существования экономии топлива, т.е. фактический расход не может быть меньше нормативного расхода топлива на любом отрезке времени. Ну, а если нет в природе экономии топлива, то, следовательно, есть его ПЕРЕРАСХОД. Вот его то, как раз легко выявит и предоставит полную текущую аналитику MES-Система.

Но когда этот внушительный ПЕРЕРАСХОД топлива предоставлен “на блюдечке”, то вопрос его полной ликвидации, а, следовательно, и получения дополнительной немалой ПРИБЫЛИ, это уже технический вопрос, относящийся только к компетенции Генерирующей компании и электростанции.

КОНКУРЕНТНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА

Скажем, у вас на электростанциях внедрена отличнейшая Программа для автоматизации месячных расчётов фактических и нормативных ТЭП за 2 миллиона рублей на каждую электростанцию. И что вы довольны? Ну, а где ПРИБЫЛЬ от этой Программы? Ну, а где достоверная информация о текущем ПЕРЕРАСХОДЕ топлива? Ну, а где виден резерв повышения энергоэффективности электростанций?

Очень грустно, что ничего этого нет. Можно сколько угодно похваляться своим Мониторингом ТЭП, но если нет и намёка на ПРИБЫЛЬ, то грош ему цена.

Так вот, о множестве конструктивных конкурентных преимуществ MES-Системы мы здесь сознательно умолчим, т.к. все они работают на экономические конкурентные преимущества, а именно на огромную потенциальную ПРИБЫЛЬ, на полную ликвидацию имеющегося ПЕРЕРАСХОДА топлива и на увеличение энергоэффективности электростанций.

Немаловажным конкурентным преимуществом является и то, что «MES-T2 2020» является единственной отечественной MES-Системой, предназначенной для электроэнергетики. Отличие её от зарубежных Систем заключается в том, что она легко адаптируемая и высокоскоростная. Она легко впитывает любые пожелания Заказчика, которые быстро реализуются без дополнительной оплаты.

MES-Система вносит в устоявшуюся технологию выработки электроэнергии и тепла абсолютно новый качественный передел: АВТОМАТИЗИРОВАННЫЙ КОММЕРЧЕСКИЙ УЧЁТ ПЕРЕРАСХОДА ТОПЛИВА.

ЦЕЛЬ СОЗДАНИЯ СИСТЕМЫ

Автоматизированное управление производством электроэнергии и теплоэнергии электростанции в реальном времени при минимизации затрат топлива, а также предупреждение аварийных ситуаций.

В России функционируют 300 электростанций, которые распределены между генерирующими компаниями и они территориально разбросаны, все ТЭЦ и ГРЭС разные по технологии и составу оборудования. Электростанции относятся к категории непрерывного производства, т.е. каждую минуту для выработки электроэнергии и тепла сжигается определённое количество топлива. Общим для всех электростанций является подход технологов к их управлению, т.е. технологи условно работают с технологическими срезами, которые диктуются планом поставки электроэнергии и тепла в конкретные промежутки времени суток и с учётом их реализуемости.

Эти срезы тоже отличаются по длительности и по числу участвующих в управлении параметров в зависимости от состава работающего оборудования, но можно выделить общий принцип управления, именно это и послужило основой создания нашей системы. На электростанции существуют стабильные и переходные процессы. Так для стабильных и медленно меняющихся процессов можно принять длительность среза в полчаса, а для переходных процессов – одна минута. Срезы нужны для решения ниже перечисленных задач, именно они и лежат в основе управления.

Целью функционирования генерирующей компании, а, следовательно, и электростанции является прибыль. Величина прибыли находится в прямой зависимости от качества выполнения плана поставки электроэнергии и тепла, а также от затрат топлива. Немалую роль здесь играет и безаварийность, а может и главную, т.к. любая авария нарушает ритмичность производства и вообще не просто лишает возможности получения прибыли, а и съедает ранее полученную.

При управлении выработкой электроэнергии и тепла следует добиваться нулевого перерасхода топлива в каждом текущем срезе при оптимизации загрузки оборудования. Иными словами, для каждого выработанного количества электроэнергии и тепла за полчаса существуют расчётные нормативные затраты топлива и его фактические затраты не должны превышать эти нормативы.

КАКИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ЗАДАЧИ РЕШАЕТ

1) Автоматизированный ввод данных из существующих средств сбора информации

На каждой из 300 электростанций имеются свои различные средства сбора данных с датчиков давления и температуры и со счётчиков электроэнергии: АСКУЭ, АСКУТ, АСКУГ (автоматизированные системы коммерческого учёта электроэнергии, тепла, газа), АСУТП, пчела, дельта и прочее. Они все имеют разных разработчиков, различную идеологию и свои базы данных. Интервалы опроса датчиков от нескольких секунд. Поэтому из всех этих различных баз данных нужно собрать необходимую информацию в единую базу с восстановлением недостающих сигналов в необходимые отрезки времени – минута или полчаса.

2) Ручной ввод суточных и месячных данных

Месячный ввод данных используется для заведения плановых показателей для месячных задач. Суточный ввод используется для недостающих исходных параметров автоматизированного ввода и для условно-постоянных показателей. В этом случае суточные значения трансформируются в получасовые и минутные базы данных. А при необходимости для большей достоверности они могут обрабатываться регрессионными зависимостями вместе с параметрами, по которым присутствуют датчики.

3) Расчёт ТЭП (технико-экономических показателей) оборудования и электростанции в целом

Все технологические задачи оформляются в виде текстовых проектов на простом инженерном метаязыке технолога с помощью инструментального средства “Конструктор проектов”, где алгоритмы формируются с помощью шаблонов. Проект включает два основных описания задачи в табличном виде: описание колонок со станционными номерами однотипного оборудования (котёл, турбина) и описание строк с исходными и расчётными показателями этого оборудования в следующем виде: обозначение, единица измерения, наименование, алгоритм расчёта.

После компиляции проектов автоматически создаются: базы данных, экранные формы, отчёты и расчётные DLL-программы.

В результате полный расчёт ТЭП (расчёт: фактических и нормативных ТЭП, отпуска тепла, затрат на собственные нужды и потерь электроэнергии и тепла) по средней электростанции включает 20000 исходных, промежуточных и результирующих показателей и 300 энергетических характеристик оборудования и нормативных графиков. Этот расчёт ТЭП выполняется менее 1 секунды.

4) Мониторинг текущего перерасхода топлива и других показателей на БЩУ (блочный щит управления)

Затраты топлива составляют более 50% в себестоимости электроэнергии и тепла, поэтому минимизация этих затрат является основной целевой функцией управления производством электростанции. Здесь следует заметить, что только ликвидация неконтролируемого в настоящее время перерасхода топлива может его сэкономить более чем на 10%, что в среднем соответствует ежегодному приросту прибыли в 300 миллионов рублей с каждой электростанции.

Перерасход топлива соответствует разности фактического расхода и нормативного, который получается в результате полного расчёта ТЭП. Постоянный мониторинг текущего перерасхода топлива на БЩУ создаёт принудительную мотивацию для эксплуатационного персонала по экономии топлива. При отсутствии данного мониторинга любой высококвалифицированный персонал обязательно допускает перерасход топлива на каждом технологическом срезе, т.к. он просто о нём ничего не знает. В результате перерасход топлива за месяц суммируется из всех перерасходов в каждом срезе.

Игнорирование этого факта ведёт к элементарному сокрытию резерва увеличения энергоэффективности электростанций. Дело в том, что существующие в настоящее время месячные расчёты перерасхода топлива методологически неверны из-за криволинейности нормативных графиков.

5) Выработка рекомендаций по оптимальной загрузке основного оборудования

Оптимизация загрузки оборудования электростанции даёт экономию топлива в 3-5%. Здесь имеется несколько подходов оптимизации: симплексный метод решения системы линейных уравнений, метод динамической оптимизации на полной модели электростанции с минимаксной стратегией, метод ХОП (характеристика относительных приростов) оптимизации. Следует отметить, что решение системы линейных уравнений реализуется как обычная технологическая задача на текстовом проекте.

6) Расчёт необходимого прогнозного количества топлива

Для расчёта прогнозного количества топлива используются удельные затраты топлива на выработку электроэнергии и тепла. Но есть более точный метод расчёта, который использует информацию о технологических срезах в базе знаний при нулевом перерасходе топлива. Для этого достаточно задать планируемый график поставки электроэнергии и тепла, а также сведения о работающем оборудовании и температуре воздуха.

7) Анализ и выявление некорректных срабатываний дискретных сигналов при аварийных ситуациях

В данном случае с минимальным интервалом автоматизированного ввода данных сравнивается текущее состояние дискретных параметров с предыдущим. При выявлении изменения анализируется его корректность. В случае некорректности выдаётся сообщение на БЩУ. Здесь дополнительно могут быть задействованы и аналоговые параметры.

Алгоритмы корректности описываются также в текстовых проектах аналогично технологическим задачам.

8) Представление ретро и текущей аналитики исходных и расчётных показателей

Для аналитики представлено множество инструментов: обзор показателей с настройкой для других аналитических инструментов, оперативный журнал, оперативный мониторинг, экспресс-анализ с возможностью построения иерархических схем без графического редактора.

При вызове аналитики из экранной формы автоматически формируется журнал по заданному показателю для всех единиц конкретного оборудования и выводится график. Здесь же аналитику можно просматривать в разрезе получасов за сутки, в разрезе суток за месяц, в разрезе месяцев за год, а также в разрезе вахт за месяц.

9) Передача необходимых данных на верхний уровень

По Интернет может быть передана любая информация, включая и оперативные данные по перерасходу топливу и основным текущим показателям электростанции.

10) Формирование месячных отчётных документов

Отчётные документы формируются как месячные задачи в виде текстового проекта. Месячные данные получаются накоплением суточных данных, а суточные и сменные накоплением получасовых. Месячные данные по вахтам формируются из данных по сменам на основе графика вахт.

11) Построение электрических и тепловых графических схем с выводом динамической информации

Графический векторный редактор позволяет создавать иерархические технологические схемы с представлением энергетических примитивов, рисунков и текстов. На эти схемы можно выводить текущую аналоговую и дискретную информацию.

12) Текущее внесение изменений в алгоритмы технологических задач

Вся жизненность системы обеспечивается лёгкостью внесения любых изменений самими технологами в структуру расчётов и в алгоритмы задач. Все изменения вносятся посредством коррекции текстовых проектов с последующей их компиляцией без потери технологической информации в базах данных.

ПОДХОД К СОЗДАНИЮ СИСТЕМЫ

Идея, заложенная в основу системы, является её полная настраиваемость, поэтому она легко может быть использована для любой электростанции: ТЭЦ, ГРЭС, ГЭС, АЭС, ПГУ, и вообще для всех непрерывных производств.

Система направлена на непрерывную адаптацию к вновь возникающим требованиям технологии. Т.е. путем постоянного адаптивного изменения расчётов ТЭП и преобразования модели электростанции "как есть" в новую "как должно быть". Поэтому одним из основных положений предлагаемого подхода является полная интеграция инструментальной и прикладных систем в единое целое.

Логическая структура системы состоит из двух частей. Первой части соответствует конструктор. Конструктор всегда один для любых приложений (АРМ), это exe-файл. Второй части соответствуют приложения, это шаблоны с открытым кодом для их дальнейшего развития и изменения, поскольку каждое приложение уникально. В конструкторе описываются модели информационных объектов. Все, что мы описали в конструкторе, реализуется в приложениях. Мы можем корректировать все, что описали в конструкторе – изменения мгновенно через компиляцию появятся в приложениях без перепрограммирования.

Фирма ИнформСистем осуществляет разработку и внедрение MES-Системы "MES-T2 2020" для расчёта ТЭП ПТО и управления производством электростанции.