Новости

Д-р Франсиско Аланис, главный консультант в области сервисной поддержки AspenTech

Эффективно организовать поставки электроэнергии возможно только в том случае, когда план управление энергетическим хозяйством охватывает как сокращение энергоемкости на стороне потребителя, так и уменьшение затрат на стороне поставщика. В рамках данной статьи под поставщиком и потребителем мы понимаем не столько разные юридические лица, сколько различные технологические комплексы, которые могут принадлежать и одному собственнику.

Сторона спроса или потребления включает все производственные процессы, в которых расходуется топливо, пар или электроэнергия. Пар используется, например, в операциях нагрева, отгона легких фракций и локализации неисправностей. Топливо используется в печах прямого нагрева. Электроэнергия необходима насосам и компрессорам. Эти энергетические потребности могут обеспечиваться приводными механизмами в виде электродвигателей и паровых турбин, которые, в свою очередь получают энергию от технологического комплекса-поставщика.

Сторона поставки (энергоснабжения) – это система, которая состоит из различных установок, обеспечивающих потребности в энергии, и инженерных сети для доставки этой энергии потребителю. Пар высокого давления (HP) обычно вырабатывается в паровых котлах. Если установлены газовые турбины, то пар высокого давления генерируется также в котлах-утилизаторах (HRSG), извлекающих тепло из выхлопных газов газовой турбины. Пар среднего и низкого давления (MP, LP) получается при разрежении пара высокого давления при прохождении им через паровые турбины. Станции понижения давления между паровыми коллекторами балансируют потребности в паре. Котлы, генерирующие пар, обычно могут сжигать топочный мазут, топливный газ или и то и другое.

Электроэнергия обычно вырабатывается в паровых турбинах. Ими могут быть приводные турбины вращающегося оборудования (насосов и компрессоров) или паровые турбогенераторы, которые вырабатывают электроэнергию и могут включать ступени с противодавлением и ступени конденсации. Электроэнергия может также генерироваться в газовых турбинах и заимствоваться из энергосети (или отдаваться в нее) для покрытия энергетического баланса участка.

На рисунке ниже в упрощенном виде представлена схема типичного производственного участка, из которой ясно, как соотносятся две стороны процесса управления поставками энергии:

Итак, очевидно, что цель стороны энергоснабжения – надежная выработка энергии для технологических нужд наименее дорогим и наиболее эффективным способом. Решающее значение в определении этой эффективности играют расходы на поставки топлива и дистрибуцию энергии, которые, в свою очередь, зависят от четырех ключевых решений: выбора котлоагрегатов, турбин и их нагрузок, а также выбора топлива и типа приводных механизмов. Кроме того, на результирующие эксплуатационные расходы и на объем вредных выбросов будут влиять действующие системные ограничения и заключенные контракты на поставку топлива и электроэнергии.

Среди возможных системных ограничений – необходимость горячего резервирования котлоагрегата, зависимость производительности котла от используемого топлива, соотношение топливной смеси, установленные пределы вредных выбросов и включение дополнительных единиц оборудования для обеспечения требуемого уровня надежности. Контракты же на поставку электроэнергии могут содержать минимальные и максимальные нормы, условия получения или осуществления платежей, штрафные санкции и почасовые тарифы.

В результате для определения оптимального состава оборудования, способного обеспечить минимальные эксплуатационные расходы, требуется программная система, учитывающая характеристики технологических агрегатов в зависимости от нагрузки, взаимосвязи оборудования, системные ограничения и условия контрактов на поставку электроэнергии, такая как AspenTech Energy Management and Optimization (EM&O). С помощью подобных решений можно создать высокоточную имитационную модель системы энергоснабжения производственного участка с учетом энергетических потребностей основных мощностей.

Использование программных решений, подобных AspenTech EM&O, позволяет в краткосрочной перспективе сократить потребности в горячем резервировании и уменьшить выбросы пара в атмосферу. Так как ресурсы будут расходоваться более эффективно, улучшится учет затрат и снизится опасность нарушения условий контракта, а следовательно и выплаты штрафов. В стратегической перспективе работа с системой означает лучшую организацию материально-технического снабжения благодаря оптимальному выбору контрактных цен и более надежных предложений, прогнозирование объемов вредных выбросов, оптимальное планирование технического обслуживания и, как следствие этого, сокращение капитальных затрат на повышение эффективности использования энергии.

С помощью системы EM&O в реальном времени можно отслеживать характеристики оборудования, вредные выбросы и другие ключевые показатели эффективности (KPI), и, в конечном итоге, оптимизировать энергоснабжение предприятия. Программа поможет выбрать наиболее подходящее по цене предложение, с учетом текущих изменений спроса на энергию, цен на топливо и электричество, особенностей уже установленного оборудования и системных ограничений. Онлайновая архитектура решения выглядит следующим образом:

Можно использовать программу и в автономном режиме. Ее функциональные возможности позволяют выполнять многоэтапную оптимизацию и проводить анализ различных вариантов развития событий для определения наилучших (в краткосрочном и долгосрочном плане) линий поведения в ответ на сезонные колебания и изменения на производственном участке. В этом случае схема работы решения будет такой:

Опыт компаний, внедривших в свой производственных процесс подобную систему (среди них SECCO, ENI, Mitsui Chemicals и Samsung General Chemicals), позволяет говорить о снижении затрат на 2-5% без увеличения капиталовложений, за исключением расходов на само ПО и необходимую инфраструктуру. При относительно небольших капиталовложениях, связанных с простыми изменениями в технологической подготовке производства удалось достичь экономии производственных затрат на 10-20%.

План эффективного управления энергохозяйством должен быть целостным, и охватывать как энергоснабжение, так и энергопотребление. Такие планы должны разрабатываться в расчете на сохранение высокой доходности предприятия по мере его развития с течением времени, старения и модификации оборудования, изменения номенклатуры продукции и загруженности производства. Эффективное планирование должно опираться на точную модель энергохозяйства и возможности совершенствования технологических процессов. Для достижения этих целей простой визуализации данных недостаточно: требуется непрерывное отображение на инструментальной панели производственной информации, которая синтезируется с помощью моделей функционирования на основе данных, поступающих в реальном масштабе времени. Управление энергохозяйством должно быть упреждающим и должно стать неотъемлемой частью операций управления производством.