Pośrednie (wskaźnikowe) metody kontroli eksploatacji

Krzysztof Wojas, Adam Szymała, Jan Penar
Energopomiar Sp. z o.o., Zakład Techniki Cieplnej
Pośrednie (wskaznikowe) metody kontroli eksploatacji
cel, podstawy teoretyczne, problem niepewności obliczeń,
możliwości w zakresie analiz energetycznych urządzeń
W energetyce polskiej metody pośrednie wyznaczania zu- l� planowane wskazniki zużycia energii chemicznej paliw na
życia energii chemicznej paliw są powszechnie stosowane przy
poszczególne rodzaje energii użytecznej oraz pomiarach
podziale paliwa na produkcję poszczególnych rodzajów energii,
wielkości wyprodukowanej energii użytecznej,
przy podziale energii chemicznej na poszczególne urządzenia,
l� bilanse energii i masy w układach wytwórczych,
a także w pracach związanych z kontrolą i poprawą efektywności
l� wytyczne normy PN-93/M-35500 [5], pozwalające na okre-
eksploatacji urządzeń.
ślenie zużycia energii chemicznej paliw łącznie i w rozbiciu
Ze względu na wprowadzone w ostatnim okresie uregulo-
na poszczególne rodzaje energii użytecznej,
wania prawne zwiększyła się rola metod pośrednich w proce-
l� wyznaczanie wskazników w warunkach bazowych i odchyłek
sach kontroli zużycia paliw i produkcji energii elektrycznej, me-
wskazników wynikających z różnic parametrów pracy urzą-
chanicznej, ciepła i chłodu w elektrowniach, elektrociepłowniach
dzeń w porównaniu do przyjętych warunków bazowych (np.
i ciepłowniach [1 4].
metoda TKE�).
Rozbudowane metody pośrednie często pozwalają na
Rodzaje metod pośrednich
podział energii chemicznej zużytych paliw na produkcję po-
szczególnych rodzajów energii użytecznej (zazwyczaj energii
Pod pojęciem pośrednich metod kontroli eksploatacji kryją
elektrycznej i ciepła wysyłanego na zewnątrz), z podziałem na
się często znacząco różne metody służące do wyznaczania
produkcję w skojarzeniu i poza skojarzeniem.
wielkości zużycia energii chemicznej paliw i kontroli pracy
Do najczęściej występujących metod podziału paliw na pro-
urządzeń. Metody te mogą być bardzo proste lub znacząco
dukcję energii elektrycznej i ciepła stosowane są metody:
rozbudowane.
l� fizyczna,
Metody cechujące się prostotą dają zwykle niewielką ilość
l� elektrowni równoważnej,
informacji przydatnych dla Służb Kontroli Eksploatacji (SKE),
l� tzw. własne, stanowiące połączenie metody fizycznej z metodą
niemniej przy prawidłowo prowadzonym nadzorze i dotrzyma-
elektrowni równoważnej.
niu odpowiednio wysokiego poziomu dokładności pomiarów
i obliczeń mogą być prostym i skutecznym narzędziem kontroli
zużycia paliw wyznaczanego metodami bezpośrednimi. Zaletą
Wymagania stawiane metodom pośrednim
prostych metod pośrednich jest możliwość uzyskania niskiego
poziomu niepewności otrzymanego wyniku zużycia energii che-
W związku z możliwością awaryjnego wykorzystania me-
micznej paliw, niemniej metody te nie pozwalają na wyciąganie
tod pośrednich kontroli eksploatacji do wyznaczania zużycia
wniosków na temat wpływu poszczególnych parametrów na
energii chemicznej paliwa, od metod tych wymaga się odpo-
wynik obliczeń.
wiednio wysokiej dokładności wyników obliczeń, przy możliwie
Metody rozbudowane oferują SKE szeroki zakres informacji
jak najmniejszym skomplikowaniu algorytmów obliczeniowych.
na temat pracy urządzeń oraz miejsc, przyczyn powstawania
Z drugiej zaś strony SKE oczekują od metod pośrednich moż-
i wielkości strat, a także o możliwościach ich obniżenia. Me- liwie jak najszerszej informacji o kontrolowanych procesach
tody te wymagają większej ilości pomiarów, lecz zawierając
wytwórczych.
zazwyczaj zaawansowane systemy walidacji pomiarów, można
Wobec powyższego metody pośrednie powinny być:
uzyskać niepewność obliczeń niższą niż w prostych metodach
l� poprawnie udokumentowane,
pośrednich.
l� odpowiednio nadzorowane,
Do najczęściej występujących pośrednich metod kontroli
l� na bieżąco aktualizowane,
eksploatacji pracy elektrowni, elektrociepłowni i ciepłowni zalicza
l� dokładnie przetestowane,
się metody wykorzystujące:
a także powinny zawierać możliwie pełen zestaw wyjaśnień do-
l� wyniki wyznaczania ilości ciepła z kotłów i strat ciepła w kotłach
tyczących przyczyn powstawania strat ciepła w analizowanych
(strat rozruchowych i sprawności energetycznej kotłów),
układach.
strona 46 www.e-energetyka.pl styczeń 2008
Coraz częściej od producentów oprogramowania służącego Przykładowe graficzne porównanie niepewności stoso-
do obliczeń z zakresu kontroli eksploatacji wymaga się certy- wanych metod pośrednich i bezpośrednich przedstawiono na
fikowania stosowanych systemów komputerowych i przejęcia rysunku 1.
odpowiedzialności za wyniki obliczeń, pod warunkiem dotrzy-
mania wymagań dotyczących dokładności i poprawności danych Metody pośrednie
wprowadzanych ręcznie oraz danych pobieranych z kompute- bazujące na wytycznych normy PN-93/M-35500
rowych systemów archiwizacji danych, nadzorowanych przez
Służby wytwórców energii [2], [6]. Najczęściej wykorzystywaną normą stanowiącą podstawę
opracowania algorytmów obliczeń metod pośrednich jest norma
PN-93/M-35500 [5].
Metody pośrednie a bezpośrednie
Norma ta określa następujące strefy bilansowe:
Każda metoda obliczeniowa, zarówno bezpośrednia, jak l� I strefę bilansową wytwarzanie ciepła w kotłach,
i pośrednia, charakteryzuje się niepewnością otrzymywanych l� II strefę bilansową straty ciepła w rurociągach i urządzeniach
wyników pomiarów lub obliczeń. pomocniczych,
Doświadczenie Energopomiaru wskazuje, że w przypadku l� III strefę bilansową wytwarzanie energii elektrycznej, cieplnej
rozliczeń zużywanych paliw (w Mg) metody bezpośrednie wy- i mechanicznej,
kazują się zwykle niższą niepewnością otrzymywanych wyni- l� IV strefę bilansową zużycie energii elektrycznej na potrzeby
ków niż metody pośrednie, odwrotnie niż w przypadku rozliczeń własne,
energii chemicznej zużywanych paliw (w GJ), gdzie metody po- a także definiuje szereg wskazników technicznych urządzeń.
średnie zazwyczaj cechują się niższą niepewnością.
W większości przypadków metody pośrednie i metody bez- Norma ta zamieszcza wytyczne niezbędne do obliczania
pośrednie charakteryzują się wzrostem niepewności wyników łącznego zużycia energii chemicznej paliw oraz w rozbiciu na
podczas rozliczeń za krótkie okresy. poszczególne rodzaje energii użytecznej, z podziałem na pro-
Przykładowymi zródłami znacznej niepewności wyników dukcję w skojarzeniu i kondensacji, z uwzględnieniem zasad
w krótkich okresach są: metody fizycznej i metody elektrowni równoważnej przy podziale
l� w metodach bezpośrednich z pośrednim etapem składowa- energii chemicznej zużywanych paliw.
nia paliw (metodach magazynowych) niepewności stanu
zapasów magazynowych i niepewność wartości opałowej
składowanych paliw, Metoda techniczno-ekonomicznej
l� w metodach bezpośrednich bez pośredniego etapu skła- kontroli eksploatacji TKE�
dowania paliw niepewność zapasu paliwa w zasobnikach
przykotłowych, Pierwsze wdrożenia metody techniczno-ekonomicznej
l� w metodach pośrednich inercja układu cieplnego urządzeń kontroli eksploatacji TKE� w Polsce wykonane przez ENERGO-
(stany nieustalone) oraz niepewności związane z uruchamia- POMIAR miały miejsce ponad 30 lat temu. Metodyka obliczeń
niem i odstawianiem urządzeń w przypadku braku systemów TKE� dotarła do Polski z Francji, a wcześniej stosowana była
pozwalających na bieżącą kontrolę start rozruchowych. w Stanach Zjednoczonych Ameryki. Metoda TKE� szybko stała
się popularna w sektorze energetycznym, obecnie wykorzy-
Przy porównaniu metod pośrednich i bezpośrednich nie stywana jest w niemalże wszystkich elektrowniach blokowych
można nie zauważyć powszechnego pomijania niepewności i w części elektrociepłowni zawodowych.
metod bezpośrednich stosowanych do rozliczania zużycia paliw. Przez cały ten okres metoda TKE� była doskonalona i roz-
W konsekwencji działanie to często prowadzi do fałszywych wijana, w szczególności pozwolił na to znaczny rozwój technik
wniosków na temat znacznej niepewności wyników obliczeń komputerowych i poprawa możliwości obliczeniowych systemów
metod pośrednich. komputerowych.
Rys. 1. Porównanie niepewności metod pośrednich i bezpośrednich
styczeń 2008 www.e-energetyka.pl strona 47
Oprócz klasycznych wymagań stawianych systemom bazowej wartości wskaznika bb0 (wartość minimalna w warun-
bazującym na rozbudowanych pośrednich metodach kontroli kach podstawowych) i szeregu odchyleń wskaznika Si. W me-
eksploatacji, tj.: todzie TKE� odchylenia wskaznika Si zostały historycznie po-
l� określaniu i kontroli zużycia paliw oraz stanu technicznego dzielone na:
urządzeń, l� odchylenia zewnętrzne - na które Służby eksploatujące urzą-
l� podziale energii chemicznej paliw na poszczególne urządzenia dzenia wytwórcze zwykle nie mają wpływu,
i rodzaje energii użytkowych, l� odchylenia wewnętrzne - na które Służby eksploatujące urzą-
l� wyznaczaniu strat energetycznych, systemy TKE� spełniają dzenia wytwórcze zazwyczaj mogą mieć wpływ.
szereg dodatkowych funkcji, przykładowo:
l� wspomagają kontrolę efektywności remontów urządzeń, Do zewnętrznych odchyleń wskazników na produkcję energii
l� prognozują wskazniki i parametry pracy urządzeń, elektrycznej zalicza się m.in.:
l� wspomagają optymalizację pracy urządzeń, l� przebieg obciążeń czynnych S11,
l� kontrolują i wyznaczają koszty odstawień i rozruchów urzą- l� przebieg obciążeń biernych S12,
dzeń, l� postoje planowane S13+14,
l� wspomagają kontrolę efektywności pracy brygad, l� temperatura wody chłodzącej S21,
l� wspomagają kontrolę poziomu oszczędności energii pier- l� temperatura powietrza do kotła S22,
wotnej w procesie produkcji ciepła i energii elektrycznej w l� wartość opałowa paliwa S32,
kogeneracji, l� zawartość wilgoci w paliwie S33,
l� określają straty wynikające z ekonomicznie nieoptymalnej l� zawartość popiołu w paliwie S34,
pracy zespołu urządzeń (np. z nieekonomicznego rozdziału l� pracę członu ciepłowniczego S41,
obciążeń, użycia chłodni do schładzania wody sieciowej). l� różnice charakterystyk turbin S43,
l� pracę chłodni wody sieciowej S44.
Metodyka techniczno-ekonomicznej kontroli eksploatacji
TKE�opiera się na obliczeniach bazowych wskazników zużycia Do wewnętrznych odchyleń wskazników na produkcję energii
energii chemicznej paliw na produkcję energii użytecznej (za- elektrycznej zalicza się m.in.:
zwyczaj energii elektrycznej i ciepła wysyłanego na zewnątrz) l� temperaturę wody zasilającej S51,
i ich odchyleń. Ilustrację graficzną obrazującą zasady obliczeń l� zanieczyszczenie kotła S52,
wskazników w metodzie TKE� na przykładzie jednostkowego l� nieszczelność komory paleniskowej i kanałów spalinowych S53,
wskaznika zużycia energii chemicznej paliwa na produkcję l� zmianę charakterystyki turbiny w wyniku starzenia się i re-
energii elektrycznej przedstawia rysunek 2. montów S54,
Wyjaśnioną wartość wskaznika w warunkach rzeczywistych l� zanieczyszczenie skraplacza S55,
bbw otrzymuje się poprzez wyznaczenie i dodanie do siebie l� nieszczelność skraplacza S56,
Rys. 2. Zasady obliczeń wskazników w metodzie TKE�
strona 48 www.e-energetyka.pl styczeń 2008
l� wpływ strat czynnika na bilans cieplny turbiny S57, l� kontroli wartości danej w przewidzianym dla niej zakresie
l� pracę chłodni kominowych S58, weryfikacyjnym,
l� przechłodzenie kondensatu S59, l� kontroli wartości danej w zestawieniu z wartościami innych
l� zawartość części palnych w odpadach paleniskowych S61, wielkości,
l� zawartość tlenu w spalinach S62, l� przeprowadzeniu rachunku wyrównawczego dla zespołu
l� temperaturę spalin S , wielkości,
62
l� spalanie niezupełne S63, l� wykorzystaniu sieci neuronowych.
l� ciśnienie pary świeżej S71,
l� temperaturę pary świeżej S72,
l� temperaturę pary wtórnie przegrzanej S73, Przykładowe problemy występujące przy
l� spadek ciśnienia w przegrzewaczu pary wtórnie przegrza- wdrażaniu metod pośrednich
nej S74,
l� zużycie ciepła na potrzeby własne S8, W przypadku obecnie spotykanych w energetyce pośrednich
l� postoje nieplanowane S91+92, metod kontroli eksploatacji głównymi przyczynami występowania
l� schładzanie pary wtórnie przegrzanej S94, zbyt dużych rozbieżności lub zbyt dużej niepewności wyników
l� występowanie strat pary i wody S10. są zwykle:
l� pominięcia lub znaczne uproszczenia metod obliczeniowych
W celu analizy przyczyn powstawania strat zwykle wyma- (np. przyjęcie stałych sprawności energetycznych urządzeń
gane jest sumowanie odpowiednich odchyleń wzajemnie ze itp.),
sobą skorelowanych. Odchylenia mogą być zarówno dodatnie l� brak aktualizacji charakterystyk urządzeń związanych z prze-
jak i ujemne (poniżej przyjętego poziomu odniesienia). Mogą prowadzanymi remontami i starzeniem się urządzeń,
być wyrażone w jednostkach fizycznych i monetarnych, np. w l� znaczące i mające wpływ zmiany w układzie technologicznym
kJ/kWh, zł/kWh lub zł (dla energii elektrycznej) lub w MJ/GJ, wytwórców energii.
zł/GJ lub zł (dla ciepła i chłodu).
Ze względu na fakt, iż systemy TKE� bazują na obliczaniach Podczas opracowywania algorytmów obliczeń i wdrażania
wg wytycznych normy PN-93/M-35500 [5], poza wyżej wymie- systemów kontroli eksploatacji na bazie metod pośrednich do
nionymi wielkościami charakterystycznymi dla metody TKE� najczęściej występujących problemów należą:
realizują obliczenia m.in.: l� niedostateczna baza pomiarów będąca przyczyną ogranicze-
l� produkcji energii elektrycznej i ciepła w skojarzeniu oraz nia zakresu obliczeń,
kondensacji, l� znaczna niepewność lub błędy danych wejściowych wykorzy-
l� udziału skojarzenia, stywanych w obliczeniach,
l� wskaznika skojarzenia, l� problem z dostępnością, a także z zakresem obowiązywania
l� wskaznika zużycia energii elektrycznej na potrzeby własne, i aktualnością charakterystyk korekcyjnych urządzeń i cha-
l� wskaznika zużycia energii chemicznej paliwa na produkcję rakterystyk strat rozruchowych,
energii elektrycznej netto oraz odchyleń tego wskaznika z po- l� problem z wyznaczeniem strat ciepła związanych z wysyła-
działem na układ spalinowo-powietrzny, młynowy, wody niem ciepła na zewnątrz,
zasilającej, wody sieciowej, układ wzbudzenia i pozostałe l� niski poziom automatyzacji,
urządzenia potrzeb własnych, l� wysoki stopień automatyzacji oraz wdrożenia wielu rozwią-
l� sprawności kotłów i strat ciepła w kotłach, zań akpia dla poszczególnych węzłów technologicznych bez
l� jednostkowego zużycia ciepła przez turbinę, przeprowadzenia skutecznej optymalizacji całego procesu
l� jednostkowego zużycia pary przez turbinę, powodujące częste ingerencje operatorów.
l� strat czynnika w obiegu wodno-parowym,
l� zużycia ciepła na potrzeby własne, Głównymi problemami występującymi podczas eksploatacji
l� wskaznika zużycia energii elektrycznej na pompowanie wody metod pośrednich są:
sieciowej l� problem z jednoznaczną interpretacją wyników obliczeń,
l� spiętrzeń temperatur, stref podgrzania, współczynników l� problem z jednoznacznym wytłumaczeniem powstających
przenikania ciepła i przechłodzenia skroplin (kondensatu) różnic miedzy różnymi metodami obliczeniowymi,
w wymiennikach ciepłowniczych, regeneracyjnych oraz l� problem z pozyskaniem wiarygodnych danych wejściowych
skraplaczach, do obliczeń.
l� nieszczelności paleniskowych kotłów i podgrzewaczy po-
wietrza, Kolejnym problemem, który wiąże się ze stosowaniem metod
l� współczynników ubytków mocy na skutek poboru pary do pośrednich, jest okresowa zmienność obowiązujących norm.
celów produkcji ciepła, Obecnie zaleca się prowadzenie obliczeń sprawności kotłów
l� innych wielkości lub wskazników obliczanych na indywidualne na podstawie wytycznych normy PN-EN 12952-15:2006 [7],
życzenie użytkowników. natomiast dla obliczeń związanych z turbiną parową zaleca się
stosowanie wytycznych normy PN-EN 60953-2 [8].
Dane wejściowe wykorzystywane w obliczeniach są walido- Zdiagnozowanie i świadomość występowania wcześniej
wane. W zależności od analizowanej wielkości i występujących przedstawionych problemów daje możliwość ich eliminacji i/lub
możliwości, walidacja może opierać się na: minimalizacji ich wpływu.
styczeń 2008 www.e-energetyka.pl strona 49
Wnioski i podsumowanie
W ostatnich latach znacząco zmieniły się obszary wyko-
rzystania wskaznikowych (pośrednich) metod kontroli eks-
ploatacji. Ze względu na obowiązujące wymagania prawne
dotyczące monitorowania emisji CO2 i rozliczania energii
zielonej i czerwonej wzrosło znaczenie metod pośrednich
jako metod kontrolnych, pomocniczych i awaryjnych.
Różnorodność metod pośrednich pozwala na wybór
odpowiednich metod dla wymaganych zastosowań, począw-
szy od prostych metod dla kontroli zużycia paliw w całych
jednostkach wytwórczych, do rozbudowanych, dokładnych
metod pośrednich wykorzystywanych przez Służby Kontroli
Eksploatacji dla bieżącej i okresowej kontroli pracy urządzeń
oraz do podziału energii chemicznej paliw na poszczególne
rodzaje ciepła użytkowego i urządzenia wytwórcze.
W zależności od obszaru zastosowań metody pośred-
nie mogą charakteryzować się mniejszą niepewnością
wyników obliczeń niż metody bezpośrednie. Dysponowanie
odpowiednio bogatą bazą dokładnych pomiarów, a także
wiedza Służb Kontroli Eksploatacji w zakresie założeń
stosowanych metod i algorytmów obliczeniowych oraz do-
świadczenie i znajomość uwarunkowań eksploatacyjnych,
pozwalają na szerokie zastosowanie pośrednich metod
kontroli eksploatacji prowadzące do poprawy efektywności
i obniżenia kosztów eksploatacji urządzeń.
LITERATURA
[1] Wojas K.: Metody wskaznikowe (pośrednie) kontroli eks-
ploatacji cel, podstawy teoretyczne, problem niepewności
obliczeń, możliwości w zakresie analiz energetycznych urzą-
dzeń. Konferencja szkoleniowa Kogeneracja wysokospraw-
na, energia zielona, emisja CO2 wymogi, metodyka i kon-
trola eksploatacji w ujęciu praktycznym . ENERGOPOMIAR
Sp. z o.o., listopad 2007
[2] Owsianka B., Pawłowska J., Penar J., Procyk H.: Certyfika-
cja kompleksowego systemu bilansowania i nadzoru nad
eksploatacją metodą TKE� w PKE S.A. Elektrowni Jaworz-
no III. Energetyka 2006, nr 10
[3] Rozporządzenie Ministra Środowiska z dnia 12 stycznia
2006 r. w sprawie monitorowania wielkości emisji substancji
objętych wspólnotowym systemem handlu uprawnieniami do
emisji, wdrażająca zapisy Decyzji Komisji nr 2004/156/WE
(Dz.U. nr 16, poz. 124)
[4] Rozporządzenie Ministra Gospodarki z dnia 26 września
2007 r. w sprawie sposobu obliczania danych podanych we
wniosku o wydanie świadectwa pochodzenia z kogeneracji
oraz szczegółowego zakresu obowiązku uzyskania i przed-
stawienia do umorzenia tych świadectw, uiszczania opłaty
zastępczej i obowiązku potwierdzania danych dotyczących
ilości energii elektrycznej wytworzonej w wysokosprawnej
kogeneracji (Dz.U. nr 185, poz. 1314)
[5] Polska Norma PN-93/M-35500 Metodyka obliczania zu-
życia paliwa do wytwarzania energii elektrycznej, cieplnej
i mechanicznej
[6] Komarzyniec M., Rzeczkowski E.: Badanie jakości pracy
układów automatycznej regulacji bloków w elektrowniach.
Energetyka 2007, nr 4
[7] Polska Norma PN-EN 12952-15:2006 Kotły wodnorurowe
i urządzenia pomocnicze część 15: Badania odbiorcze
[8] Polska Norma PN-EN 60953-2 Wymagania dotyczące
cieplnych badań odbiorczych turbin parowych

Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
50 metody kontroli i oceny
METODY KONTROLI I NORMY OCENY PROCESOW WZRASTANIA(2)
metodyka kontroli srodków ochrony indywidualnej2
METODY POBIERANIA PRÓBEK DO CELÓW URZĘDOWEJ KONTROLI
METODY BIOLOGICZNE W KONTROLI JAKOŚCI WODY
Wskaźniki niezawodnościowe i eksploatacyjne krajowych bloków energetycznych
materialy metodyczne do i pracy kontrolnej
Wyk? 4 Wybrane metody optymalizacji?ektywno ci proces w w zapewnieniu kontroli jako ci
Metody chromatograficzne w kontroli składu i jakości żywności
Bezposrednia a posrednia kontrola sadowa
04 wskazniki efektywnosci eksploatacji statkow powietrznychidR25
metody rozcienczenia wskaznika

więcej podobnych podstron

Pośrednie (wskaźnikowe) metody kontroli eksploatacji –