Optimointijärjestelmän kehittäminen sähköä ja lämpöä tuottavaan voimalaitokseen

Abstract

Työn tavoitteena oli kehittää automaattinen optimointijärjestelmä energiayhtiön omistamaan pieneen sähkön- ja lämmöntuotantolaitokseen (CHP-laitos). Optimointitarve perustuu energiayhtiön sähkön hankintaan sähköpörssistä, kaasun hankintahintaan, kohteen paikallisiin sähkö- ja lämpökuormituksiin ja muihin laitoksen talouteen vaikuttaviin tekijöihin. Kehitettävällä optimointijärjestelmällä ontarkoitus tulevaisuudessa hallita useita hajautetun energiantuotannon yksiköitäkeskitetysti. Työssä kehitettiin algoritmi, joka optimoi voimalaitoksen taloutta sähkötehoa säätävillä ajomalleilla ja suoralla sähköteho-ohjeella. Työssä kehitetyn algoritmin tuottamia hyötyjä selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksen mittaushistoriatiedoilla. CHP-laitosten käytön optimointiin luotiin keskitettyyn laskentaan ja hajautettuun ohjaukseen perustuva järjestelmä. Se ohjaa CHP-laitoksia reaaliaikaisesti ja ennustaa historiatietoihin perustuvalla aikasarjamallilla laitoksen tulevaa käyttöä. Optimointijärjestelmän toimivuus ja saatu hyöty selvitettiin Harjun oppimiskeskuksen CHP-laitoksella vertaamalla mittauksista laskettua toteutunutta hyötyä optimointijärjestelmän laskemaan ennustettuun hyötyyn.

The objective of this thesis was to create an automatic optimization system for a small-scale combined heat and power (CHP) plant in order to meet the needs of an energy company. The energy company's need foroptimization was derived from the company's purchases of electricity from the electricity stock market, the gas price, the electrical and thermal load generated by individual consumers and other factors that have an impact on the economy of the plant. In the future, this optimization system will be used for the centralized control of several distributed small-scale CHP plants. This study resulted in the design of an optimization algorithm that optimizes the economy of the plant using various models that regulate the plant's electrical output as well as direct control instructions. The expected gains to be obtained from the useof this algorithm were evaluated using the measurement data history from a plant located in the facilities of the Harju Agricultural College in Ravijoki. A system based on centralized computation and distributed control was created for theoptimization of CHP plants. The system controls CHP plants in real time and is able to predict the future utilization of a plant using a time series model based on data history. The operation of the optimization system and the gain obtained from its use were assessed at the CHP plant of the Harju Agricultural College by comparing the calculated gain, based on actual measured data, with the gain forecast calculated by the optimization system.