BTGの安定化と省エネルギーを実現する
BTG最適化による省エネ
お客様の課題 |
YOKOGAWAの提案 |
期待効果 |
製品情報 |
 お知らせ2010/09/01 株式会社カネカ様 BTGにおける最適化制御 導入事例 BTGの高度制御による省エネ制御の実現 New！ グローバル企業として飛躍的な成長を遂げている株式会社カネカ様では、成長分野で競争力のある事業を強化すると同時に、地球環境対策への取組みも経営課題として積極的に取組んでいます。その取組みの一つである、BTGの最適化制御による省エネルギー事例について株式会社カネカ 生産技術本部とエネルギー部の皆さんに語っていただきました。 |
- 操業モード切替えで増大するオペレータ負荷の低減と安定操業の両立
- オペレータの非定常業務対応で発生する操作ミスの撲滅
- 設備性能を最大限利用できる制御を実現
- 品質維持とコスト削減をしながら省エネの実現
- CO2排出を低減させ、環境基準を遵守したい
BTGは、非常に消費エネルギーの大きな設備です。生産工場からの蒸気/電力の要求に追従しながら、様々な制約条件の中で最少コストとなる蒸気/電力バランス配分を決定して制御する必要があります。
しかしその運転は、急激な負荷変動や外乱などからの影響を最小限に抑えるため、ボイラーの圧力と温度を一定に保つように複雑な運転を手動操作を交えて行っているのが現状です。このような状況に対してオペレータの負荷を増やさずに安定した運転を行うようにする事は大きな課題です。
しかしその運転は、急激な負荷変動や外乱などからの影響を最小限に抑えるため、ボイラーの圧力と温度を一定に保つように複雑な運転を手動操作を交えて行っているのが現状です。このような状況に対してオペレータの負荷を増やさずに安定した運転を行うようにする事は大きな課題です。
（注） BTG(Boiler Steam-Turbine Generator)：ボイラー、蒸気タービン、発電機の略
DCSによるPID制御だけでなく、高度制御としての多変数モデル予測制御を組み合せ、更に複数パターンの操業モードの切替えを行うことで、エネルギー効率を向上させ、エネルギーコストとCO2の削減を実現します。
また、その運転操作をDCSと高度制御をまとめて運転支援システムで行う事によってオペレータの負荷を削減しながら安定操業を実現することを提案します。
また、その運転操作をDCSと高度制御をまとめて運転支援システムで行う事によってオペレータの負荷を削減しながら安定操業を実現することを提案します。
（注） DCS：Distributed Control Systemの略
BTG最適化制御
生産工場に蒸気と電力を供給しているBTGは、下図のように一般的には複数ボイラーとタービンで構成されています。
電力は、自家発電のほか電力会社からの購入もあります。このような場合は、購入電力単価が自家発電コストより高い昼間は、自家発電を最大限に活用するBTG運転を行い、購入電力単価が自家発電コストより安い夜間（または休日）は自家発電能力が最小限となる運転をします。
このように購入電力と自家発電コストとの価格差から発生する利益を出す運転をBTGでは行います。 また、運転には各種制約条件があり、最大運転・最小運転に余裕を持たせて運転していましたが、高度制御により、余裕を限界まで追い込み利益確保する事を目的としています。
オペレータ支援機能
BTGのオペレータは、時々刻々と変化する需要に追従する必要がある事から、様々な条件に適合する運転が求められます（装置毎のエネルギー効率差、設備毎の制約条件、燃料単価・電力単価の変化、昼夜の負荷変動、機器運転台数など）。
それらの複雑な条件のパターン別に操業モードを設定し、コストが最少となるモードを自動変更するように運転支援をする事によって非定常時作業の負荷削減を図ります。
しかし高度制御を導入することでそのばらつきを小さくし、それによって運転限界値との間の余裕が大きくなることから制御域を運転限界値に近づけることで最適な運転が可能になり、蒸気圧力が安定化・低減化します。
（横河技報より）
プロセス応答モデルを内蔵し、将来の変化を予測しながら制御を行い、PIDより優れた安定化運転が出来ます。
このように購入電力と自家発電コストとの価格差から発生する利益を出す運転をBTGでは行います。 また、運転には各種制約条件があり、最大運転・最小運転に余裕を持たせて運転していましたが、高度制御により、余裕を限界まで追い込み利益確保する事を目的としています。
オペレータ支援機能
BTGのオペレータは、時々刻々と変化する需要に追従する必要がある事から、様々な条件に適合する運転が求められます（装置毎のエネルギー効率差、設備毎の制約条件、燃料単価・電力単価の変化、昼夜の負荷変動、機器運転台数など）。それらの複雑な条件のパターン別に操業モードを設定し、コストが最少となるモードを自動変更するように運転支援をする事によって非定常時作業の負荷削減を図ります。
電力・蒸気バランス制御
ボイラ及びタービンの負荷量、購入電力量などを設備制約条件を守りながらトータルコストが最小になる負荷配分制御を行い省エネを図ります。
多変数モデル予測制御
制約条件を守りながらボイラやタービンがその運転限界値を超えない範囲で可能な限り余裕を小さくすることで省エネルギーを実現できます。通常制御では、基本的な制御ループはDCSで制御していましたが、それらの設定値を運転員が手動で調整しているため、ばらつきが大きくなります。しかし高度制御を導入することでそのばらつきを小さくし、それによって運転限界値との間の余裕が大きくなることから制御域を運転限界値に近づけることで最適な運転が可能になり、蒸気圧力が安定化・低減化します。
（横河技報より）ＢＴＧ効率管理
省エネ・省コスト評価
BTGプラント全体のCO2量、コストをリアルタイム評価します。
診断からシステム導入までの流れ
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取組む範囲を協議して決定します
問題点、プロセスの特長などをヒアリング。改善方針を決定すると共に、目標をお客様と共有します
設備情報、操作状況などを基に省エネ・省コストのポテンシャル(可能性)を評価します
シュミレーション実施及び投資効果を算出します(※)
PIDの追従性を良くするための チューニング作業などを行います 負荷配分制御、多変数モデル予測制御の導入及びDCS_IFの改造を行います FSでの効果確認を行います 制御効果維持を行うとともに更なる改善提案を行います |
計測と制御技術でエネルギー効率を改善し、高度制御・制御性改善・効率管理の技術を組合せることで最適運転を実現し、エネルギーコストとCO2排出量を削減します。
| Exasmoc （エグザスモック） | |
| 多変数モデル予測制御パッケージ |  |
| Exasmocは、各変数間に拘束条件や経済効率などの相互関係を与えることで最適運転と経済運転を同時に満足するソフトウェアパッケージです。SGSIとの業務提携により横河電機がShellの技術を全世界に独占販売します。 Exasmocコントローラは、各種制約条件を守りながら、以下の制御をします。 ・電力単価、CO2換算係数の差により、買電と自家発電の最適割合を演算 ・演算された最適割合となる自家発電の発電量を運転限界値とする限界運転 ・タービン効率向上のため、主蒸気温度・圧力をタービン仕様上限で限界運転 |
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| Exapilot （エグザパイロット） | |
| 運転効率向上支援パッケージ |  |
| Exapilotは、熟練オペレータの運転手順を簡単にシステム化できる，運転自動化パッケージです。運転手順を高いレベルで標準化することにより運転効率を向上させ，お客様のオペレーションコスト低減を実現します。 | |
| Enerize E3 （エネライズ イースリー） | |
| 工場エネルギー操業支援システム |  |
| Enerize E3は、ビジュアルビルダでエネルギー情報と生産情報を見える化し、操業の指標となるエネルギーKPIを解明して、それを基にエネルギー操業の最適化を支援するFEMSです。工場エネルギーの見える化から、データーに基づく改善活動をPDCAサイクルで継続的に推進し、個々の装置の効率化やその工程の無駄を削減して工場全体の生産性効率改善を実現します。 | |
| CENTUM VP （センタム ブイピー） | |
| 統合生産制御システム |  |
| CENTUM VPは、お客様の理想的な操業を実現するための生産制御システムとして開発されました。プラント情報管理システム、機器管理システム、プラント運転支援システムといった様々な制御・情報システムのために必要な情報をまとめたデータベースを提供します。 | |
