16. Интеллектуальное регулирование энергоэффективностью

Интеллектуальное управление и регулирование энергоэффективностью электростанций в реальном времени обязательно подразумевает наличие Разума, основным элементом которого является база Знаний или память [49]. Разум, извлекая из базы Знаний необходимую технологическую информацию, быстро обеспечивает принятие оптимальных решений по загрузке работающего оборудования, обеспечивая выполнение графика поставки электроэнергии и тепла.

Управление энергоэффективностью ориентировано на минимизацию затрат топлива при нулевом его перерасходе. В данном случае поставленная задача по минимизации затрат топлива обязательно решается в двух аспектах: текущая оптимизация ресурсов и текущий контроль за перерасходом топлива. Для оптимизации ресурсов приемлемым является получасовой интервал, а для контроля над перерасходом топлива должен быть минутный интервал.

Таким образом, управление энергоэффективностью включает три процесса:

1) Оперативный учёт перерасхода топлива с мониторингом аналитики на БЩУ (блочный щит управления) электростанции;

2) Оптимизация загрузки оборудования с критерием минимизации расхода топлива и обучение интеллектуального механизма, т.е. заполнение базы Знаний;

3) Использование интеллектуального механизма для управления электростанцией и для прогнозирования закупки топлива.

В начале определимся с двумя понятиями: 1) Оптимизация загрузки оборудования с целью минимизации расхода топлива; 2) Правильный текущий расчёт перерасхода топлива с целью его полной ликвидации.

Первое определяет наше желание, которое базируется на нормативах. Второе фиксирует то, что действительно получается, т.е. определяет отклонение факта от норматива. В процентном выражении экономии топлива: первое даёт 3%, а второе 10%. Естественно, при совместной реализации оптимизации ресурсов и оперативного контроля за перерасходом топлива возможна его экономия на 13%.

А сейчас подробнее об этих трёх взаимосвязанных процессах управления.

1) Оперативный учёт перерасхода топлива является базовым процессом интеллектуального управления энергоэффективностью электростанций, т.к. без достоверной текущей информации вообще невозможно правильное управление в реальном времени. Данный процесс с минутными интервалами предоставляет в мониторинге на БЩУ всю необходимую аналитику по перерасходу топлива и по другим расчётным ТЭП.

Эксплуатационный персонал, имея перед глазами постоянную текущую информацию по перерасходу топлива, управляет технологией таким образом, чтобы обеспечить выполнение графика поставки электроэнергии и тепла при нулевом перерасходе топлива.

2) Оптимизация загрузки оборудования и обучение интеллектуального механизма определяет само текущее ручное управление электростанцией эксплуатационным персоналом на основе его опыта и регламентаций. В данном случае оптимизация даёт лишь только отправную точку при смене технологических режимов: день и ночь. Последующее же корректирующее управление осуществляется по текущей информации по перерасходу топлива.

Обучение интеллектуального механизма, а именно, заполнение базы Знаний технологической информацией осуществляется при достижении нулевого перерасхода топлива. В данном случае в базе Знаний фиксируется весь технологический срез.

3) Использование интеллектуального механизма для управления и прогнозирования определяет наивысшую инновационную автоматизацию управления производством электроэнергии и тепла на электростанции. В данном случае уже не требуется высококвалифицированный опыт и точные регламенты для загрузки оборудования. Всю необходимую информацию, как для текущего управления, так и для прогнозирования подскажет обученный интеллектуальный механизм.

Все выше описанные процессы настолько просты и очевидны, что диву даёшься, почему же возникает огромное их непонимание со стороны Генерирующих компаний и Минэнерго РФ. Почему Генерирующие компании идут на увеличение тарифов вместо того, чтобы с помощью Беззатратной Технологии на Системе Smart-MES снижать свои производственные затраты и в первую очередь неконтролируемый перерасход топлива, которое постоянно дорожает и будет дорожать?

Видимо, в этом бездарном и равнодушном отношении к инновациям и заключается самый порочный менталитет России, который сильно отличается, например, от Японии. Менеджменту Генерирующих компаний лень даже вникнуть в суть вопроса, а бюрократы Минэнерго РФ вообще отмахиваются, как от назойливых мух.

Но вода камень точит. Поэтому мы будем настойчиво доказывать и Генерирующим компаниям, и МИНЭНЕРГО РФ все инновационные преимущества нашей Беззатратной Технологии увеличения энергоэффективности электростанций на основе интеллектуального управления на Системе Smart-MES.

Получасовая оптимизация ТЭП электростанций

На электростанциях затраты на топливо по своему удельному содержанию в себестоимости электроэнергии и тепла являются основными. Они составляют как правило до 50-60% всех затрат. Затраты на топливо зависят от количества израсходованного топлива и его цены. Если цена топлива является следствием рыночных отношений, то количество израсходанного топлива для выработки заданного количества тепловой и электрической энергии всецело зависит от качества функционирования электростанции.

Одним из путей увеличения эффективности электростанций является оптимизация загрузки оборудования для выполнения плана по выработке электроэнергии и тепла с минимизацией расхода топлива. Здесь следует иметь ввиду, что электростанция обязательно должна иметь резервы мощности по выработке тепловой и электрической энергии. Т.е., если электростанция работает на максимальной мощности, то говорить об оптимизации вообще бессмысленно. Но электростанция должна иметь резервы, иначе, в случае выхода из строя оборудования, она сорвёт выполнение плана, а это повлечёт за собой огромные финансовые потери. К тому же необходимо учитывать и плановые ремонты оборудования.

На всех электростанциях, как правило, установлено разнотипное оборудование, особенно это касается турбоагрегатов. Одни турбины предназначены только для выработки электроэнергии, другие для электрической и тепловой энергии, но с разными соотношениями по эффективности. Для оптимизации топливных ресурсов более подходят электростанции с поперечными связями, т.е. ТЭЦ.

Оптимизация на электростанциях нужна при прогнозировании и для принятия решений. Но если прогноз, это всего лишь прогноз, то при переходных процессах необходимо оперативно принимать оптимальные решения. Переходные процессы, т.е. переход производства из одного устойчивого состояния в другой на электростанциях возникают постоянно: то выйдет из строя какое-либо оборудование, то поменяется внешняя ситуация на рынке тепла и электроэнергии.

Ниже приведена схематическая модель линейной получасовой оптимизации для 3-х котлов и 2-х турбин, реализуемая Симплексным методом, который встроен в Систему Smart-MES.

K11X1 + 0 + 0 < Q1
0 + K22X2 + 0 < Q2
0 + 0 + K33X3 < Q3
K41X1 + K42X2 + K43X3 < Э1
K51X1 + K52X2 + K53X3 < Э2
K61X1 + K62X2 + K63X3 < T1
K71X1 + K72X2 + K73X3 < T2
K81X1 + K82X2 + K83X3 > Э
K91X1 + K92X2 + K93X3 > T
X1 + X2 + Х3 -> MIN

где: X1,X2,X3 - затраты топлива котлами
Q1,Q2,Q3 - производство пара котлами
Э1,Э2 - выработка электроэнергии турбинами
T1,T2 - отбор теплоэнергии от турбин
Э - отпускаемая электроэнергия
T - отпускаемая теплоэнергия
Kij - коэффициенты

Получасовая оптимизация ТЭП обеспечивает наилучшее управление производством электростанции с минимизацией затрат топлива, а следовательно с максимизацией прибыли.

Идеальная Система для электростанций

В начале своего повествования посмотрел в Интернете, что пишут об идеальных Системах, и хотел, уж было нахваливать нашу разработку, но решил этого не делать по одной причине. Вопрос, где работает ваша чудо-программа, валит наповал. Похвастать нечем. И отговорка, что она новая, не убеждает.

Тогда решил зайти с другой стороны. А именно, что нужно Генерирующим компаниям от автоматизации расчётов ТЭП? Во всех ТЗ к конкурсам звучит одно - это оперативность информации о работе оборудования, ну и оптимизация ресурсов.

Я осмелюсь высказать своё крамольное мнение. Всем Генерирующим компаниям от внедрения любой автоматизации нужна только прибыль. В данном случае ТЗ на разработку и внедрение Системы по расчёту ТЭП должен составлять не специалист по программному обеспечению, а технолог. Ведь, в конечном итоге, руководству Генерирующей компании, а тем более акционерам, абсолютно не важно, каким путём достигнут положительный эффект. Они всё равно воспринимают любую Систему, как «чёрный ящик». Так зачем же в ТЗ выставлять массу академических требований, понятных только программистам, которые не определяют главную суть, т.е. необходимую прибыль. Ведь декларация оптимизации не означает, что данная оптимизация действительно принесёт эту прибыль.

Если бы расчёты ТЭП на MS Excel приносили хоть какую-нибудь прибыль, то у Генерирующей компании вообще не возникло бы желание автоматизировать труд группы учёта ПТО.

Когда в ТЗ академически написано, что должно быть так-то и так-то, тогда как быть с инновационным подходом. Ведь на то они и инновации, что в корне меняют привычное мировоззрение. И правильно воспринять это с лёту не возможно, для этого должны быть просто иные мозги. Так не лучше ли автоматизацию воспринимать просто через призму прибыли. А системные специалисты должны анализировать готовую Систему на демонстрационной версии. И наличие её должно быть основным требованием в ТЗ. Но если у исполнителя нет даже демонстрационной версии, хотя и при множестве внедрений, тогда тут не только не пахнет инновациями, но не пахнет и прибылью.

А сейчас о технологии верхнего уровня Генерирующей компании. Электростанции передают на верхний уровень множество данных, даже в одном макете 15506-1 их 121 [36]. Электростанции передают и расчёты в MS Excel. В одном ТЗ так и было указано, что в Генерирующей компании должны быть подобные Системы расчётов ТЭП с синхронизацией ввода данных. Что это, недоверие электростанциям? А может быть, Генерирующая компания сможет улучшить производство на электростанции задним числом?

На самом деле должно быть всё очень просто. На верхний уровень в реальном времени от каждой электростанции должны передаваться текущие получасовые значения нескольких показателей: Выработка (отпуск) электроэнергии, теплоэнергии в виде пара и горячей воды, затраты топлива. Эти показатели в реальном времени должны сравниваться с графиком поставок электроэнергии и теплоэнергии, а, самое главное, с графиком потребления топлива. График получасовых затрат топлива составляется интеллектуальными возможностями Системы из условия отсутствия перерасхода топлива и оптимальных загрузок оборудования.

В Генерирующей компании по каждой электростанции установлен монитор с этими текущими показателями. Факт отклонения от графика какого-либо показателя - мотивация в реальном времени выяснить причину. Выполнение графика поставки электроэнергии и теплоэнергии при строгом соблюдении графика потребления топлива и является залогом энергоэффективности всех электростанций генерирующей компании.

А сейчас посмотрим на нашу разработку Smart-MES: денег на внедрение - мизер, экономический эффект - громаден, кругом - сплошные инновации. Вот это и есть идеальная Система!

Электроэнергетика застряла между MS Excel и MES

Положение электростанций в иерархии степеней автоматизации расчётов ТЭП обязательно должно рассматриваться с двух позиций: непосредственно уровень автоматизации и размер прибыли, получаемый от этой автоматизации. Но если уровень автоматизации электростанций находится где-то между MS Excel (электронная таблица) и MES-Системой (Manufacturing Execution System, производственная исполнительная система), то размер прибыли на всех электростанциях находится просто на уровне MS Excel, т.е. абсолютно нулевой. В данном случае MS Excel соответствует самому низшему допотопному уровню автоматизации, а MES имеет наивысший и приоритетный уровень, до которого не доросла пока ещё ни одна электростанция в России.

Таким образом, электроэнергетика как бы стоит на раскоряку, т.е. одной ногой, в части уровня автоматизации, она немного уходит от MS Excel, но другая нога, в части прибыли, продолжает топтаться на уровне MS Excel. И чем дальше одна нога удаляется от другой, тем больше неустойчивости в этой дурацкой позе. Смешно и грустно это наблюдать со стороны. Казалось бы, чего проще, переместиться сразу обеими ногами на уровень MES, и, пожалуйста, устойчивость достигнута.

Здесь вам и наивысший уровень автоматизации со всеми прелестями MES: лёгкая адаптация, высокая скорость расчётов, оптимизация ресурсов, оперативная аналитика, интеллектуальные возможности. Но здесь ещё и достойная ежегодная прибыль в 300 миллионов рублей в среднем по каждой тепловой электростанции за счёт полной ликвидации 10% перерасхода топлива, о котором сейчас даже никто и не подозревает.

В чём же причина такой отсталости и недальновидности? Да всё очень просто. Менеджмент Генерирующих компаний, отвечающий за IT, очень хорошо усвоил принципы системотехники, но ничего не понял в вопросах экономики, т.к. до реорганизации электроэнергетики она ему была просто не нужна. Но сейчас то пора бы и одуматься и перестать впихивать в электростанции системы, не приносящие прибыль.

Абсолютно понятно, что просто внедрение MES-Системы никакой прибыли не принесёт. Для этого должно быть внедрение именно и только Технологии на базе Smart-MES. Технология же подразумевает, что сама электростанция обязательно желает иметь прибыль и с самого начала сама активно участвует во внедрении Системы, имея при этом, естественно, двойную нагрузку, т.к. необходимо одновременно эксплуатировать старые методы расчёта ТЭП и осваивать и продвигать новые.

Был у нас плачевный опыт на одной ТЭЦ, когда после второго этапа по адаптации отдельных задач, нами было предложено группе учёта ПТО протестировать эти задачи, пока они не завязаны в Систему. На что руководство ПТО нам заявило, что будет проверять всю Систему только в целом. В этом проявилось абсолютное нежелание электростанции заранее «пощупать» Программу.

Когда же вся Система была готова, и было проведено тестирование и обучение, то оказалось, что самостоятельно девочкам из ПТО поработать с Системой времени не осталось, так как сроки по договору подошли к завершению. На наше же предложение о продлении договора с целью отработки всех ситуаций, со стороны руководства ПТО последовал отказ. В этом проявилось полнейшее равнодушие и безграмотность руководства ПТО, учитывая, что нам были предоставлены неверные нормативные графики, и что значения входных сигналов были далеки от номинала.

При данном подходе электростанции к внедрению автоматизации расчётов ТЭП не то что, естественно, не будет прибыли, но и сама мощная Система получается элементарно не работающей. Тогда спрашивается, зачем всё это затевать? Но электростанция себя виновной не считает.

Правильное же внедрение должно быть не формальным, а совместным творческим процессом. Если же электростанция желает иметь прибыль в 300 миллионов рублей от внедрения Smart-MES, то для плодотворного этого внедрения должны быть предоставлены электростанцией все благоприятные условия: достойная сумма договора, удобные условия проживания, квалифицированные сотрудники, рекламная кампания. Если Исполнитель готов вложить весь свой опыт и творческий потенциал во благо электростанции, то Заказчик должен быть готов это всё принять и по достоинству оценить.

Был у нас ещё такой случай, когда внедрение Программы расчёта ТЭП осуществлялось одновременно на трёх ТЭЦ в одном регионе. Казалось бы, чего проще выделить для этой цели автомобиль, ведь ЭНЕРГО должно быть заинтересовано в быстром и успешном внедрении. Но нет. И львиная доля времени бездарно уходила на межгородской транспорт. В итоге договорные обязательства формально были выполнены, но электростанциям от этого не легче.

Много лет назад, когда я работал в атомной электроэнергетике, и мы внедряли Системы для энергоблоков, то АЭС фактически обеспечивала нас абсолютно всем. Естественно, сейчас другое время. Но важно понять одно, что при внедрении сложнейших Технологий Исполнитель и Заказчик должны взаимодействовать, как единый организм. Только тогда будет успешным внедрение не только Программы для расчёта ТЭП, но и будет под силу замахнуться на Smart-MES и иметь прибыль в 3-10 миллиардов рублей.

Деградация ИТ в электроэнергетике

Есть один очень странный вопрос: Почему в железнодорожной отрасли внедряют только отечественные IT-разработки, a в электроэнергетике предпочитают импортные? Может потому, что Генерирующие компании – самостоятельные субъекты, а это, как всех уверяют, более эффективно. Возможно, но только не по отношению к Информационным Технологиям, которые сейчас претерпевают полнейшую деградацию в электроэнергетике.

Вот передо мной импортная Презентация “Программы для управления энергетикой – Оптимизация комбинированного производства тепла и электроэнергии на промышленных электростанциях” зарубежной компании «Metso» [50]. Данную Систему специалист из Челябинска расхваливал взахлёб, как эталон совершенной Системы для электростанций в России.

Я ему говорю, что наша презентация не хуже, а построение модели электростанции для расчётов фактических и нормативных ТЭП в реальном времени и для оптимизации ресурсов значительно проще и лучше. А самое главное то, что наша Smart-MES полностью привязана к российской действительности и соответствует отечественным методикам и взглядам фирмы ОРГРЭС на технологические расчёты тепловой экономичности оборудования.

Но переубедить не получается. И почему же в нас заложено такое слепое преклонение перед Западом? Но, наверное, всё-таки для убедительности необходимо рассмотреть основные моменты более предметно. Проанализируем лишь некоторые в сравнении «Metso» и Smart-MES: Технологические схемы, Адаптивность, Скорость расчёта, Аналитика, Оптимизация и Преимущества.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ. «Metso»: Схемы формируются из иконок, которые соединятся линиями (потоки). Схемы одновременно являются основой для построения модели электростанции. Схемы имеют вложенность. На схемы не выводятся текущие значения расчётных ТЭП. Smart-MES: Схемы конструируются из примитивов, которые набрасываются на ранее проведённые линии. Схемы не имеют отношения к математической модели электростанции. Векторные схемы позволяют любую вложенность. На схемы возможен вывод всех текущих расчётных ТЭП с просмотром их истории на любую дату.

АДАПТИВНОСТЬ. «Metso»: Адаптивность ограничивается возможностью модели из иконок. Реализовано точное визуальное описание работы электростанции. Smart-MES: Для адаптивности ограничений нет. При моделировании электростанции используются принципы чёрных ящиков. Вся Система автоматически настраивается при компиляции текстовых Проектов технологических задач. Есть функция «Создатель» для автоматической генерации базовых Проектов, в которой указываются только типы и станционные номера котлов и турбин. Любое изменение в алгоритмы расчёта вносится за 5 секунд.

СКОРОСТЬ РАСЧЁТА. «Metso»: Не указана. Smart-MES: Полный расчёт фактических и нормативных ТЭП средней ТЭЦ, т.е. 20000 основных и промежуточных показателей рассчитываются менее 1 секунды. Такая огромная скорость вычисления необходимо для динамической оптимизации ресурсов на полной математической модели электростанции.

АНАЛИТИКА. «Metso»: Имеется заранее предопределённые аналитические графики. Smart-MES: Содержится большое разнообразие аналитических инструментариев: Обзор показателей, Оперативный журнал с аналитикой, Оперативный мониторинг, Экспресс-анализ, Получасовая и минутная аналитика, Статистика показателей, Графики ТЭП, Построение режимных карт. Например, вас на экранной форме заинтересовал какой-либо показатель в разрезе котлов или турбин, то вы просто нажимаете кнопку и, пожалуйста, перед вами вся аналитика хоть за месяц по суткам, хоть за любые сутки по получасам.

ОПТИМИЗАЦИЯ. «Metso»: Имеется возможность линейной оптимизации отдельных участков электростанции. Smart-MES: Заложена реализация любого количества задач линейного программирования Симплексным методом. Возможна реализация любого числа задач динамической оптимизации на полной модели электростанции. За полчаса просчитывается 1000 технологических вариантов и выбор наилучшего по минимаксной стратегии. Реализовано любое число ХОП (характеристика относительных приростов) оптимизации на полной модели электростанции. Имеется База интеллектуальных знаний с возможностью фиксирования оптимальных технологических срезов с целью их использования в текущем управлении электростанций и для прогнозирования закупок топлива.

ПРЕИМУЩЕСТВА. «Metso»: Оптимальное производство тепла и электроэнергии, оптимальное использование топлива, улучшенная эффективность энергии, достоверные и точные данные предыстории, улучшенные возможности планировать техобслуживание и графики работ. Smart-MES: Всё то же самое, но с уклоном на ликвидацию перерасхода топлива, что позволит иметь дополнительную прибыль с каждой электростанции в 300 миллионов рублей. Имеется также возможность предупреждения аварийных ситуаций.

РЕЗЮМЕ. В России есть своя достойная Система Smart-MES для электростанций, которая по многим параметрам превосходит зарубежные аналоги. Упорное и слепое игнорирование отечественных разработок и определяет сегодняшнюю деградацию IT, т.к. только свои отечественные разработки можно развивать под себя, добиваясь ещё большего их превосходства над зарубежными.

Вот Генерирующие компании в результате Конкурса для реализации автоматизации расчётов ТЭП привлекают крупные фирмы, которые ранее этим никогда не занимались. Разве это не деградация IT? Естественно, у них есть опытные специалисты, естественно, у них есть огромный опыт внедрения в других областях, естественно, у них есть огромные ресурсы и связи. Но это же электроэнергетика, где 300 электростанций и нет даже двух схожих по технологии и по составу оборудования. И дополнительно к этому, особенно в настоящее время, на электростанциях постоянно происходят различные технологические изменения.

Без сомнения эти крупные фирмы обязательно что-нибудь смастерят или сами, или с привлечением зарубежных разработок. Но где же полёт инновационной мысли, где совершенство технологии по экономии топлива, где мотивационные механизмы для достижения нулевого текущего перерасхода топлива и для преумножения прибыли?

Похоже, что IT-отделы в Генерирующих компаниях, выполнив свою первоначальную задачу по созданию рыночных механизмов, дальше не понимают, что делать. Они не понимают, как обеспечить электростанции современными IT-технологиями. Поэтому они и выбрали тактику прикрытия крупными IT-фирмами. Риск вроде небольшой, т.к. это ж известные фирмы.

Но здесь есть одно большое НО. Например, если ребёнку положено родиться через девять месяцев, то, родившись ранее, он уже становиться недоношенным и его нужно лечить. Так и в IT для создания современной Системы нужны несколько лет проб и ошибок для осмысления и поиска инновационного решения. А в противном случае – это будет недоношенная Система, для которой потребуется постоянное лечение.

В случае же с импортной разработкой дела обстоят ещё хуже. Это постоянная зависимость от заморского дяди и лицензий. За рубежом очень поднаторели втюхивать свои продукты. Так, например, оборудование стоит недорого, но запасные детали и расходные материалы затем будут стоить больше самого этого оборудования.

Понятно, если бы не было отечественных разработок, но они есть. Понятно, если бы отечественные разработки были бы хуже импортных, но они даже лучше. Понятно, если бы в России не было бы классных IT-специалистов, но за рубежом работают те же специалисты из России. В чём разница, так это в подходе к IT за рубежом. Там эти разработки финансируются по полной программе, а у нас кто как сможет.

В общем, патриотизм ещё никто не отменял. И призываем и Минэнерго РФ, и Генерирующие компании осмотреться вокруг здесь у нас в России и не игнорировать отечественные IT-разработки, а дать им широкую дорогу для преодоления существующей деградации IT в электроэнергетике и для значительного увеличения энергоэффективности электростанций.