Ekologizácia zdroja
Vďaka projektu Ekologizácia spoločnosti Martinská teplárenská, a. s., (Mt, a. s.), zvýšenie energetickej efektivity a ukončenie uhoľnej prevádzky sa podarilo výrazne znížiť objem vypúšťaných emisií do ovzdušia a zároveň zvýšiť energetickú efektívnosť teplárne. Ukončením uhoľnej prevádzky boli odstavené dva uhoľné kotly, každý s menovitým výkonom 130 t/h pary, ktoré boli v Mt, a. s., vybudované na začiatku 90. rokov.
Nová technológia je postavená na troch kogeneračných jednotkách s nízko otáčkovým spaľovacím motorom Rolls Royce s palivom na zemný plyn a na štyroch horúcovodných kotloch Bosch. Inštalovaný elektrický výkon kogeneračných jednotiek je 3 x 9,34 MWe s tepelným výkonom 3 x 7,5 MW. Tepelný výkon horúcovodných kotlov je 4 x 14,3 MW. V prevádzke ostáva z pôvodnej technológie už len kotol K4 s bublinkujúcim fluidným lôžkom na drevnú štiepku a možnosťou spaľovania aj zemného plynu.
Investícia do ekologizácie sledovala niekoľko strategických cieľov, medzi ktoré patrili zvýšenie efektivity výroby, zníženie spotreby paliva, zníženie produkcie emisií a zabezpečenie možnosti dodávky rôznych energetických produktov aj do priestoru elektroenergetického trhu EÚ.
Kombináciou väčšieho počtu nových flexibilných zariadení na vysokoúčinnú výrobu tepla a elektriny (kogeneračných jednotiek) a existujúceho fluidného kotla K4 spaľujúceho biomasu vznikla komplexná sústava energetických zariadení. „Takáto sústava vyžaduje nasadenie sofistikovaného prístupu k plánovaniu prevádzky jednotlivých zdrojov a optimálne riadenie výroby tepla a elektriny v reálnom čase s dispečerským dohľadom. Celý systém musí navyše spĺňať požiadavky certifikovaného poskytovania podporných služieb (PpS) a regulačnej elektriny pre elektrizačnú sústavu SR, teda súlad s technickými podmienkami prístupu, pripojenia a pravidiel prevádzkovania prenosovej sústavy v gescii SEPS, a. s.,“ konštatuje Tomáš Rajčan, riaditeľ divízie energetiky a priemyslu v žilinskej spoločnosti IPESOFT, spol. s r. o., ktorá v rámci projektu ekologizácie martinskej teplárne vyvinula, dodala a uviedla do prevádzky dispečerský riadiaci a informačný systém výroby tepla, elektriny a PpS.
Požiadavky na riadiaci systém zo strany Mt, a. s., sledovali niekoľko kľúčových faktorov a zámerov:
- komplexný prehľad informácii o výrobe a obchode,
- distribúcia informácií používateľom cez zrozumiteľný súbor ukazovateľov,
- priebežné vyhodnocovanie získaných údajov a ich porovnávanie s plánovanými hodnotami,
- identifikácia poruchových stavov a slabých miest na základe analýzy údajov,
- využívanie automatizovaných a sofistikovaných plánovacích postupov,
- vysoká dostupnosť riadiaceho systému.
Dispečerský riadiaci a informačný systém výroby tepla, elektriny a PpS
Mt, a. s., sa súčasne s inštaláciou moderných teplárenských technológií rozhodla zásadne inovovať systém riadenia zdrojov. Implementáciou nového dispečerského riadiaceho softvéru a zmenou interných procesov bolo optimalizované riadenie výroby tepla, elektriny a PpS. „Centrálny riadiaci systém integruje nové aj pôvodné výrobné zariadenia Mt, a. s., a umožňuje monitorovať a riadiť výrobu elektriny a tepla z jedného miesta,“ vysvetľuje T. Rajčan. Je koncipovaný ako systém riadenia vyššej úrovne hierarchicky postavený nad úrovňou riadiacich systémov jednotlivých technologických celkov (PLC). Okrem primárnych funkcií riadenia a monitorovania obsahuje systém aj nadstavbové moduly pre energetické bilancie, plánovanie a optimalizáciu. Z hľadiska softvérovej platformy je centrálny riadiaci systém postavený ma technológii IPESOFT D2000®, ktorá predstavuje aplikačný server reálneho času kategórie SCADA/EMS. „Výhodou centralizovaného systému v porovnaní s oddelenými, ostrovnými riešeniami je práve synergický efekt, ktorý v konečnom dôsledku prináša prevádzkovateľovi podstatne viac výhod z hľadiska kontroly a prehľadu o prevádzke, ako aj rýchlejšiu návratnosť jeho investície,“ uvádza T. Rajčan. Komplexný systém prepája tri hlavné zložky. Je to príprava prevádzky, riadenie výroby a energetické bilancie.
Modul Príprava prevádzky
Zabezpečuje plánovanie a optimalizáciu prevádzky výrobných zariadení a jeho výstupom je diagram chodu jednotlivých zariadení na nasledujúcich 24 hodín. V prvom kroku systém vypočíta predikciu diagramu odberu tepla koncovými odberateľmi. Predikčný systém navrhuje množstvo tepla na základe predpovede počasia, historického správania odberateľov a modelu dynamiky horúcovodnej siete. Predikčný systém využíva pokročilé algoritmy umelej inteligencie kombinované so zjednodušenými fyzikálnymi modelmi výrobných zdrojov a horúcovodnej siete.
V druhom kroku systém prostredníctvom algoritmov matematickej optimalizácie vypočíta požadovaný celkový tepelný a elektrický výkon zariadení, ktorý je následne rozdelený na jednotlivé výrobné zariadenia. Hlavným optimalizačným kritériom plánovacieho algoritmu je maximalizácia ekonomického zisku pri dodržaní všetkých obmedzujúcich podmienok. Systém pri rozhodovaní zohľadňuje náklady na výrobu (palivá, aditíva) a emisné povolenky a cenu tepla a elektriny, ktorá sa líši v jednotlivých hodinách dňa.
Súčasťou plánovania je aj návrh optimálneho nastavenia ponuky podporných služieb a regulačnej elektriny. Podporné služby nakupuje prevádzkovateľ prenosovej sústavy (SEPS, a. s.) od poskytovateľov, aby zabezpečil prevádzkovú spoľahlivosť elektrizačnej sústavy. Certifikovaní dodávatelia služieb tak môžu využiť dodávku podporných služieb s vyššou pridanou hodnotou na ďalšie zhodnotenie ekonomickej návratnosti svojich výrobných zariadení.
Modul Riadenie výroby
Zabezpečuje monitorovanie a riadenie výroby v reálnom čase na základe kritéria maximálnej efektívnosti výroby a dodávky pri dodržaní všetkých technologických, zmluvných a environmentálnych obmedzení. „Riadenie pracovných bodov jednotlivých zariadení prebieha v automatizovanom režime na základe plánu výroby z modulu Príprava prevádzky. Systém neustále sleduje dodržiavanie zmluvných podmienok dodávky elektriny a podporných služieb a v prípade odchýlky od plánu automatizovane koriguje výrobný diagram elektriny,“ vysvetľuje prínosy tohto modulu T. Rajčan.
Z hľadiska regulácie dodávky tepla systém monitoruje výstupnú teplotu do horúcovodnej siete a automatizovane upravuje pracovné body zariadení na výrobu tepla. Aktivácia regulačnej elektriny zo strany SEPS môže spôsobiť nerovnováhu na strane dodávky a odberu tepla. Systém priebežne vyhodnocuje túto nerovnováhu a snaží sa zabrániť mareniu tepla aktiváciou nabíjacích a vybíjacích režimov akumulačnej nádrže.
Modul Energetické bilancie
Realizuje automatizovaný výpočet energetických bilancií v kvázi reálnom čase (15 min.) a poskytuje operatívny prehľad o účinnosti a ekonomike prevádzky výrobných zariadení. Systém umožňuje efektívne zjednotiť tisícky meraní spojených s výrobou tepla a elektriny do malého množstva súhrnných ukazovateľov s vysokou informačnou hodnotou, tzv. kľúčových ukazovateľov efektívnosti (KPI). Medzi hlavné KPI patrí účinnosť výroby elektriny, účinnosť výroby tepla, straty vo výrobe, straty v dodávke a pod. Modul zabezpečuje priebežnú vizualizáciu hodnôt všetkých hlavných ukazovateľov prostredníctvom dispečerských obrazoviek a upozorňuje na náhle zmeny, ktoré môžu signalizovať zvýšenie strát, nákladov, prekročenie emisných limitov alebo ohrozenie garantovanej kvality dodávky tepla a elektriny.
Inovatívnosť riešenia
„Centrálny riadiaci systém Mt, a. s., predstavuje unikátne riešenie, v ktorom sa podarilo prepojiť komplexné technológie výroby elektriny a tepla do jedného systému. Vďaka integrovanému riadeniu dodávky tepla, elektriny a PpS, ktoré obsahuje moduly plánovania, optimalizácie a riadenia v reálnom čase, možno maximalizovať ekonomický efekt z prevádzky,“ zhodnotil prínosy nového systému T. Rajčan. Moderné výrobné zariadenia, akými sú kogeneračné jednotky a akumulačné nádrže, umožňujú využiť ceny špičkovej elektriny a PpS a pružne reagovať na požiadavky denného a vnútrodenného trhu s elektrinou pri zabezpečení garantovaných parametrov v dodávke tepla odberateľom.
Súčasná energetika je charakterizovaná vysokou fluktuáciou cien všetkých komodít. „Vysoká miera neistoty na strane nákladových vstupov, najmä cien zemného plynu a emisných povoleniek predstavuje riziko, ktoré je však vyvážené príležitosťami na strane dodávky elektriny a regulačných služieb na krátkodobých troch,“ myslí si T. Rajčan.
Kvalitný riadiaci systém je preto kľúčovým nástrojom na optimalizáciu prevádzky moderných, flexibilných výrobných zariadení z pohľadu zabezpečenia kvality, spoľahlivosti a ekológie dodávky, ako aj z pohľadu manažovania rizík a príležitostí na trhu s energiami.
Konštruktívna spolupráca
Spolupráca medzi odborníkmi z Mt, a. s., a IPESOFT priniesla jedinečný koncept komplexného riešenia systému. „Nebolo žiadnou výnimkou, že pri spoločných poradách projektového tímu sedelo naraz v jednej miestnosti aj štyridsať odborníkov z rôznych profesií a zosúladiť všetky požiadavky vyžadovalo veľkú profesionalitu a know-how,“ konštatuje na margo spolupráce T. Rajčan. Odborníci z Mt, a. s., mali výbornú znalosť prevádzkovaných technológií teplárne, k čomu sa vhodným spôsobom pridali skúsenosti spoločnosti IPESOFT v oblasti riadiacich a informačných technológií pre energetiku. Výsledkom bol jednotný systém, ktorý zahŕňa prípravu prevádzky, SCADA riadenie prevádzky a aj online vyhodnocovanie prevádzky v podobe systému bilancií. Súčasťou systému je aj systém TASDR pre poskytovateľov PpS. Koncept jednotného a navzájom prepojeného systému umožňuje efektívnejšie optimalizovať výrobu, maximalizovať ekonomickú návratnosť a zároveň minimalizovať dosah na životné prostredie.
Flexibilita a prínosy moderného riešenia
Riešenie centrálneho riadiaceho systému sa opiera o overený koncept integrovaného riadenia obchodu a výroby elektriny a tepla (ROVET). Modulárna architektúra systému ROVET umožňuje selektívne nasadenie vybraných zložiek systému podľa potrieb konkrétnej spoločnosti. „Komplexné funkčné vlastnosti a škálovateľnosť predurčujú nasadenie centralizovaného riešenia aj v holdingových spoločnostiach, ktoré prevádzkujú výrobné zariadenia vo viacerých geograficky oddelených lokalitách. Výhoda centrálneho prístup k riadeniu, plánovaniu a optimalizácii výrobných aktív je v spoločnostiach prevádzkujúcich väčšie portfólio zdrojov ešte viac zvýraznená,“ vysvetľuje možnosti riešenia T. Rajčan.
Zmena z pôvodného paliva (uhlia) na zemný plyn spolu so zavedením novej technológie mala výrazný vplyv na kvalitu ovzdušia a životné prostredie v regióne. Emisie Mt, a. s., v podobe oxidov síry sa znížili o 268 000 kg, oxidov dusíka o 62 000 kg a oxidov uhlíka o 35 000 kg za rok [1]. Úspora prevádzkových nákladov, nové výrobné technológie a integrované IT systémy vytvárajú predpoklady na flexibilnú reakciu na vývoj a potreby trhu s teplom a elektrinou. Riadiaci systém holisticky prepája ekonomické aj ekologické benefity, čím priamo odzrkadľuje stratégiu Mt, a. s. Optimalizácia výroby má pozitívny vplyv na energetickú výťažnosť paliva a ďalšie súvisiace prevádzkové náklady. Znížené emisie prispievajú tiež k redukcii nákladov na emisné povolenky. Spomenuté faktory vytvárajú silný synergický efekt na ekonomické výsledky Mt, a. s., a jej spoločenskú zodpovednosť v regióne.
Plány do budúcnosti
Martinská teplárenská, a. s., prešla v predchádzajúcich rokoch zásadnou rekonštrukciou výrobných zdrojov. Do prevádzky boli uvedené tri kogeneračné jednotky a štyri horúcovodné plynové kotly, ktoré spolu s existujúcim kotlom na biomasu tvoria mix výrobných zdrojov spoločnosti. V súčasnosti sa prirodzene zameriava na optimalizáciu prevádzky s cieľom maximalizácie účinnosti. Napriek tomu sa Mt, a. s., naďalej snaží modernizovať svoje zariadenia tak, aby spĺňali najvyššie možné parametre v oblasti účinnosti aj v oblasti ochrany životného prostredia. S týmto cieľom bude v roku 2022 zrealizovaná denitrifikácia kotla na biomasu a inštalácia nového elektrostatického odlučovača, čoho výsledkom bude zníženie TZL. „V rokoch 2023 – 2024 čaká tepláreň rekonštrukcia chemickej úpravne vody, ktorá je predpokladom zlepšenia stavu distribučnej siete, ako aj realizácia projektu suchého odberu popolčeka za kotlom K4. Následne sa v rokoch 2024 – 2025 plánuje výmena parnej turbíny TG2 zapojenej za kotlom K4 na biomasu. V strednodobom horizonte budeme preverovať možnosti využitia slnečnej energie v kombinácii s vhodnou technológiou akumulácie energie,“ upresňuje víziu JUDr. Erik Štefák, generálny riaditeľ spoločnosti Martinská teplárenská, a. s., člena skupiny MH Teplárenský holding.
