SAIA®VARIO-PLUS system ekonomicznego i ekologicznego zarządzania energią wytwarzaną w elektrociepłowniach

Obecnie człowiek zmuszony jest nie tylko do myślenia o środowisku naturalnym niezbędnym do jego życia, lecz także do działania pozostającego w zgodzie ze środowiskiem. Do takich działań należy między innymi efektywne wykorzystanie kopalnych źródeł energii w celu wytwarzania ciepła i energii elektrycznej, jak również wykorzystanie alternatywnych źródeł energii. Jednym z perspektywicznych rozwiązań jest system SAIA®VARIO – PLUS wspomagający optymalne wykorzystanie kopalnych, pierwotnych źródeł energii w urządzeniach do skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej.

Według tygodnika Newsweek (nr 14/02) w roku 2049 zostaną wyczerpane naturalne złoża ropy naftowej, gazów oraz węgla. Z tego względu na całym świecie obserwuje się tendencje do wyboru takich sposobów zaopatrywania w energię, która umożliwiają jak najefektywniejsze wykorzystanie dostępnych zasobów naturalnych z jednoczesną ochroną środowiska. Obecnie wiele instytutów oraz placówek badawczych poszukuje alternatywnego źródła energii, które w niedalekiej przyszłości mogłoby zastąpić obecnie wykorzystywane złoża: węgla, gazu ziemnego oraz ropy naftowej. Jednym z dobrze zapowiadających się wynalazków jest np. autobus napędzany wodorem zaproponowany w 1992r. przez kanadyjską firmę Ballard Power Systems.

Nie tylko międzynarodowe organizację ekologiczne, ale także rządy na całym świecie starają się zapobiegać szkodliwej emisji gazów do atmosfery. W Polsce już w1997 roku została uchwalona ustawa Prawo Energetyczne. Mówi ona m.in. o obowiązku wykorzystania możliwości istniejących nadwyżek i lokalnych zasobów energii z uwzględnieniem skojarzonego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej oraz zagospodarowania ciepła odpadowego z instalacji przemysłowych. Jednym z rozwiązań jest stosowanie technologii najefektywniejszych, czyli tzw. skojarzonej gospodarki energetycznej, czyli jednoczesnego wytwarzania ciepła i energii elektrycznej. Istotnym warunkiem ograniczającym możliwości stosowania układów skojarzonych jest konieczność jednoczesnego i stałego zapotrzebowania na ciepło i prąd elektryczny w proporcjach jak 2 do 1. Może być to wykorzystane w takich krajach jak Polska, gdzie okres grzewczy jest długi, około 7 miesięcy. Systemy te mają również zastosowanie w oczyszczalniach ścieków czy zakładach utylizacji odpadów (napędzane biogazem), szpitalach, obiektach sportowych i rekreacyjnych. Przewaga takich rozwiązań polega na daleko efektywniejszym wykorzystaniu zużywanych surowców oraz wykorzystywania energii pierwotnej dotąd marnotrawionej. Zastosowana w układach skojarzonych małych mocy technika bazuje na silnikach spalinowych napędzających generatory wytwarzające energię. Wymienniki ciepła wykorzystują nagromadzone w procesie spalania ciepło i przekazują je dalej jako ciepło grzewcze lub ciepło procesowe. Dzięki temu technika ta spełnia w dużej mierze obowiązujące wymogi ekologiczne i ekonomiczne. Oszczędności energii pierwotnej dochodzi do 40%, a koszty budowy i eksploatacji urządzeń zwracają się średnio po 4 do 8 lat.
Przykład budowy układu skojarzonego mocy
W zależności od mocy urządzeń elektrycznych (do 0,03MW do maksymalnie 20MW w zastosowaniach przemysłowych) w skład modelowego układu wchodzą m.in.: silnik tłokowy lub turbina gazowa, generator, wymienniki ciepła, system automatycznego sterowania, filtry powietrza, układ odprowadzania spalin. Urządzenia tego typu wytwarzają energię elektryczną w generatorze napędzanym silnikiem tłokowym (Rys.1) lub turbina gazową (Rys.2) oraz ciepło dodatkowe. Ciepło może być odzyskiwane w różny sposób np. z układu chłodzenia, układu smarowania silnika czy gazów spalinowych.
Optymalne wytwarzanie, rozdział i wykorzystanie energii
Wszystkie powyżej wymienione cechy i tendencje rozwoju nowoczesnego wytwarzania energii cieplnej i elektrycznej skłoniły szwajcarską firmę SAIA-Burgess do wprowadzenia na rynek systemu zarządzającego energią wytwarzaną w modułowych układach skojarzonych (CHP – combined heat and power) i niewielkich elektrociepłowniach, nazwanego SAIA® VARIO-PLUS. Obejmuje on zarówno podzespoły jak i oprogramowanie wykorzystywane w procesach sterowania układami CHP, jak również przy rozdziale i wykorzystaniu wytworzonej energii termicznej i elektrycznej.

Czym jest SAIA®VARIO-PLUS?
· Uniwersalny system dedykowany do pracy w układach CHP służący do zarządzania wytwarzaną energią elektryczną i cieplną oraz ich właściwym, ekonomicznym wykorzystaniem,
· Filtr VARIO oraz moduł funkcyjny VARIO są integralnymi, uzupełniającymi podzespołami, opisywanego w poprzednich numerach biuletynu, systemu automatyki SAIA®DCC-PLUS oraz sterowników serii PCD1 i PCD2,
· Wszystkie zadania wykonywane w elektrociepłowni mogą być przetwarzane wybiórczo i są umieszczone, zapisane w pamięci pojedynczego sterownika,
· Funkcjonalność systemu VARIO-PLUS pozwala na poprawne działanie układu skojarzonego CHP bez konieczności zastosowania dodatkowych podzespołów wykorzystywanych do monitorowania i synchronizacji sieci zasilającej, regulacji i kontroli generatorów,
· Systemy zabezpieczeń pozwalają na wykrycie szybko zmieniających się wielkości procesu i ich możliwe skalkulowanie, a następnie wysłanie parametrów korygujących w możliwie najkrótszym czasie,
· SAIA®VARIO-PLUS pracuje zarówno ze sterownikami serii PCD1 i PCD2, jak również ze sterownikami serii xx7 (programowanymi pakietem STEP7® firmy SIEMENS®).

Wybrane funkcje systemu SAIA®VARIO-PLUS
· Umożliwia pomiar m. in.:
- Cos j,
- Częstotliwość sieci i generatora,
- Napięcie sieci i generatora,
- Chwilowej wartości prądu generatora,
- Napięcia akumulatora,
- Wartość wektora zakłóceń w 1 lub 3 fazach,
- Wartości prędkości wirowania,
- Napięcia „lambda”,
- I inne.
· Pomaga w monitorowaniu m. in.:
- Częstotliwości i zmian napięcia trzech faz, sieci zasilającej oraz generatora,
- Chwilowej wartości prądu generatora.
· Ustalanie wartości i sterowanie m. in.:
- Synchronizacją włączenia systemu do krajowej sieci energetycznej,
- Regulacją prędkości i mocy maksymalnie dwóch równolegle połączonych silników głównych,
- Regulacja kąta przesunięcia fazowego,
- Wydajnością generatora.
· Wyznaczanie:
- Energii oddawanej do sieci przez monitoring takich parametrów jak: napięcie, prąd i cos j.
Jak już wspomnieliśmy, do najważniejszych podzespołów sytemu VARIO należy tzw. moduł funkcyjny. Jest on tzw. inteligentnym ogniwem pomiędzy filtrem VARIO i sterownikiem PCD. Wbudowany mikroprocesor służy do oszacowywania m.in. chwilowych wartości parametrów procesów jak również do wyznaczania danych wyjściowych urządzeń. Wykonywane przez moduł funkcyjny operacje nie obciążają głównego procesora sterownika PCD; i jednocześnie nie spowalnia to pracy całego układu. Do ważniejszych cech i części składowych podzespołu należą:
· Mikrokontroler z wewnętrzną pamięcią RAM, 32K pamięci Flash,
· 2 wejścia cyfrowe 24V,
· 4 uniwersalne wej/wyj cyfrowe 24V,
· 1 wejście zliczające, maksymalnie 25 kHz,
· 5 wyjść tranzystorowych, 24V,
· 8 wejść analogowych ±10V,
· 2 wyjścia ana