Reducering av elkostnader på returfiber avdelningen

Transkript

1 Reducering av elkostnader på returfiber avdelningen UMIT Research Lab 12 oktober 2011

2 Syfte Utveckla metoder för att minimera elkostnader genom att anpassa produktion till fluktuationer i elpriset. Fallstudie: Returfiber-avdelningen på SCA Packaging Obbola.

3 Elmarknaden Elpriset (spot priset) för kommande dygn bestäms och publiceras av den nordiska elbörsen Nord Pool. Elpriset beror bland annat på tillgång och efterfrågan av elektricitet.

4 Elmarknaden El. price (EUR/MWh) Time (h) Figur: Genomsnittligt elpris (spot pris) för januari 2010.

5 Elmarknaden 350 Electricity price (EUR/MWh) Time (h) Figur: Elpriset under två veckor i februari 2010.

6 Problembeskrivning En given mängd returfiber skall produceras varje dag. Produktionshastigheten, och således elförbrukningen, kan regleras under dygnet. Elpriset varierar under dygnet.

7 Problembeskrivning En given mängd returfiber skall produceras varje dag. Produktionshastigheten, och således elförbrukningen, kan regleras under dygnet. Elpriset varierar under dygnet. Problem: Hur skall produktionen schemaläggas för minska elkostnaderna?

8 Fallstudie Huvuddelar i systemet: 1 Massatorn (lagringstank) med given lagringskapacitet. 2 Inflöde till massatorn från två separata produktionslinjer. 3 Givet utflöde från massatorn.

9 Fallstudie Figur: Schematisk bild av systemet.

10 Fallstudie Restriktioner: 1 Övre gräns på massatorn: 95 %. Nedre gräns: 30 %.

11 Fallstudie Restriktioner: 1 Övre gräns på massatorn: 95 %. Nedre gräns: 30 %. 2 En produktionslinje är antingen i produktion eller avstängd.

12 Fallstudie Restriktioner: 1 Övre gräns på massatorn: 95 %. Nedre gräns: 30 %. 2 En produktionslinje är antingen i produktion eller avstängd. 3 En produktionslinje kan gå från avstängd till full produktion på en timme (och vice versa).

13 Fallstudie Restriktioner: 1 Övre gräns på massatorn: 95 %. Nedre gräns: 30 %. 2 En produktionslinje är antingen i produktion eller avstängd. 3 En produktionslinje kan gå från avstängd till full produktion på en timme (och vice versa). 4 Elförbrukningen i systemet kommer från produktionslinjerna.

14 Fallstudie Restriktioner: 1 Övre gräns på massatorn: 95 %. Nedre gräns: 30 %. 2 En produktionslinje är antingen i produktion eller avstängd. 3 En produktionslinje kan gå från avstängd till full produktion på en timme (och vice versa). 4 Elförbrukningen i systemet kommer från produktionslinjerna. 5 Två start och stopp, per linje och dag, är den rekommenderade övre gränsen.

15 Fallstudie Restriktioner: 1 Övre gräns på massatorn: 95 %. Nedre gräns: 30 %. 2 En produktionslinje är antingen i produktion eller avstängd. 3 En produktionslinje kan gå från avstängd till full produktion på en timme (och vice versa). 4 Elförbrukningen i systemet kommer från produktionslinjerna. 5 Två start och stopp, per linje och dag, är den rekommenderade övre gränsen. 6 En produktionslinje måste vara i produktion i minst 4 timmar då den väl startats.

16 Metod 1 Beräkna den totala RF förbrukning för kommande dygn (ges av körplan för PM).

17 Metod 1 Beräkna den totala RF förbrukning för kommande dygn (ges av körplan för PM). 2 Anta att den totala produktionen skall vara samma som den totala förbrukningen under dygnet.

18 Metod 1 Beräkna den totala RF förbrukning för kommande dygn (ges av körplan för PM). 2 Anta att den totala produktionen skall vara samma som den totala förbrukningen under dygnet. 3 Beräkna antalet nödvändiga produktionstimmar (med båda produktionslinjerna) för att uppnå önskad mängd.

19 Metod 1 Beräkna den totala RF förbrukning för kommande dygn (ges av körplan för PM). 2 Anta att den totala produktionen skall vara samma som den totala förbrukningen under dygnet. 3 Beräkna antalet nödvändiga produktionstimmar (med båda produktionslinjerna) för att uppnå önskad mängd. 4 Placera produktionstimmarna på de timmar med lägst elpris.

20 Metod För att ta hänsyn till tankens nivågränser implementeras tre villkor: 1 Är nivån över en bestämd gräns L 1 : stäng av all produktion.

21 Metod För att ta hänsyn till tankens nivågränser implementeras tre villkor: 1 Är nivån över en bestämd gräns L 1 : stäng av all produktion. 2 Är nivån över gräns L 2 : stäng av en produktionslinje.

22 Metod För att ta hänsyn till tankens nivågränser implementeras tre villkor: 1 Är nivån över en bestämd gräns L 1 : stäng av all produktion. 2 Är nivån över gräns L 2 : stäng av en produktionslinje. 3 Är nivån under en bestämd gräns L 3 : starta båda produktionslinerna i minst 4 timmar. Gränserna kan ändras i tiden (timbasis) och bestäms av nuvarande RF förbrukning och den totala tankkapaciteten.

23 Data Erhållet data 1 består av: 1 Inflöde och utflöde från massatorn. 2 Vilken typ och kvalitet (produkt) som produceras på pappersmaskinen. 3 Elförbrukning för linjerna. Time Inflow (tons) Outflow (tons) Quality Type El (MWh) : : : : Angivet på timbasis.

24 Parameter uppskattningar Parametrar som vi har behövt uppskatta för att utföra simuleringarna: Produktionslinjernas elförbrukning. Returfiberförbrukning för de olika produkterna, framräknat från den genomsnittliga inblandningen per produkt. Simuleringar och resultat är baserade på data från 2010.

25 Parameter uppskattningar Electricity Consumption (MWH) Time (h) Figur: Elförbrukning under första veckan av 2010.

26 Simuleringsresultat En produktionslinje antas kunna producera 18 ton/h. Datapunkter (timmar) med produktionsstopp på pappersmaskinen har exkluderats.

27 Simuleringsresultat Inflow (tons) Time (h) Electricity price (EUR) Level Time (h) Figur: Exempel på förslag till körplan.

28 Simuleringsresultat Initial plan Proposed plan 1.5 Level Time (h) Figur: Nivå variation (vid 144 tons massatorn).

29 Simuleringsresultat Initial plan Proposed plan Level Time (h) Figur: Nivå variation (vid 390 tons massatorn).

30 Simuleringsresultat Tabell: Sammanfattande resultat. 144 ton kapacitet 390 ton kapacitet Vinst (EUR/h) Total vinst (EUR) (16 %) (22 %) Total vinst (SEK) Antal start & stopp 2.5 & & Fx-rate EUR/SEK 9.3

31 Implementering i praktiken Använd elpriset och pappersmaskinens körplan som indata.

32 Implementering i praktiken Använd elpriset och pappersmaskinens körplan som indata. Kör ett program som använder utvecklade simuleringsalgoritmer när elpriset är fastlagt.

33 Implementering i praktiken Använd elpriset och pappersmaskinens körplan som indata. Kör ett program som använder utvecklade simuleringsalgoritmer när elpriset är fastlagt. Programmet ger då ett förslag på hur produktionslinjerna skall köras för kommande dygn.

34 Implementering i praktiken Använd elpriset och pappersmaskinens körplan som indata. Kör ett program som använder utvecklade simuleringsalgoritmer när elpriset är fastlagt. Programmet ger då ett förslag på hur produktionslinjerna skall köras för kommande dygn. Operatörerna bör ges möjlighet att ändra körplanen för RF avdelningen och se utfallet av förändringen.

35 Användningsområden Metoden kan användas på system (processavsnitt) som innehåller:

36 Användningsområden Metoden kan användas på system (processavsnitt) som innehåller: En lagringskapacitet. Möjligheten att fylla på och använda lagringskapaciteten vid behov, d.v.s. processavsnittet behöver inte köras kontinuerligt vid maximal kapacitet.

37 Oklarheter Obalanserat inflöde och utflöde i data. Ungefär 5 % skillnad. Relation mellan returfiberförbrukning och körplan för pappersmaskin.

38 Slutsatser Studien visar på god potential för att reducera elkostnaderna på RF-avdelningen.

39 Slutsatser Studien visar på god potential för att reducera elkostnaderna på RF-avdelningen. Kostnadsreduceringen erhålls av att: 1 Kör linjerna så energieffektivt som möjligt. 2 Kör linjerna på så billiga timmar som möjligt.

40 Slutsatser Studien visar på god potential för att reducera elkostnaderna på RF-avdelningen. Kostnadsreduceringen erhålls av att: 1 Kör linjerna så energieffektivt som möjligt. 2 Kör linjerna på så billiga timmar som möjligt. Intressant att undersöka hur metoder fungerar på liknande processavsnitt.

41 Tack