CBE Polska

Aby efektywnie ograniczyć koszt produkcji energii należy oszacować całkowite kosza powiązane z wykorzystywaniem przewidywanych do spalania typów węgla, gdyż elektrownie bardzo często mają możliwość spalania jego różnych rodzajów. Abstrahując od ceny samego paliwa, w skład całkowitego kosztu wchodzą koszta związane z oddziaływaniami na sprawność i dyspozycyjność elektrowni. Zgodnie z przeprowadzanymi analizami, czynniki dotyczące jakości węgla mogą być przyczyną do 60% nieplanowanych odstawień do remontu.

Okazuje się, że nie wszystkie przedsiębiorstwa wiedzą jak właściwe zidentyfikować jakość paliw aby móc dobrać je pod różne typy palenisk. Metody doboru paliw oraz powiązane z nimi rozwiązania są wciąż doskonalone, dzięki czemu do zaoszczędzenia są duże pieniądze. W związku z tym, 18 lipca br. w Krakowie odbyły się specjalistyczne warsztaty „Optymalizacja doboru paliw węglowych na potrzeby wytwarzania energii”. Wydarzenie zorganizowane zostało przez Zespół CBE Polska we współpracy z Profesorem Wiesławem Rybakiem, który jest kierownikiem Zakładu Inżynierii i Technologii Energetycznych Politechniki Wrocławskiej. Ponadto w warsztaty merytorycznie jako Partnerzy technologiczni zaangażowały się firmy Procom System S. A. oraz Emerson Process Management Sp. z o.o.

Profesor Rybak przypomniał, że elektrownie planowane są pod konkretny węgiel (projektowy), dla którego gwarantowane jest spełnienie poszczególnych parametrów działania oraz możliwość pracy przy pełnym obciążeniu. Istotne odstępstwa właściwości paliwa mogą spowodować obniżenie sprawności elektrowni, a nawet poważne problemy eksploatacyjne. Jakość dostarczanego węgla może zmieniać się w skutek: typowej codziennej zmienności w obrębie pokładu; długoterminowej zmienności spowodowanej wyczerpywaniem się złoża i/lub zmianami metod wydobycia; nieodpowiedniego przygotowania paliwa lub złej kontroli jakości w kopalni. Ponadto warto pamiętać o zmianach proporcji udziałów dostarczanego węgla z różnych źródeł lub przestawienia się na inny węgiel/lub mieszaninę węgli (np. w celu spełnienia norm emisji).

Nie jest tajemnicą, że elektrownie dążą do produkowania energii starając się ograniczać koszty do minimum. Oznacza to, że zakład musi pracować z optymalną dyspozycyjnością i mocą znamionową, utrzymując wysoką sprawność oraz harmonogramy remontów. Równocześnie należy spełniać normy emisji dwutlenku węgla. Skład paliwa i jego parametry intensywnie i w szerokim zakresie zmian wpływają na pracę elektrowni. Trzeba pamiętać, że zmiany w jednym obszarze, takie jak np. zmiany jakości węgla mogą objawiać się w całym systemie.

Aby wybrać (inny niż dotychczasowy) węgiel, elektrownia musi przewidywać jego wpływ na efektywność pracy i całkowity koszt wytworzenia energii. Ze względu na to, że typ i konstrukcja kotła oraz urządzenia pomocnicze najczęściej nie są zmieniane, to właśnie węgiel jest wybierany w celu spełnienia konkretnych wymogów. Eksperci wyróżniają szereg wciąż doskonalonych metod pomocnych podczas wyboru właściwego węgla. Mogą być one oparte na podstawie ograniczonej liczby specyfikacji przy wykorzystaniu technicznej analizy, wykorzystywać komputerowe modelowanie opisujące zachowanie się elektrowni lub testować spalanie węgla w pełnej skali technicznej w określonym przedziale czasu. Nie można zapomnieć o fakcie, że zachowanie paliwa jest specyficzne dla danej elektrowni, stąd wiele z oddziaływań jakości węgla jest trudnych do przewidzenia. Również praca samych urządzeń elektrowni (systemów nawęglania, młynów, kotłów, urządzeń kontroli emisji i urządzeń pomocniczych) jest współzależna.

Małgorzata Bydlińska-Dradrach oraz Maciej Skrzyszewski reprezentujący firmę Procom System S.A. przybliżyli uczestnikom funkcjonowanie systemu OPTELON, który umożliwia ocenę strat i kosztów rozruchowych elektrowni wykorzystując informacje uzyskiwane w czasie rzeczywistym oraz dane historyczne. Eksperci Procom System wyliczyli, że dzięki kontroli strat rozruchowych w Elektrowni Opole możliwa jest łączna oszczędność około miliona złotych rocznie. Oszczędności możliwe są m.in. dzięki skróceniu czasu rozruchu bloku o 10-20 minut (i tym samym ograniczenie strat energii o ok. 10%) ograniczeniu zużycia mazutu o ok. 20-25 ton oraz realizacji zrzutów obciążenia w sytuacjach awaryjnych bez wyłączania zespołów młynowych i załączania palników olejowych. Ponadto dzięki wprowadzonym usprawnieniom podczas 100 rozruchów udało się obniżyć poziom emisji CO2 do 10.000 ton, NOX do 15 ton i SO2 do 100 ton.

Drugi z systemów proponowanych przez Procom System – MESKAN – został wdrożony w Elektrociepłowni Wrocław. Umożliwia on przeprowadzenie zaawansowanej walidacji danych (rachunku wyrównawczego), ocenę energetycznej pracy bloków oraz kotłów wodnych, a także diagnostykę energetyczną maszyn i urządzeń. Wchodzące w skład diagnostyki odchylenia eksploatacyjne wyliczane są w oparciu o krzywe korekcyjne i charakterystyki energetyczne urządzeń. Otrzymane informacje pozwalają na identyfikację źródeł nadmiernych strat energii i analizę ekonomiczną strat (w odniesieniu do stanu referencyjnego).

Reasumując, eksperci Procom System S.A. Stwierdzili, że wdrożenie ich autorskich rozwiązań wspomoże obsługę w: optymalnym prowadzeniu produkcji pod kątem kosztowym, utrzymaniu obiektu w dobrym stanie technicznym, planowaniu produkcji i pozwoli na obniżenie kosztów rozruchu bloku. Dodatkowo może przyczynić się do uniknięcia awarii lub ich szybkiego wykrycia, a także wpłynie na zmniejszenie energochłonności procesu.

Wojciech Taras i Sebastian Plamowski – przedstawiciele Emerson Process Management Power and Water Solutions, która była drugim Partnerem Technologicznym warsztatów – zaprezentowali system optymalizacja gospodarki paliwem węglowym CHOPPER. Podstawowym celem wprowadzanie wspomnianego systemu ma być zminimalizowanie kosztów paliwa niezbędnego do wytworzenia zaplanowanej ilości energii elektrycznej i/lub ciepła.

W najprostszej wersji  rozwiązanie firmy Emerson polega na dostosowaniu rodzaju paliwa węglowego do bieżących potrzeb technologicznych wykorzystując harmonogramowanie i wizualizację pracy układów nawęglania. W okresie zmniejszonego zapotrzebowania na energię  używane jest paliwo o niższej kaloryczności , a w okresie zwiększonego popytu stosowanie paliw o wyższej kaloryczności. Eksperci podkreślili, że dla jednego bloku 200MW redukcja kosztów paliwa o 1% (poprzez wprowadzenie do użycia 10% tańszego węgla) to zmniejszenie kosztów produkcji energii o 1 mln PLN/rok. Warto dodać, że różnicowanie paliwa jest opłacalne, gdyż 1GJ uzyskany z węgli o niższej kaloryczności jest o kilkanaście procent tańszy niż ta sama ilość energii wytworzona z węgla o wyższej kaloryczności. System CHOPPER dodatkowo automatyzuje pracę układów nawęglania, przez co zwiększa się bezpieczeństwo, a także precyzja wykonania procesu. Z kolei szczegółowo omówiona przez ekspertów optymalizacja technologiczna pracy układów nawęglania poprzez wprowadzenie systemów SmartProcess umożliwia dalsze podniesienie efektywności elektrowni.

Eksperci omówiwszy modelowanie składowiska węgla, przedstawili etapy wdrażania proponowanego przez nich systemu. Na początku należy utworzyć harmonogram i wizualizację pracy układów nawęglania. Na podstawie planów produkcji bloków i bieżących zapasów paliwa w zasobnikach planuje się pracę instalacji nawęglania, następnie tworzy się harmonogram nawęglania – plan dotyczący ilości i rodzaju węgla oraz ustalenie gdzie go wsypać.  Później sporządzą się wizualizację stanów zasobników. Drugim etapem jest jest automatyzacja pracy układów nawęglania, czyli pomiar i korekta on-line pracy układów nawęglania, automatyczne korygowanie niesprawności i/lub niedokładności pracy, a także monitorowanie pracy ładowarko-zwałowarek. Trzecim etapem jest optymalizacja pracy układów nawęglania: dostosowanie on-line pracy układów nawęglania do zmiennych potrzeb i możliwości bloków, optymalizacja wieloparametrowa (pod kątem siarki, popiołu etc.) oraz optymalizacja samego spalania poprzez dostosowanie pracy kotłów do zmiennego paliwa.

Ponieważ koszty zakupu paliw stanowią 60-80% kosztów eksploatacyjnych elektrowni, to może wydawać się, że kluczowe oszczędności mogą być zrobione dzięki wybraniu tańszego węgla. Nie należy jednak zapominać, że prawdziwą ceną węgla są również dodatkowe koszty wynikające z wpływu na pracę elektrowni, które muszą być oszacowane. Profesor Rybak zwrócił uwagę na fakt, że w niektórych przypadkach mogą one przeważać oszczędności z tytułu kupna tańszego węgla, gdyż jego jakość wpływa właściwie na każdy element elektrowni. Sukces związany z przestawieniem elektrowni na tańszy węgiel zależy od wielu czynników, między innymi od stopnia wykorzystania jednostki, od jej elastyczności (uwzględnionej w konstrukcji) oraz od zakresu w jakim można zmodyfikować warunki eksploatacyjne, a także od tego jak daleko właściwości tańszego węgla (o niższej jakości) odbiegają od wymaganej specyfikacji węgla.

Powyższy artykuł powstał w oparciu o materiały i wykłady specjalistycznych „Optymalizacja doboru paliw węglowych na potrzeby wytwarzania energii”, które odbyły się 18 lipca 2013 roku w Krakowie.  Wydarzenie zostało zorganizowane przez analityczno-doradczy Zespół CBE Polska we współpracy z Profesorem Wiesławem Rybakiem, kierownikiem Zakładu Inżynierii i Technologii Energetycznych Politechniki Wrocławskiej oraz firmami Procom System S. A. i Emerson Process Management Sp. z o.o, które były Partnerami Technologicznymi spotkania.

Warsztaty były objęte Honorowymi Patronatami: Polskiego Towarzystwa Węglowego, Stowarzyszenia Inżynierów i Techników Górnictwa, Stowarzyszenia Polskich Energetyków oraz Izby Energetyki Przemysłowej i Odbiorców Energii. Za pomoc w promocji wydarzenia dziękujemy patronom medialnym warsztatów, którymi byli: ogrzewnictwo.pl, portalenergia.pl, Quality News, inzynieria.com, Paliwa i Energetyka, Magazyn Gospodarczy Fakty, eko-samorzadowiec.pl, portalenergetyczny.com, ogrzewanie.info.pl i kominy.biz. Dziękujemy również wszystkim uczestnikom warsztatów i zapraszamy do udziału w kolejnych wydarzeniach.

Autor: Kamil Szkup, CBE Polska