Tehonkäyttöprofiilin mallinnus jatkuvatoimisen prosessin tehtaassa

Abstract

Jatkuvatoimisessa prosesiteollisuudessa prosessin alasajo sähkön markkinahinnan vaihtelun mukaan ei välttämättä ole mahdollista tai kannattavaa. Prosessin alas- ja ylösajo on prosessihäiriö, josta voi olla monenlaisia seurauksia. Kartoittamalla eri prosessinosien pätötehonkulutus sekä selvittämällä mahdollisuus prosessin osittaiseen alasajoon ennalta suunniteltujen ohjeiden pohjalta, voidaan mahdollisesti vaikuttaa lyhytaikaisten korkeiden tuntihintojen aiheuttamiin kustannusvaikutuksiin.

Tässä diplomityössä mallinnetaan tuotantoprosessissa kuluva sähköteho. Työssä pyritään hyödyntämään olemassa olevaa automaatiota ja instrumentointia mahdollisuuksien mukaan. Työssä selvitetään laitteistojen ottama sähköteho, sekä miten kulutus jakautuu eri prosessien ja laitteiden kesken. Saatujen mittaustulosten perusteella analysoidaan tehtaan tehonkäyttöprofiilia.

Työssä täytettiin tavoitteet prosessin energian mallinnuksen osalta vaikka jouduttiin tekemään useampia olettamuksia. Mahdollisen joustopotentiaalin kannalta jatkuvatoimisessa prosessissa on omat rajoitteensa. Laitoskohtaisesti tehonkulutus jaettiin prosessiryhmittäin mikä mahdollistaa tarkemman tarkastelun. Tätä dataa apuna käyttäen on todennäköistä löytää kohteet, jotka olisi pysäytettävissä korkeilla sähkön tuntihinnoilla, jos tälle nähdään tarvetta.

Pätötehon mittaukseen tehty sovellus on vertailukelpoinen energialoggerilla tehtyihin mittauksin verrattuna, mutta ei niin käytännöllinen mahdollisten muutosten kannalta. Johtopäätöksissä käydään läpi suosituksia pääpiirteittäin miten jatkossa toteutettaisiin kustannustehokas ja kattava tehon online-mittaus tehtaan jakeluverkkoon.

In continuous process industries, shutting down the process according to fluctuations in the electricity market price is not necessarily possible or economically viable. Shutting the process down and starting it up again constitutes a process disturbance that can lead to various consequences. By mapping the active power consumption of different parts of the process and examining the possibilities for partial shutdowns based on pre-planned procedures, it may be possible to mitigate the cost impacts caused by short-term high hourly prices.

In this master’s thesis, the electrical power consumption in the production process is modeled. The work aims to utilize the existing automation and instrumentation as much as possible. The study examines the electrical power drawn by the equipment and how the consumption is distributed between different processes and devices. Based on the collected measurement results, the plant’s power usage profile is analyzed.

The work met the objectives regarding the modeling of process energy, even though several assumptions had to be made. In terms of potential flexibility, a continuous process has its own limitations. The power consumption was divided by process groups at the plant level, which enables more detailed analysis. Using this data, it is likely possible to identify equipment that could be shut down during periods of high hourly electricity prices, if deemed necessary.

The application developed for active power measurement is comparable to measurements carried out with an energy logger, but it is not as practical when it comes to potential modifications. The conclusions outline general recommendations on how to implement a cost effective and comprehensive online power measurement system for the plant’s distribution network in the future.