Экологичность и эффективность

Без энергии ничего не работает. Вот почему так важно получать энергию из возобновляемых источников и обеспечивать их максимально эффективную работу. Концепции управления на основе моделей позволяют небольшим и средним электростанциям на биотопливе максимально эффективно использовать свое оборудование.

Энергия является одним из наших самых ценных ресурсов, и последние несколько месяцев наглядно показали, насколько большое влияние она оказывает на нашу повседневную жизнь. В то время как мы ищем решения для решения проблемы стремительного роста затрат и зависимости от ископаемого топлива, все внимание приковано к возобновляемым источникам энергии. Зеленая энергетика не только защищает нашу окружающую среду, но и представлена в различных формах, доступных практически в любом уголке планеты.

Помимо большой тройки — ветра, воды и солнечной энергии — сжигание биотоплива также является экологически безопасным вариантом для производства электроэнергии. Одной из самых больших проблем электростанций, работающих на биотопливе, является эффективность - насколько высок КПД установки? Кроме того, электростанции вынуждены регулярно сокращать количество выбросов в атмосферу. Для достижения экологичности и эффективности процесс горения должен быть идеально адаптирован к используемым материалам.

Именно здесь в дело вступает Seamtec, австрийская компания - специалист в области инновационных технологий управления. «Мы помогаем операторам теплоцентралей оптимизировать их системы и повышать эффективность», — объясняет основатель и генеральный директор Seamtec Петер Райтер. «У нас комплексный подход. Мы работаем с электрической системой, системой автоматизации, с котлами, управлением горением и диспечеризацией. Кроме того, мы также интегрируем клиентские системы в единую сеть с помощью индивидуальной технологии телеуправления».

В частности, на небольших биотопливных установках традиционный подход по-прежнему заключается в регулировании параметров давления и температуры с помощью ПИД-регуляторов, которые в значительной степени полагаются на предположения и общие эмпирические правила для настройки своих параметров. «В результате система автоматизации в целом стабильна, но не оптимальна», — объясняет Райтер. «На процесс горения влияет множество различных взаимозависимых факторов. И реализовать столь сложную схему с помощью ПИД-регулятора невозможно».

В поисках новых решений для дальнейшего повышения эффективности малых и средних электорстанций на биотопливе компания Seamtec обратилась за вдохновением к более крупным проектам в данной сфере. «Там (прим. ред. на крупных установках) весьма успешно используется управление на базе модели», — говорит Петер Райтер.

В многовариантной системе, такой как уэлектростанция на биотопливе, классические ПИД-регуляторы в лучшем случае дают посредственные результаты. «А фактические показатели сильно колеблются и часто значительно отклоняться от желаемых, целевых значений», — объясняет Райтер. «Что заставляет устанавливать очень консервативные целевые значения». При управлении на базе модели отклонения между целевыми показателями и фактическими значениями крайне незначительны. «А это значит, что Вы можете установить свои цели гораздо ближе к реальным ограничениям системы и сделать весь процесс намного более эффективным», — резюмирует Петер Райтер.

Управление на основе модели обычно требует значительно больше времени и усилий для реализации, чем решение с ПИД-регулятором. До сих пор небольшие электростанции не видели смысла в дополнительных инвестициях в ресурсы для разработки, т.к. они не окупились бы. «Наша цель состояла в том, чтобы найти рентабельный способ реализации управления по модели для небольших станций мощностью от нескольких сот киловатт до нескольких мегаватт», — говорит Райтер.

В качестве партнера для реализации этой идеи компания Seamtec выбрала B&R. «Мы добились больших успехов благодаря тесному сотрудничеству с B&R, которое началось еще в 2009 году. Когда мы впервые обратились в B&R с этим проектом, быстро стало ясно, что инструмент MATLAB/Simulink, интегрированный в их среду разработки, — это именно то, что нам нужно», — объясняет Рейтер. «Мы сразу пришли к выводу, что B&R будет самым предпочтительным партнером для реализации этого проекта».

Используя тестовую систему, разработчики из двух компаний совместно разработали концепцию управления для Seamtec. «Путь к рабочему решению не всегда был прямым, но при поддержке B&R мы смогли устранить все препятствия, которые встретились нам на пути. Даже несмотря на относительно небольшой размер нашей компании, мы получали первоклассную поддержку, благодаря которой мы всегда быстро находили решение», — говорит Райтер.

Решение для управления на основе модели MATLAB/Simulink включает в себя модули для каждого из процессов, проходящих на электорстанции, работающей на биотопливе. Разработчики Seamtec начали с того, что глубоко погрузились в данную технологию и максимально реалистично отобразили процессы в Simulink. Это позволило им разработать алгоритм управления, адаптированный к конкретной установке, который можно проверить и настроить в ходе моделирования.

Модульная система управления Seamtec основана на аппаратном и программном обеспечении B&R. Среда разработки Automation Studio включает в себя B&R Simulink Target - интегрированный интерфейс, который позволяет разработчикам легко импортировать алгоритм управления за несколько кликов мыши.

Одно из самых больших преимуществ управления на основе моделей заключается в том, что все испытания можно выполнять на этапе моделирования, что позволяет обнаружить и устранить все ошибки. Нет необходимости проводить тесты на реальной системе и рисковать повреждением дорогостоящего оборудования. Тот же подход можно использовать для настройки всех параметров процесса. Автоматическая генерация кода значительно сокращает время программирования.

Компания Seamtec продемонстрировала потенциал управления на основе моделей для небольших теплостанций на примере централизованной теплоцентрали с тремя параллельными насосами: «Мы внедрили стратегию соединения насосов, которая включает один, два или все три насоса в зависимости от оптимального эксплуатационного режима работы», — объясняет Рейтер. «Это позволило нам максимально увеличить КПД установки в соответствующем диапазоне при минимальных потерях энергии».

Инженеры Seamtec видят потенциальные преимущества управления на основе моделей и в других экологичных методах производства энергии. «Мы получили ряд интересных запросов от гидроэнергетического сектора», — отмечает Райтер. «Это еще одна область, где управление на основе моделей будет как нельзя кстати».

Тема устойчивой генерации энергии и решения для более добросовестного использования ресурсов были главными приоритетами Seamtec с момента ее основания в 2009 году. «Земля, природа, край, люди — эти понятия близки нашим сердцам. Улучшение их благосостояния за счет экологически чистой энергогенерации требует инноваций и ноу-хау. Эти ценности являются нашей постоянной мотивацией для поиска способов оптимизации установок для экологичной генерации энергии», — подчеркивает Райтер.

Автор: Карола Шванкнер, редактор отдела корпоративных коммуникаций B&R