System Optymalizacji dla Elektrociepłowni

System Optymalizacji dla elektrociepłowni

Celem optymalizacji pracy elektrociepłowni jest prowadzenie pracy urządzeń w taki sposób, aby wytwórca energii uzyskał maksymalny zysk z produkcji. Tym, co wyróżnia nowoczesne systemy optymalizacji jest uwzględnianie zapotrzebowania na ciepło, wyznaczonego na podstawie predykcyjnych modeli odbiorców oraz prognozy cen na rynku energii elektrycznej.

W poniższej koncepcji, System Optymalizacji podzielony został na dwa wzajemnie oddziałujące na siebie moduły:
• warstwa nadrzędna – integruje działanie lokalnych optymalizatorów bloków przydzielając im obciążenie wyznaczone na podstawie dostarczonych danych
• warstwa lokalna – zawierająca zestaw indywidualnych optymalizatorów (po jednym na każdy blok), których celem jest efektywne prowadzenie pracy bloku, w celu osiągnięcia maksymalnego zysku, uwzględniwszy ograniczenia zadane dla przydzielonego przez warstwę nadrzędną obciążenia.
Do Systemu Optymalizacji należą również: moduł prognozowania cen na rynku energii elektrycznej oraz moduł prognozowania zapotrzebowania na ciepło.

Proces optymalizacji prowadzony jest w następującej kolejności:
I. Wczytanie danych i wytworzenie prognozy cen energii elektrycznej na rynku energii elektrycznej
II. Wczytanie danych i wytworzenie prognozy zapotrzebowania na ciepło
III. Wczytanie prognoz, aktualnych danych oraz aktualnej struktury układu przez optymalizator globalny i wysłanie wyników do optymalizatorów lokalnych
IV. Optymalizacja pracy bloków przez lokalne moduły SILO
V. Generowanie raportów przedstawiających planowaną i zrealizowaną produkcję oraz zawierających ocenę prognoz.

Warstwa nadrzędna
Warstwą nadrzędną Systemu Optymalizacji jest optymalizator globalny agregujący dane z prognozy zapotrzebowania na ciepło oraz z prognozy cen na rynku energii elektrycznej. Wskaźniki ekonomiczne, profil produkcji oraz bieżące wykorzystanie limitów emisji są zawarte w funkcji celu. Zadaniem optymalizatora jest jej maksymalizacja za pomocą rozdziału obciążenia na poszczególne bloki.

Funkcja celu może być indywidualnie definiowana przez użytkownika Systemu Optymalizacji. W podstawowej wersji zysk jest definiowany, jako różnica pomiędzy przychodem ze sprzedaży energii a kosztami eksploatacji elektrociepłowni, w szczególności kosztami paliwa. Użytkownik posiada możliwość zdefiniowania stopnia istotności dotrzymania niektórych parametrów np. utrzymania wskaźników na poziomie wymaganym przy produkcji energii
w skojarzeniu czy utrzymanie emisji poniżej zadanych limitów.
Operator Systemu Optymalizacji ma możliwość wyboru segmentu rynku energii elektrycznej, na którym ma być sprzedawana energia, w szczególności Rynku Bilansującego. System umożliwia również konfigurację pracy w usługach systemowych.
Prognoza zapotrzebowania na ciepło jest generowana na podstawie danych pomiarowych dostarczonych przez użytkownika. Mogą to być dane archiwalne, dane z systemu pogody itp.

Warstwa lokalna
Na każdy blok przypada jeden moduł optymalizatora Stochastical Immunological Layer Optimizer (SILO) . Zadaniem każdego optymalizatora lokalnego jest optymalizacja procesu spalania w punkcie pracy wyznaczonym przez optymalizator globalny.
Z punktu widzenia systemu SILO kocioł energetyczny to obiekt typu MIMO (ang. Multi input multi output) posiadający niemożliwe do pominięcia skrośne zależności między wyjściami
i wejściami obiektu. Spalanie zachodzące w kotle to nieliniowy, dynamiczny proces, charakteryzujący się stosunkowo długimi odpowiedziami na zmianę sterowania. Na proces ten oddziaływują zakłócenia. Głównym zakłóceniem, z punktu widzenia optymalizacji tego procesu, jest obciążenie bloku. Na proces oddziaływują też niemierzalne lub rzadko mierzalne zakłócenia takie jak jakość przemiału w młynach węglowych czy wilgotność węgla.

Funkcja celu optymalizatorów lokalnych dostosowana jest do potrzeb użytkownika.Typowe cele optymalizacji procesu spalania to:
• obniżenie emisji NOx i CO,
• zwiększenie sprawności kotła,
• utrzymanie temperatur pary świeżej i wtórnej na odpowiednim poziomie,
• utrzymanie temperatury wylotowej spalin na odpowiednim poziomie,
• symetryzacja pracy kotła.

Realizacja ww. celów optymalizacji spalania możliwa jest poprzez oddziaływanie na następujące parametry, mające istotny wpływ na proces spalania:
• wartość zadana poziomu tlenu w spalinach wylotowych,
• dystrybucja powietrza wtórnego poprzez wartości zadane otwarć klap powietrza,
• dystrybucja paliwa poprzez wartości zadane prędkości obrotowych podajników węgla,
• stopień otwarcia kierownic wentylatorów podmuchu i wentylatorów spalin,
• wartości zadane temperatur mieszanki na wyjściach młynów węglowych.

Zastosowanie SILO w warstwie optymalizacji lokalnej umożliwia uwzględnienie zmian charakterystyk obiektu wynikających ze zużycia i awarii urządzeń kotłowych, zmiany sposobu prowadzenia kotła, przebudowy powierzchni ogrzewalnych, istotnych zmian charakterystyk używanego paliwa, zmiany warunków zewnętrznych. Pozwala na to efektywny mechanizm adaptacji modelu procesu zaimplementowany w optymalizatorze.