System automatyki i sterowania układem turbina - generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II

Transkrypt

1 System automatyki i sterowania układem turbina - generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji S.A. w Krakowie (MPWiK Kraków) od kilku lat realizuje program mający na celu redukcję kosztów oraz poprawę efektywności energetycznej podczas prowadzenia procesów uzdatniania i dystrybucji wody pitnej. Jednym z tych działań jest instalacja turbiny-generatora na rurociągu tranzytowym RABA II na odcinku Gorzków-KP3-Siercza. Założenia projektu Użytkownik systemu: Miejskie Przedsiębiorstwo Wodociągów i Kanalizacji S.A. w Krakowie Wykorzystane produkty: Horner: QX351 SATEL: Satelline 3AS Wonderware: InTouch Głównym założeniem projektu była produkcja, a w zasadzie odzysk energii z grawitacyjnego spływu wody na odcinku Gorzków-Siercza oraz przekazywanie jej do systemu elektroenergetycznego w rejonie Małopolski. Widok komory KP-3 wraz z turbiną generatorem firmy ZECO Turbina włoskiej firmy ZECO została zamontowana na wcześniej przygotowanym bypass ie rurociągu RABA II w komorze przełączeniowej KP-3. Do napędu turbiny wykorzystano 67-metrowy spadek wody pomiędzy zbiornikami Gorzków i komorą KP3 (rys. 1). Turbina zamontowana została na rurociągu wody pitnej, co jest unikalnym rozwiązaniem w skali całego kraju. Nowatorska technologia wymagała turbiny o odpowiedniej konstrukcji, która zagwarantuje, jakość i niezawodność podczas całego okresu eksploatacji. System automatyki i sterowania układem turbina-generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II Strona 1 z 5

2 Rysunek 1. Przekrój wysokościowy na trasie rurociągu RABA Rysunek 2. Ekran synoptyczny przekazu energii elektrycznej turbiny generatora do sieci energetycznej. Realizacja Turbina została dostarczona wraz z własnym systemem sterowania. Cała instalacja technologiczna obiektu KP3 nadzorowana jest natomiast przez sterownik QX351 firmy Horner APG, który komunikuje się ze stacją dyspozytorską w Zakładzie Uzdatniania Wody RABA (ZUW RABA), oddalonej o ok. 12 km, za pomocą radiomodemów SATELLINE 3AS firmy SATEL. Z uwagi na System automatyki i sterowania układem turbina-generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II Strona 2 z 5

3 instalację nowej turbiny, konieczne było zwiększenie dostępności danych procesowych dlatego zdecydowano się również na łącze DSL (rys. 3). Na terenie komory KP-3 sterownik turbiny komunikuje się ze sterownikiem Horner QX351 na dwa sposoby. Standardowo wykorzystywany jest protokół PROFIBUS, działający po łączu kablowym. Drugi sposób, stosowany awaryjnie, to przekazywanie wybranych najważniejszych sygnałów pomiędzy układami I/O obu sterowników. Rysunek 3. Schemat transmisji danych i sterowania turbiną w KP-3 ze stacji dyspozytorskiej MSD.ZRABA Podczas awarii transmisji po protokole Profibus, dyspozytor może przełączyć przekaz na połączenie kablowe I/O (rys. 4). Wówczas ograniczony jest monitoring danych o niskim priorytecie, ale dyspozytor ma możliwość dalszego sterowania turbiną. Transmisja pomiędzy komorą KP-3 a dyspozytornią główną ZUW RABA jest realizowana głównie po Ethernecie (łącze DSL). W przypadku awarii łącza, stacja dyspozytorska (aplikacja Wonderware InTouch) automatycznie przełącza na komunikację po radiomodemach SATELLINE 3AS (protokół Modbus). Wizualizacja, monitoring i sterowanie zdalne turbiną zostało wprowadzone do systemu ogólnego MSCRDiS (Mikrokomputerowy System Centralnej Rejestracji Danych i Sterowania)stosowanego od wielu lat w Wodociągach Krakowskich. Aplikacja stacji dyspozytorskiej MSD.ZRABA oparta jest o system SCADA Wonderware InTouch. System automatyki i sterowania układem turbina-generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II Strona 3 z 5

4 Rysunek 4. Ekran synoptyczny 2 Hydroelektrownia w komorze KP-3 tranzyt Raba Zdalne sterowanie turbiną należy do obowiązków dyspozytora. W ich zakres wchodzi: uruchomienie/zatrzymanie turbiny, zadawanie stopnia otwarcia oraz ustawianie parametrów regulacji. Dyspozytor traktuje turbinę jak wirtualną zasuwę regulacyjną, która istnieje na głównej nitce rurociągu, ale normalnie jest zamknięta. Turbina reguluje parametry przepływu i ciśnienia w rurociągu poprzez zmianę kąta pochylenia łopatek (tzw. pozycja kierownicy rys.5). Zasuwa sprzężona z turbiną otwiera się, gdy turbina jest zatrzymywana z różnych powodów (np.: postój serwisowy, awaria, zanik napięcia w sieci energetycznej). Wówczas zasuwa sprzężona jest otwierana na taki stopień, jaki był zadany dla turbiny, aby zapewnić odpowiednie ciśnienie i przepływ na rurociągu RABA II (rys.3). Podczas rozruchu turbiny zasuwa ta stopniowo się zamyka. Zasuwa jest bezpośrednio sterowana hydraulicznie sygnałami ze sterownika S Zapewnia to ciągłość pracy rurociągu, bez zakłóceń ciśnienia i przepływu wody na tranzycie. Sterowanie turbiną jest możliwe również miejscowo z panelu operatorskiego w komorze KP-3. System automatyki i sterowania układem turbina-generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II Strona 4 z 5

5 Rysunek 5. Ekran synoptyczny 3 Układ technologiczny w komorze KP-3 tranzyt Raba Przedsięwzięcie zostało zainicjowane przez zarząd MPWiK S.A. Kraków. Generalnym wykonawcą była firma HydroNetz z Krakowa. Podwykonawcą, który zrealizował system teletransmisji, sprzężenie między sterownikami Horner QX-351 i sterownikiem turbiny, monitoring, wizualizację procesów i zdalne sterowanie, był Zakład Systemów Mikrokomputerowych COMPTUR. Korzyści Uruchomienie nowej instalacji miało miejsce w listopadzie 2012 i od tamtego czasu turbina pracuje bezawaryjnie i produkuje ponad 200 MWh energii miesięcznie. Dodatkowym zadaniem tego systemu hydro-energetycznego jest maksymalizacja wydajności pracy turbiny (ok. 6 9 MW/dobę) mając na względzie zmienne zapotrzebowanie na dostawę wody dla mieszkańców Krakowa. Sprzedaż odzyskanej energii częściowo rekompensuje koszty produkcji i przesyłu wody na trasie Dobczyce (Raba) Kraków. Rokuje to na przyszłość planowanie następnych inwestycji tego typu, ponieważ obniżają one zużycie zamówionej energii elektrycznej. dr inż. Tadeusz Żaba - Dyrektor ds. Produkcji MPWiK S.A. Kraków mgr inż. Jacek Budziaszek - Prezes ZSM COMPTUR mgr inż. Władysław Dzik - Specjalista automatyki przemysłowej, ZSM COMPTUR System automatyki i sterowania układem turbina-generator na rurociągu tranzytowym wody pitnej Raba II Strona 5 z 5