narzędzia ę i zastosowania

Transkrypt

1 Analiza a systemowastemo narzędzia ę i zastosowania Wojciech Stanek Instytut Techniki Cieplnej wojciech.stanek@itc.polsl.pl Gliwice, 23 maja 2014

2 Analiza systemowa System wytwórczy y Proces Poziom bogactw naturalnych

3 Analiza systemowa Identyfikacja obiektu. Pomiary. Budowa i testowanie modeli matematycznych Ocena doskonałości termodynamicznej Ocena efektów ekologicznych Uzasadnienie ekonomiczne Otoczenie prawne

4 Kontrola eksploatacji bloków energetycznych i ciepłowniczych

5 Kontrola eksploatacji bloków energetycznych i ciepłowniczych Podstawowe funkcje - ocena energetyczna eksploatacji bloków - wyznaczanie odchyleń wskaźnika jednostkowego zużycia energii paliw od poziomu parametrów referencyjnych - wyznaczanie charakterystyk energetycznych i kosztów wytwarzania energii - tworzenie raportów i wykresów - symulacja wpływu ł podstawowych parametrów eksploatacyjnych na zużycie paliwa i uzyskiwane wskaźniki

6 Kontrola eksploatacji bloków energetycznych i ciepłowniczych Zastosowane narzędzia - rachunek wyrównawczy - teoretyczno-empiryczne (hybrydowe) modele komponentów bloków energetycznych kalibrowane w oparciu o rzeczywiste dane pomiarowe Proces Modele bilansowe: - oprogramowanie własne (FORTRAN) - EES Engineering Equation Solver - inne... Modele empiryczne: - regresja - sztuczne sieci neuronowe

7 Rachunek wyrównawczy Stosowane narzędzia - oprogramowanie własne S S3 S1 S2 S3 p S1 p S2 p 3 p v3 S1 p v1 S2 p v2 Zalety / korzyści: - uwiarygodnienie wartości wielkości mierzonych - jednoznaczne obliczenie najbardziej j prawdopodobnych wartości niewiadomych.

8 Rachunek wyrównawczy Metoda rachunku wyrównawczego Gaussa Meskan jest pierwszym w Polsce systemem kontroli eksploatacji bloków energetycznych i ciepłowniczych, w którym do walidacji pomiarów zastosowano metodę rachunku wyrównawczego Gaussa Metoda ta stosowana jest od wielu lat przez ITC Politechniki Śląskiej w badaniach procesów cieplnych. Pozwala ona na uzyskanie wiarygodnych wyników parametrów eksploatacji oraz wskaźników charakteryzujących proces wytwarzania energii elektrycznej i ciepła

9 MESKAN aplikacja działająca w krajowych blokach EL. i EC.

10 Moduł symulacji MESKAN

11 Model neuronowy np. model kotła t wz [O ] [ 2 N(1,1) N(2,1) Q uz N(1,2) N(2,2) N(3,1) t sw Model kotła zawiera modele: Q XL t a model bilansowy wg normy DIN N(1,n) N(2,n) W d model neuronowy opisujący 150 Zbiór weryfikujący temperaturę spalin z kotła 140 modele regresyjne opisujące zawartość części palnych w Tempe eratura spalin produktach spalania 110 wartości rzeczywiste 100 wartości wygenerowane przez sieć Numer próbki

12 Model neuronowy np. model kotła t wz [O ] [ 2 N(1,1) N(2,1) Q uz N(1,2) N(2,2) N(3,1) t sw Q XL Model kotła zawiera modele: t a model bilansowy wg normy DIN W d N(1,n) N(2,n) model neuronowy opisujący temperaturę spalin z kotła modele regresyjne opisujące zawartość części palnych w produktach spalania Tempe eratura spalin wartości rzeczywiste wartości wygenerowane przez sieć Zbiór weryfikujący Numer próbki

13 Model neuronowy np. model kotła t wz [O ] [ 2 N(1,1) N(2,1) Q uz N(1,2) N(2,2) N(3,1) t sw Q XL Model kotła zawiera modele: t a model bilansowy wg normy DIN W d N(1,n) N(2,n) model neuronowy opisujący temperaturę spalin z kotła modele regresyjne opisujące zawartość części palnych w produktach spalania Tempe eratura spalin wartości rzeczywiste wartości wygenerowane przez sieć Zbiór weryfikujący Numer próbki

14 Narzędzia (komercyjne) stosowane do modelowania systemów energetycznych EES GateCycle AspenPlus ThermoFlex EBSILON Professional

15 EES (Engineering Equation Solver) Engineering Equation Solver jest programem, pozwalającym na numeryczne rozwiązywanie następujących zagadnień matematycznych w modelowaniu inżynierskim: - równania i układy równań (liniowe i nieliniowe) - równania różniczkowe - całkowanie - równania ze zmiennymi typu zespolonego - optymalizacja (min, max) - regresja liniowa i nieliniowa

16 EES (Engineering Equation Solver)

17 EES (Engineering Equation Solver) Własności czynników termodynammicznych

18 Aspen Plus modelowanie procesów chemicznych - projektowanie, - optymalizacja, - symulacja, (chemical, polymer, specialty chemical, metals and minerals, and coal power industries)

19 Aspen Plus IBGCHP plant with atmospheric fluidised bed gasifier, gas turbine and bottoming steam cycle

20 Thermo-Flex Modelowanie design analiza w znamionowym punkcie pracy; znane są parametry na osłonie bilansowej urządzeń; wynikiem są główne parametry geometryczne Modelowanie off-design analiza w zmiennych warunkach otoczenia i/lub obciążenia znane są parametry geometryczne; wynikiem są główne parametry termiczne na osłonach ł hbilansowych urządzeń ń

21 Układ IGCC z usuwaniem CO 2 Wyspa yp zgazowania

22 EBSILON Professional

23 EBSILON Professional

24 EBSILON Professional

25 CHP Strateg (Thermo-Flex, modele neuronowe) Narzędzie doradcze dla wyboru opcji technologicznej dużej wysokosprawnej kogeneracji najlepiej dostosowanej do zdefiniowanego otoczenia techniczno - ekonomicznego

26 CHP Strateg Dobór technologii do uwarunkowań lokalnych za pomocą dedykowanego systemu eksperckiego Analiza symulacyjna wyznaczenie rocznych ilości produkcji ciepła, elektryczności, zużycia paliwa itd. (wbudowane modele regresyjne i neuronowe) Weryfikacja wyników obliczeń z ograniczeniami dostaw i zbytu (system ekspercki) Blok analiz i obliczeń formalno-prawnych (PES, kolorowe certyfikaty, benchmarki CO 2, itp.) Blok analiz termoekologicznych Analiza ekonomiczna i ustalenie rankingu ekonomicznego technologii

27 CHP Strateg Układy zasilane gazem ziemnym lub gazem wysypiskowym z turbinami gazowymi Układy zasilane gazem ziemnym lub gazem wysypiskowym z silnikami tłokowymi Biogazownie Zgazowanie biomasy i wykorzystanie silników tłokowych Układy z kotłem na biomasę z obiegiem parowym lub ORC Turbiny wiatrowe Ogniwa fotowoltaiczne Ogniwa paliwowe na gaz ziemny Układ trójgeneracyjny z chłodziarką absorpcyjną zasilany gazem ziemnym lub biogazem

28 CHP Strateg Modelowanie symulacyjne modele oparte o sieci neuronowe i wielowymiarową regresję Oprogramowanie: MATLAB - Neural Networks Toolbox

29 CHP Strateg Modelowanie symulacyjne Oprogramowanie: THERMOFLEX

30 Zaawansowana analiza egzergetyczna B =T S 0

31 Zaawansowana analiza egzergetyczna Thermo-Economic Analysis (TEA) (oprogramowanie własne; TAESS) Thermo-Ecological Cost (TEC) (oprogramowanie własne; integracja z bazami LCA)

32 T E A / TAESS - koszt egzergetyczny - diagnostyka egzergetyczna - indukowane i bezpośrednie straty egzergii

33 T E A / TAESS

34 T E C

35 Life Cycle Assessment

36 Life Cycle Assessment Bazy danych LCI: Ecoinvent GaBi Pro Database ELCD globalne Ecoinvent Database Gabi Pro Database EU & DK Input Output Database ELCD Industry data 2.0 regionalne Franklin U.S LCI LCA Food DK European Aluminium LCI Swiss Input Output Database branżowe International Iron and Steel LCI USA Input Output Database Franklin U.S. LCI Australian Life Cycle Inventory Data Korean LCI Canadian Raw Materials Database inne

37 Na rynku dostępne są zarówno komercyjne jak i darmowe oprogramowania do analiz LCA. Są to m.in.: SimaPro AMMEdiscover Aveny GmbH ebalance EMIS GaBi Life Cycle Tracker OpenLCA Umberto inne

38 SimaPro 8.0 Bazy danych LCI: Ecoinvent 3.0 LCI database Franklin US LCI 98 library European Life Cycle Data US Input Output library EU and Danish Input Output library Swiss Input Output LCA Food Industry data v2 Life Cycle Impact Assessment Methods, m.in.: CML-IA Impact ReCiPe Cumulative Energy Demand Cumulative Exergy Demand Ecological Footprint Ecosystem Damage Potential Greenhouse Gas Protocol IPCC 2007 Water Footprint Eco-Indicator 99 oraz 95 IPCC 2011 GWP

39 Audyty energetyczne : przemysłowe / budynków

40 Audyty energetyczne : budynków OZC ArCADia

41 Audyty energetyczne : budynków

42 Audyty energetyczne przemysłowe Hutnictwo... Energia odpadowa...

43 OZE / Kogeneracja CT HT AD FT F CHP EL

44 Analiza finansowa SPB prosty czas zwrotu metody dyskontowe DPB zdyskontowany czas zwrotu NPV wartość bieżąca netto IRR wewnętrzna ę stopa zwrotu uwzględnienie mechanizmów wsparcia (certyfikaty) kogeneracja odnawialne źródła energii (OZE) efektywność energetyczna

45 Analiza systemowa narzędzia i zastosowania Dziękuję za uwagę! Wojciech Stanek Instytut Techniki Cieplnej wojciech.stanek@itc.polsl.pl Gliwice, 23 maja 2014