Primárnou úlohou prevádzky je znížiť tlak vody stekajúcej z hôr tak, aby sa dala upraviť v čističke. V praxi to znamená, že musia znížiť tlak z 1100 libier na štvorcový palec (psi) na 35 psi.

Vedľajším produktom znižovania tlaku vody v prevádzke Manitou je výroba elektrickej energie. Elektrická energia sa vyrába pri poklese vody v horských nádržiach cez potrubie do vodnej elektrárne. Voda s vysokým tlakom prechádza cez turbínu, ktorá poháňa generátor elektrickej energie.

V súčasnosti spoločnosť generuje každoročne až 100 000 MW energie z obnoviteľných zdrojov pomocou svojich štyroch vodných elektrární. Vyrobený objem predstavuje šesť percent mestskej spotreby. CSU postupne tento podiel zvyšuje v súlade so štátnym vyhlásením, podľa ktorého by malo do roku 2015 pochádzať minimálne 10% energie z obnoviteľných zdrojov.

Posun od fosílnych palív k obnoviteľnej energii nielen pomôže splniť požiadavky štátu, ale rieši aj rastúce náklady na pohonné hmoty. Vodná elektráreň Manitou v dnešnej dobe vyrobí 1 MW elektrickej energie za 4 doláre. Výroba rovnakého množstva energie pomocou dvoch mestských uhoľných elektrární stojí 12 dolárov, plynová elektráreň rovnaké množstvo vyrobí za 90 dolárov. Aby mohla spoločnosť využiť kompletný potenciál vodnej energie, bolo potrebné definovať kľúčové oblasti vodných elektrární: systémovú dostupnosť a udržateľnosť.

Ďalšia prevádzka CSU, ktorá sa musí spoliehať na postaršie vybavenie s vysokou chybovosťou, sa nachádza v meste Ruxton. Údržbári museli niekedy až trikrát mesačne vycestovať ozubnicovou dráhou do Pikes Peak a riešiť chybné zariadenia. Hoci tieto služobné cesty pôsobili scénicky, ziskové určite neboli. Cesta do Manitou trvala 20 minút. Ďalšie dve a pol hodiny trval presun do vzdialenej vodnej elektrárne v Manitou. Po príchode na prevádzku museli technici najprv diagnostikovať zariadenie, nájsť prípadné problémy a zabezpečiť opravu chybných dielov. Niekedy si poruchy vyžiadali viacnásobné návštevy v úbočí, prestoje sa vtedy predĺžili na dni.

„V našich vodných elektrárňach sa nachádzajú staršie DCS ­systémy od rôznych výrobcov. Máme problém na ne nájsť náhradné ­diely. „ povedal Brent Richardson, riaditeľ závodu Colorado Springs Utilities. Rozdielne riadiace systémy si vyžadovali rozdielne zásoby náhradných dielov a dva rozdielne prístupy servisu a údržby.

Spoločnosť CSU si dala za cieľ zvýšiť objem výroby obnoviteľnej energie zlepšením dostupnosti systému vo vodných elektrárňach Manitou a Ruxton, kde sa pohybovala niečo nad 50% percentami. Horšie však vplývali 20-percentné neplánované výpadky, ktoré boli ešte nákladnejšie na údržbu. Operátori nemohli vzdialene pristupovať k vodným elektrárňam z centrály. Boli nútení fyzicky cestovať na prevádzku a museli manuálne posúdiť príčinu každej odstávky. Takéto odstávky mali v lepšom prípade za následok niekoľkohodinové prestoje. V tom horšom sa jednalo o výpadok produkcie na niekoľko dní.

Ak z nejakého dôvodu nemohla spoločnosť splniť potreby obyvateľov, museli nakupovať energiu na voľnom trhu. Cena energie je samozrejme závislá od ponuky a dopytu. Keďže sa mimoriadne udalosti vyskytovali často v špičkách, tak bola nakúpená energie nadmerne drahá. Vodné elektrárne generujú iba malú časť elektriny pre mesto, no CSU chce mať kontrol nad každým kilowattom energie a nechce nakupovať energiu z voľného trhu.

B.Richardson pracuje v oblasti energetiky už viac ako 25 rokov a staré DCS systémy používané na riadenie vodných elektrární dobre poznal. No nechcel iba jednoducho nahradiť starý ­systém novším modelom. Jeho cieľom bola štandardizácia. Výhodu ­videl v jednej riadiacej architektúre pre všetky operácie v CSU. Prednedávnom modernizovali svoju prevádzku na výrobu energie v mestečku Birdsall. Ako riadiaci systém použili PlantPAx od Rockwell Automation. Richardson veril, že táto platforma je ideálna aj pre vodné elektrárne.

„Spoločnosť Rockwell Automation nám poskytla kompletné systémové špecifikácie pre Birdsall, zmapovala celú architektúru, ­pomocou ktorej mohli automatizovať všetky kľúčové funkcie zariadení,“ dodal B.Richardson. Bola to jedna z najrýchlejších a najčistejších inštalácií, akej som bol kedy svedkom.

Na základoch úspešnej rekonštrukcie v Birdsall sa CSU rozhodla modernizovať vodné elektrárne systémom PlantPAx. Proces modernizácie začali na najvzdialenejšej prevádzke, v Ruxtone. Následne pokračovali s migráciou riadiaceho systému na najstaršej prevádzke v Manitou.

Celú inštaláciu uskutočnili zamestnanci CSU, pretože chceli lepšie pochopiť nový systém PlatnPAx, vrátane prevádzkovania, udržiavania a opráv. „Tradiční DCS dodávatelia nám neposkytli možnosť vlastnej inštalácie riadiaceho systému – vlastný kód a konfigurácia je príliš zložitá,“ dodal B.Richardson. Inštaláciu sme jednoducho vykonali sami vďaka modularite systému PlantPAx, čo bolo dôležité pre naše rozhodnutie štandardizácie platformy.“

Súčasťou systému PlantPAx boli programovateľné automaty Allen-Bradley® ControlLogix nachádzajúce sa na každom generátore v elektrárni. ControlLogix posiela cenné diagnostické dáta cez EtherNet/IP do základne na úpätí hory a späť do ControlLogix v Birdsal. Softvér FactoryTalk® AssetCentre od Rockwell Automation integruje všetky HMI rozhrania a údaje z vodných jednotiek do jednej vizualizácie. Operátori môžu potom monitorovať a upravovať systémové premenné (tlak vody, parametre regulátora a pod.) z pohodlia kancelárie v prevádzke Birdsall. Vyhodnocovaním diagnostických informácií, napríklad z I/O modulov a periférií, môžu operátori v prípade potreby vzdialene riešiť systémové problémy.

Starý riadiaci systém v Manitou a Ruxten sa pred modernizáciou „zotavoval“ z nútenej odstávky aj viac ako tri dni. Po migrácii na systém PlantPAx sa dostupnosť prevádzok vyšplhala takmer na 100 %. Operátori teraz vzdialene monitorujú každú vodnú elektráreň a pomocou diagnostiky dokážu odhaliť problém ešte pred tým ako vôbec nastane.

„Ak je už údržba nevyhnutná, môžeme analyzovať situáciu ­priamo z Birdsall, pripravíme všetky potrebné náhradné diely a počas výpadku energie presmerujeme vodu do jednej z fungujúcich ­vodných staníc,“ rozpráva B.Richardson. „Vďaka PMA od Rockwell Automation a štandardizovanej riadiacej architektúre sme zosúladili postupy údržby. Máme okamžitý prístup k náhradným dielom a môžeme zdieľať zásoby v rámci celej organizácie."

Jedna hodina prestojov stojí spoločnosť 100 dolárov. Zvýšením ­dostupnosti spoločnosť ušetrila 50 000 dolárov ročne na prevádzke a údržbe.

Teraz dokážu optimalizovať výrobu obnoviteľnej energie pomocou identifikácie najvyššej účinnosti vodných jednotiek. Keďže tlak vody kolíše podľa prístupnosti vodných jednotiek na kopci, nástroj pomôže pri výbere najlepšej vodnej cesty pre daný okamih. Pred modernizáciou spoločnosť vyrábala tri percentá energie z vodných zdrojov, aj to len v prípade že všetky vodné elektrárne fungovali. Dnes CSU spoľahlivo produkuje šesť percent a je na najlepšej ceste splniť štátom definovaný limit na 10 % ešte pred rokom 2015.

Po inštalácii systému PlantPAx má spoločnosť väčšiu slobodu pri vytváraní energie z obnoviteľných zdrojov. Svoju pozornosť môžu presunúť od údržby k vodným zdrojom. Zvýšená dostupnosť a udržateľnosť vodných elektrární Manitou a Ruxton pomáha vyrábať viac energie z obnoviteľných zdrojov a dodáva spoľahlivú a bezpečnú elektrickú energiu pre Colorado Springs. Ďalším krokom bude modernizácia starého DCS systému na vodnej elektrárni Tesla s ­cieľom zdokonaliť výrobu energie a dodávať mestu čistú energiu.


-mk-