automationslösningar Mälardalens Högskola Akademin för hållbar samhällsoch teknikutveckling

Transkript

1 Vinsten i energibesparing med automationslösningar Erik Dahlquist Mälardalens Högskola Akademin för hållbar samhällsoch teknikutveckling

2 Framtida krav - elnät Går från central produktion och styrning till distribuerad produktion o styrning Produktion och last varierar mer okontrollerat med vind, sol och elfordon Behöver nya styrmedel. Nya prismodeller är medlet. Teknisk optimering och styrning kompletterar. Genom detta kan stora investeringar undvikas. 2

3 Hushållsel Storleksordningen 20 TWh/år används i hushåll och kontor som hushållsel se Storleksordningen 30% av denna borde kunna vara möjlig att använda som balans-effekt Det skulle motsvara ca 6.5 TWh/år Värde i pengar ca 6.5 miljarder kronor Kräver automationslösningar för att genomföra

4 El i bilar Idag används ca 100 TWh per år för fordon. Av detta är ca 50 TWh för personbilar, som lämpar sig bäst för elhybrider Ifall vi antar ca 1 l/10 km idag kan vi räkna med l/10 km inom ca 10 år. Detta innebär en minskning till storleksordningen TWh/år för samma fordonspark. Av detta kan vi räkna med att storleksordningen hälften kommer att vara i form av el, dvs ca TWh/år. Åtminstone hälften av detta borde kunna användas för effektbalansering på lokal nivå, dvs 5-6 TWh/år

5 Summering tillgänglig energi/effekt för styrning Direktverkande el kan enkelt implementeras och ger ganska liten effekt, åtminstone i tidperspektivet några timmar. Kan räkna med att avstängd värme kan ge en temperatursänkning på oc per timme Hushållsel lite knepigare pg rent tekniskt, men fullt möjligt För elbilar behövs ett system med viss intelligens, men bör kunna ske via AMRsystem Totalt ca = 31 TWh/år i perspektivet upp till max 12 timmar, men mest några timmar

6 Hur? Rent tekniskt k behövs visst utvecklingsarbete Till detta behövs dock bra prismodeller Motivation till att acceptera blir dels själva prismodellerna, dels ordentliga informationskampanjer Måste visa upp demoinstallationer Kan komplettera systemen med andra funktioner också

7 Framtida funktioner för nätbolagen Upptäckt och hantering av avbrott Minimera i nätförluster t Analys och optimering av mikroproduktion Förnyade arbetsprocesser Beslutsstöd för avancerad mätning 7

8 Vad gör vi inom MERO/PRO? Sol Total EL consumption for each apartment kwh m m2 95m2 Production: Biogas, Förgasning Lokal produktion och konsumtion Figur 5.2. Värmelast för ett kontor. Legend: röda punkter vardagar dagtid, svarta plustecken övrig tid. TPV Tekniska lösningar Ekonomisk styrning, Handel med rättigheter, el, värme Nya prismodeller Beteendeförändringar Diagnostik, styrning, Modellering, Beslutsstöd, optimering simulering s W ed gi ng Metall Industri Vatten Papper 8

9 Total electricity consumption per apartment during the period kw Wh Apartment

10 QUESTIONNAIRES evenings/ nights 48% entire day 42% half day 10% >50000 SEK 32% <30000 SEK 21% SEK 47%

11 Energidialogen Mäta el och varmvatten i enskilda hushåll Presentera för de boende Webinfo till varje abbonent hos Mälarenergi kw Sum heat and electricity (el power) Electricity compensated for sun and wind Household electricity = the difference Time

12 Web-info

13

14

15

16

17 Sustainable societies Vstmd Mälard Swed EU27 TWh/y TWh/y TWh/y TWh/y People Million 0, Food and drinks 0,52 5, Extra energy for food prod 0, Paper o paper products 0,23 2, Plast o chemic 0,31 3,5 13 Cement Metals 0,6 6, Total material 1,92 21, Electricity 3,3 37, Heat 3,6 41, Transports 2,4 27, Total el+heat+tran 9,3 105, Total energy 11,2 127, Balance tot energy

18 Energy savings by process efficiency improvements TWh/y in EU27 TWh/y Non Ferrous Metal Copper due to savings 1,6 Copper due to biomass or CCS 3,8 Aluminium due to savings 2,6 Aluminium due to biomass or CCS 6,6 Sub total 14,6 Ferrous metal 250 Cement and lime Cement and lime due to savings 30 Cement and lime due to biomass or CCS Sub total

19 Energy utilization during production of flat non-ferrous metal products illustrated by Type of process Conv kwh/t BAT kwh/t With predicted potential kwh/ton Melting Casting Hot rolling Milling 200 ColdrollingMilling Annealing Cold rolling and cutting Total

20 Energy savings by process efficiency improvements TWh/y EU27 Pulp and paperp Paper HC forming Lime kiln replacement w biomass or CCS 35 Lime kiln due to savings 7 Sub total Total potential savings

21 PRO International co operation Only research Only education Both R&E

22 Optimization of fiber line diagnostics and Model based control with ABB, Korsnäs and SAPPI

23 Diagnostics, early warnings and decision support with Vallvik/Rottneros Recovery boiler at Vallvik steam explosion Astrong wish to avoid a new explosion! Energy balance over the recovery boiler using the measurements from the process together with a physical process model. This balance is update frequently. Trending the deviation between measured data and predictions from the physical model. Complement with other information like bed camera and lab measurements. When the deviation passes a predefined level, an early warning is sent to the operator displays Decision support on probable cause of problems is given through a Bayesian net. E.g.: Tube leakage in furnace part of boiler 65% probability Sensor fault black kliquor flow meter 43 % Tube leakage in ECO part 24 % etc

24 Biomass combustion in CFB plant DDR cooperations with six power companies and ABB Specifications Boiler 5 Total heat Output : 157 MWth Steam Flow : 55.5/48 kg/s Steam Pressure : 170/37 bar Steam Temperatur : 540/540 o C

25 Dynamic data reconsiliation at Mälarenergi

26 MPC control of BFB in Eskilstuna- coop with ABB/CRC NIR moisture content Störningsförsök under en timme recirk(d),uppfukt(e),luftflöde(f)- röd bäddtemp, blå rökgasfukt Eskilstuna

27 Modelling of fouling at HEX tubes scale= my scale= scale= my scale= Particles 20 um 1 um

28 Control in roll mills Mass flow control Thickness FB Thickness FF Morgoil Comp. Speed FF Position controller Wedging F roll V entry V roll V roll Vexit Incoming thickness Outgoing thickness Tension FF. Coolant ctrl. Tension FB

29 Transformer lining modelling with respect to temperaturere

30 Fiberline control and optimization with ABB Automation ti and CRC

31 Digester Optimization and Control P CLA T LG P P L L T L F P T P F T T CLA Control kappa by quality measurments of chips,liquors and fibers.ff from chip and liquors,fb from kappa and liquors. Model based H-factor control Production optimization O ABB Service * ** *** *** *** *** *** ** -- - CLA20 Help Results Sample Diagnostics Setup Service L N T F F PH P DP Kappa E P CLA P E F N P F P L C PH P Kappa F F L

32 Diagnostics comparing simulated to measured ddata on-line. ABB, Korsnäs and SAPPI coop

33 Water treatment technology Optimization i of water treatment t t systems Removal of NO3 in water using constructed wet land ponds Active sludge process optimization (KKS) Biogas production (KKS) Development of adsorption systems from natural materials Toxicology in connection with water treatment New application MDH,UU,KTH,SLU on joint plattform as strong research environment to SVU.

34 Dynamic data reconciliation at Malarenergy Avvikelse mellan mätt och predikterat värde på fukthalt i rökgas

35 Diff (simulering mätdata) Process Mätvärden Jämför tid Simulator Orsaksamband beslutsstöd

36 Troligaste felorsaker kopplade till varning Värmevärde biobränsle Sintrings Luft tendens reglering Bäddtemp panna Temp Givare ånga Ångdom reglering Varians ångtem p Intrexbädd Nivå/temp U-värde Flödes givare Temp Givare intrex Effekt minskning Fjärrvärme produktion Turbin problem

37 Optimization of biogas production Växtkraft Membrane filtration removes organics from centrifuge filtrate water. No ballast. Better distribution of gas for mixing Improving mass transfer with electric field Better measurement and control when we have learnt how to operate i best possible way Recirculate sludge to farm land

38 Optimering av värmeproduktion och distribution Individuell fjärrvärmemätning Det finns många produktionsenheter och ett stort distributionsnät Viktigt att hantera dynamik i nätet och osäkerhet i väderleksrapporter Samarbete med Fortum värme (Stockholm) och Eskilstuna Energi och miljö

39 39

40 Framtida krav - information Mycket mer information/data behöver transporteras men också nyttiggöras genom nya tjänster och funktioner. 40

41