Применение средств имитационного моделирования режимов ТЭС при реализации ИСУ ПП генерирующей компании

1 Декабря 2009

Вячеслав Максимов, директор по промышленным решениям департамента информационных технологий компании КРОК

Тепловая генерация в условиях рынка

Реформа и последствия

Пожалуй, одним из наиболее заметных результатов реформы российской электроэнергетики можно считать появление крупных генерирующих компаний — ТГК и ОГК — работающих на конкурентном рынке. В условиях конкурентного рынка электроэнергии и мощности вопросами повышения эффективности производства и максимизации прибыли от реализации электроэнергии задаются в каждой генерирующей компании. Передача генерирующих компаний в частные руки эти вопросы только усложняет, дополняя требованиями по обеспечению полной прозрачности производственной деятельности.

С вводом новых правил функционирования рынка электроэнергии и мощности наиболее остро перед генерирующими компаниями встала задача оптимизации режимов работы тепловых электростанций (ТЭС) со сложным составом оборудования (при наличии на ТЭС блочных, неблочных агрегатов и пиковых водогрейных котлов). Возросшая конкуренция на рынке электроэнергии плюс существенные изменения объемов отпуска тепла, по сравнению с заложенными, при проектировании тепловых электростанций заставляют пересматривать подходы к обеспечению эффективности производственной деятельности.

Проблемы генерирующих компаний

Одной из главных задач любой генерирующей компании является получение максимальной прибыли от продажи электроэнергии по регулируемым и свободным двусторонним договорам (РД и СДД), на рынке «на сутки вперед» (РСВ), на балансирующем рынке (БР), а также от отпуска тепловой энергии потребителям и продажи мощности на рынке системных услуг.

В большинстве генерирующих компаний за разные аспекты функционирования на рынке электроэнергии отвечают различные подразделения. Обычно можно выделить блок «Производство», обеспечивающий рабочую деятельность электростанций, блок «Коммерческая диспетчеризация», отвечающий за организацию работы на балансирующем рынке и блок «Энерготрейдинг», реализующий стратегию работы на РСВ. Руководство компании, в первую очередь технический менеджмент, требует средства планирования и эффективного контроля производственных показателей деятельности.



Зачастую перед производственными и трейдинговыми подразделениями генерирующей компании стоят несогласованные цели, что, при отсутствии средств контроля эффективности производства, приводит к конфликту интересов и далеко не самым лучшим результатам работы на рынке для компании в целом.

Оптимизация производственных процессов как средство выживания

Решением проблемы является создание эффективной и при этом объективной системы оптимизации процессов выработки электроэнергии и тепла, учитывающей различные цели, и позволяющей задавать различные критерии оптимизации на различных этапах планирования и организации производственной деятельности.

К задачам оптимизации процессов выработки электроэнергии и тепла можно отнести оптимизацию состава теплового и генерирующего оборудования при заданных тепловой и электрической нагрузках, оптимизацию объёмов выработки и распределения нагрузки при заданном составе оборудования при планировании деятельности, расчет оптимальных ценовых заявок для РСВ и БР, а также проведение сценарного анализа вариантов функционирования для поиска оптимального режима работы ТЭС при планировании на сутки вперед, оперативного планирования и ведения режима в темпе процесса.

За многие годы энергетиками были разработаны разные методики решения задачи оптимального управления режимами работы ТЭС, однако большинство таких разработок далеко не полностью адаптировано под особенности функционирования НОРЭМ, а также далеко не всегда учитывает большое количество внешних связей ТЭС по отпуску тепловой и электрической энергии. В связи с этим использование таких методик в современных условиях работы генерирующих компаний неэффективно.

Наиболее результативными и в последнее время всё больше признаваемым способом решения задачи оптимизации является использование средств математического (имитационного) моделирования режимов работы станции на основе актуальных (фактических) характеристик оборудования.

Имитационное моделирование и оптимизация

Основной целью создания имитационной модели ТЭС является эффективное моделирование плановых и фактических режимов работы ТЭС во всём диапазоне нагрузок и состава основного оборудования и применение имитационной модели для оптимизации производства тепловой и электрической энергии.

В настоящее время на рынке представлены различные средства моделирования режимов работы тепловых электростанций. С точки зрения конечного пользователя можно выделить следующие требования к средствам моделирования:

  1. Открытость: модель должна допускать внесение изменений инженерно-производственным персоналом.
  2. Актуальность: возможность создания фактической модели ТЭС на основе актуальных характеристик оборудования, а не по устаревшим нормативным характеристикам (НЭХам);
  3. Точность: расчетные параметры режимов работы станции должны находиться в пределах заданной точности для всех ключевых параметров;
  4. Универсальность: наличие пополняемой библиотеки элементов оборудования ТЭС с возможностью описания нестандартного (уникального) оборудования.

При расчете режима на основе имитационной модели электростанции должны автоматически считать основные параметры среды на входе и выходе каждого элемента тепловой схемы ТЭС, автоматически сводить материальные и тепловые балансы, как всего цикла ТЭС, так и отдельно каждого элемента тепловой схемы ТЭС, описанной в модели.

На базе имитационной модели могут осуществляться различные расчеты, в том числе поиск оптимальных режимов работы станции:

  • расчет суточного почасового графика генерации электрической энергии по каждой ГТП ТЭС, оптимизированный по критерию максимизации прибыли от реализации электроэнергии на РСВ;
  • оптимизация распределения электрической нагрузки между турбоагрегатами, паровой нагрузки между отборами турбин и паровой нагрузки между котлоагрегатами ТЭС по критерию минимального суммарного расхода топлива ТЭС (минимизации затрат на топливо);
  • оптимизация распределения электрической нагрузки между турбинами, паровой нагрузки между отборами турбин и паровой нагрузки между котлами по критерию минимизации затрат на топливо и оптимизация ценопринимающих заявок на БР по критерию максимизации маржинальной прибыли (минимизации убытков);
  • расчет ограничений электрической нагрузки Pmax и Pmin по каждой ГТП ТЭС;
  • сценарный анализ вариантов функционирования для поиска оптимального режима работы ТЭС на интервале оперативного планирования и ведения режима в темпе процесса.

Комплексное управление производственными процессами (ИСУ ПП)

Средства имитационного моделирования и оптимизации производственных процессов не эффективны сами по себе — в отрыве от автоматизированных систем сбора показателей выработки и отпуска, АСУ ТП, коммерческой диспетчеризации и энерготрединга. Для крупной генерирующей компании необходимо комплексное решение по управлению производством электроэнергии и тепла — информационная система управления производственными процессами (ИСУ ПП).

Основная цель внедрения ИСУ ПП — повышение эффективности работы генерирующей компании в целом и оптимизация загрузки генерирующего оборудования с точки зрения максимизации маржинальной прибыли и/или минимизации затрат на топливо. При этом на различных этапах планирования производственной деятельности могут использоваться разные критерии оптимизации. В рамках создания ИСУ ПП последовательно (поэтапно) должны решаться следующие задачи управления производством:

  • сбор/обработка технологической информации, оперативный контроль фактических производственных показателей и коммерческая диспетчеризация (работа на БР);
  • оптимизация выработки электроэнергии и тепла по критериям минимизации удельных расходов топлива и максимизации маржинальной прибыли компании и расчет фактических и плановых показателей (ТЭП);
  • оперативное планирование производственной деятельности компании, автоматизация деятельности на РСВ;
  • создание единого информационного пространства с корпоративными системами управления (КИСУ, ТОиР, CRM).

ИСУ ПП по своему функциональному назначению (по своей природе) представляет собой гетерогенную систему, состоящую из нескольких законченных прикладных подсистем и отдельных программных компонент, решающих расчетные, аналитические и оптимизационные задачи или выполняющих сервисные функции. Кроме того ИСУ ПП решает задачу интеграции с модулями КИСУ (ERP).

Место ИСУ ПП в системе управленияпроизводством генерирующей компании показано на Рис. 2. По своей сути ИСУ ПП представляет собой классическую систему MES-систему(сокр. от англ. Manufacturing Execution System) — систему управления производством. Системы такого класса решают задачи диспетчерского управления, оперативного планирования и оптимизации производственных процессов.



Специфика задач управления производством электроэнергии и тепла при работе на рынке «на сутки вперед» и балансирующем рыке НОРЭМ, накладывает серьезные требования к функциональности ИСУ ПП. Если не вдаваться в детали, то ИСУ ПП должна обеспечить визуализацию параметров технологического процесса ТЭС в диспетчерском центре компании с минимальными задержками времени, имея в своем составе средства моделирования фактических и плановых режимов работы ТЭС с функциями оптимизации маржинальной прибыли и затрат на топливо, а также инструменты средне- и краткосрочного прогнозирования.

На основе многолетнего опыта проектов в электроэнергетике и анализа сложившихся отношений на рынке электроэнергии компанией КРОК разработано комплексное решение по созданию информационных систем управления производственными процессами. В основе ИСУ ПП компании КРОК лежат решения от ведущих мировых производителей специализированного программного обеспечения — в первую очередь, OSIsoft и Thermoflow.



ИСУ ПП может состоять из следующих функциональных подсистем:

  • Подсистема сбора и хранения технологической информации;
  • Подсистема коммерческой диспетчеризации (работа на БР НОРЭМ);
  • Подсистема имитационного моделирования ТЭС;
  • Подсистема оптимизации производства электроэнергии и тепла;
  • Подсистема поддержки энерготрейдинга (работа на РСВ НОРЭМ);
  • Подсистема прогнозирования;
  • Подсистема расчета ТЭП;
  • Подсистема взаимодействия с ERP/КИСУ

Информационная система управления производственными процессами строится как открытая система, состоящая из отдельных функциональных подсистем, взаимодействие между которыми осуществляется на базе открытых интерфейсов и протоколов взаимодействия. Такая архитектура позволяет обеспечить как расширение и масштабирование системы при реализации дополнительной функциональности, так и увеличение объемов обрабатываемых данных при подключении новых источников информации. За счет поэтапной реализации и уникальных средств имитационного моделирования режимов работы электростанции первые результаты и реальная отдача могут быть получены уже через 3-4 месяца.



Экономическая эффективность

Основная цель внедрения ИСУ ПП — обеспечить повышение эффективности работы генерирующей компании (ОГК и ТГК) в целом и оптимизировать загрузку генерирующего оборудования с точки зрения максимизации маржинальной прибыли. По оценке специалистов КРОК внедрение системы ИСУ ПП позволяет повысить маржинальную прибыль на 8-14%, что обеспечивает стабильность и устойчивое развитие компании в условиях рынка.
Ожидаемый экономический эффект от оптимизации производства, с использованием прикладных подсистем ИСУ ПП (оценочный для ТЭЦ 75 МВт и 300 Гкал/ч) — увеличение суточной маржинальной прибыли на 13,73 %. Из них:

  • 0,81 % за счет оптимального часового распределения суточного лимита газа;
  • 9,37 % за счет выбора часового значения Nтэц по критерию максимума маржинальной прибыли;
  • 0,6 % за счет оптимизации работы котельного отделения;
  • 1,86 % за счет оптимального распределения тепловых нагрузок отборов и электрической производительности турбоагрегатов;
  • 0,34 % за счет оптимального распределения циркуляционной воды между конденсаторами турбоагрегатов;
  • 0,46 % за счет оптимального распределения питательной воды между группами ПВД турбоагрегатов;
  • 0,3 % за счет оптимального распределения сетевой воды между ПСГ турбоагрегатов.
Источник:
Журнал «Турбины и дизели»

Все публикации

Видео


Интеллектуальное здание: от строительства до эксплуатации

Калькулятор по мини-ТЭС
Своя энергия —
— свои тарифы!
Рассчитать