智能发电的未来规划

一个由电力研究所领导的协作性公用事业项目,称为i4gen(通过集成信息实现智能发电的洞察力)正在探索数字连接资产和优化工厂运营和维护的新技术。

今天,一些大型发电设施采用系统运行,通信能力,以及几十年的工作实践。其中一些流程是基于纸张的,通过各种断开连接进行通信,特别渠道,如电子邮件,电话,文本,收音机,纸,以及电子数据/输入各种基于软件的解决方案/数据管理工具。工厂员工可能会花费大量时间寻找,装配,以及聚合数据,以及在断开连接的系统中重新输入数据,这限制了分析数据和全面理解问题或解决方案的可用时间。

相比之下,未来的发电厂将利用一个数字平台,其中近实时产生的信息用于估计设备状况,并采用算法对一组工况进行预测。互联和综合信息网络将自动集成数据,并为各种系统生成实用信息。功能,分析,人员,和行动。计算,交流,系统的链接将嵌入易于使用的接口,但在网络的各个层面上都是安全的。开放式架构模块化系统将允许“即插即用”新设备,软件,以及其他算法,无论是开发人员还是供应商。

I4gen项目

为了支持工业向数字化发电的转变金莎线上开户,电力研究所(EPRI)正在领导一个大型的协作性公用事业/技术开发项目,用于调查和演示数字连接资产和优化工厂运营和维护(O&M)的新技术。该项目是I4Gen(通过集成信息实现智能发电的洞察力)。这个i4gen概念是一种整体方法,它创建了一个数字连接和动态优化的发电厂。通过使用模块化和可扩展的工具平台,技术,以及整合业务的技术,维护,以及发电的操作方面。在实践中,技术的应用是在正确的时间将正确的信息传递给正确的人,以支持决策或行动(图1)。

1。i4gen概念包括在每个信息级别的连接,向适当的系统和人员提供所需的数据。礼貌:电力研究所(EPRI)

I4GEN有组建一个工作组,帮助推动技术发展和分享见解.其公用事业参与者包括组织,比如美国电力公司,杜克能源公司,路易斯维尔燃气电力公司和肯塔基公用事业公司(LG&E和Ku)公共服务企业集团(PSEG)盐河项目(SRP)南方公司,田纳西河谷管理局(TVA)我们的能量,以及纽约电力局。技术供应商包括国家仪器,西门子塔塔咨询服务公司,提供服务,硬件,以及电力行业的软件。金莎线上开户

2015年推出,项目成员合作开发了选定技术领域的成熟度模型,检查设备状态评估的分析,并进行案例研究,以证明这些技术的潜力和实用价值。

好处和挑战

I4gen概念旨在优化所有相关信息的使用,以做出更好的与电厂相关的决策,这些决定是自主的还是由工厂运营商做出的。新兴的数据分析算法旨在检测设备在早期的退化情况,诊断最可能的原因,并估计在达到可操作性限制之前采取行动的剩余时间。这些算法的成功开发可以提高工厂的可靠性,降低运营维护成本,减少强制停机,更有效地利用O&M资源,以及尽量减少因灵活操作而产生的影响。这些能力是通过许多不同的途径实现的。数据可以来自工厂仪表,外部资源,如天气预报,对工厂和工厂灵活性的预期需求,存档数据,设备设计,以及操作规范。

利用I4Gen技术和工具开发可操作的信息和智能,可以提高单元的自动化和控制能力,提高能量转换过程的效率,提高员工效率,尽量减少设备故障,有助于减少强制停机,延长单位寿命。作战准备就绪,可靠性,可利用性,主动计划,整体生产力有望降低成本,提高可用性指标,改进部队作战。i4gen技术也有潜力通过提供对设备健康的更深入了解来灌输安全文化,以及使用数字工具协助程序和维护,以提高对安全工作实践的遵守程度。这种数字转换的实施和效益取决于收集数据的能力,整合,对数据进行近实时、多尺度的分析。

i4gen概念可以应用于所有类型的生成资产。中央发电站,过程控制中可能需要增强以支持操作灵活性。另一方面,远程定位资产,比如水电和风力发电设施,可能发展高度先进的监测和诊断(M&D)能力,以支持更有效地使用现场检查和维护。

成功,i4gen倡议必须克服一些挑战,包括纯粹的数据量;专有遗留系统;需要加强安全;公用设施资产和连接技术的生命周期时间表不一致;快速的技术变革;以及有效地将技术整合到发电厂中,包括智能设备,传感器,分析,控制算法,甚至是网格/客户技术。获得利益相关者的支持,并提供合理的成本效益分析和投资回报率估算,这是另外一个挑战。最后,有了连接性,综合系统,以及部署额外的现场设备,将出现重要的网络安全考虑,部分地,由于攻击面增加。像这样的,与维护安全相关的工作水平也可能增加。

五个应用领域

i4gen概念包括五个应用领域,集成和应用时,可提高工厂性能,操作,以及维护。应用领域包括:

传感器和新兴的测量技术。许多新型传感器正在进入低成本和无线市场;安装成本可以比较低如果无线网络可用,并且可以经济有效地管理传感器的电源。其他新的传感器技术可以非常精确地测量设备的性能参数,代表新的测量能力。存在许多低风险的机会来展示新的传感器技术,并根据更深入的洞察和主动的O&M评估附加数据可能带来的价值。

数据分析,整合,以及可视化。技术提供商和发电公司正在努力开发更复杂的数据分析功能,这些功能是基于或增强高级模式识别技术而构建的。分析的近期应用旨在为工厂运营商提供有关何时需要进行维护的指导。

数字工作者技术。使用连接的移动设备,平板电脑,可穿戴的增强现实耳机有潜力使工厂工人能够访问和使用通过视觉丰富和上下文敏感的方式提供的关键数据,流式图像和音频(图2)。在现场访问和收集相关信息和程序可以提高工人的整体效率,翻译成正确的,及时,安全工作。

2.第2条。i4gen概念集成了连接的移动设备,平板,以及笔记本电脑,以可视化植物信息并将其交给需要它的人。礼节:EPRI

先进的研发扩展和全面的监控可在故障前识别和诊断设备故障和故障,从而避免了成本。传感和监测数据,结合诊断能力,了解设备退化。剩余设备/部件寿命可通过计算估算和预测,从而提高系统和设备的可靠性和可用性。

过程控制和自动化。控制和整合核电厂运行的能力支持不断变化的任务概况,增加了平衡系统性能竞争目标的能力,环境绩效,延长设备寿命。过程控制系统主要是基于数字的系统,对工厂的运行至关重要。对现有过程控制系统的改进可以立即提高性能和盈利能力。采用更先进的控制方法可以支持更大程度的集成,并提供优化性能的能力。

成熟度模型

全面采用I4gen方法将是一项巨大的任务。在许多情况下,更可能的情况是,随着时间的推移,将采用选定的数字技术平台和能力,具有可衡量的短期投资收益。

帮助会员管理这些挑战,制定计划,利用五个应用领域的机会,I4gen项目正在开发“成熟度模型”。这些模型提供了逐步增加实现的指导。

举个例子,传感器技术应用的四个成熟度等级如下:

1级——离线和在线测量。基层从手动收集信息开始,这些信息由在线传感器传输,用于手动测量或目视观察设备或部件状况,传感器可以使用但不存在的地方。

2级——扩大在线测量。第二级扩展了在线传感器,将其用于过程控制和跟踪设备/部件状况。推理传感也用于计算不容易直接收集的值。

第3级——普及传感。第三级带来了无线传感能力的逐步提高,包括相应的传感器实施成本下降,随着传感器节点处或附近嵌入式计算硬件的功率的增加,分布式传感的层次也越来越高。这一级别还代表了新的测量能力的实施,用于从恶劣环境中收集关键数据和/或在在线和工艺条件下进行测量时更高的灵敏度。

4级-智能系统和部件。在第四个也是最后一个成熟度阶段,这种趋势继续向高质量发展,通过高度分布式传感和扩展测量能力实现高保真数据。这一级别还看到了嵌入到组件和环境中的传感器的出现(例如,打印传感器)。

成熟度模型设计用于支持应用数字和分析技术的不同成熟度阶段的公用事业发电厂。无论公用事业公司是在学习I4Gen技术和应用程序的初期阶段,还是已经投资于集中的M&D中心或数字工作者应用程序,本项目和这些成熟度模型旨在为实施创造机会,从实施中获益,支持行业最佳实践的发展。金莎线上开户

成熟度模型中的级别也可能代表一个组织的重要过渡点,这可能对应于实现I4Gen技术的基础设施和计算能力的增加。I4Gen技术的实现需要良好的变更管理和流程改进技能,以确保成功的项目成果。

I4gen案例研究

探索应用新数字技术和系统的现实问题和能力,I4gen项目正在赞助效用案例研究,展示了工厂环境中的技术。接下来是正在进行的案例研究的样本。

SRP传感器技术。SRP正在测试和演示一种用于监测工厂设备平衡的新型无线传感器,包括凝结水泵和循环水泵。新的传感器有望收集更多的振动数据,并将其用于先进的M&D模型。此外,SRP利用安装在汽轮机上的现有振动传感器向新的振动诊断监测系统提供数据,以改进健康监测。并且正在升级选择性催化还原风机上现有的振动传感器,以远程向工厂和M&D中心提供数据。

LG&E和Ku数据分析。为了解决定位问题,需要无数来源的植物数据,本·希尔LG&E和Ku的机械工程师,领导一个多学科团队创建一个新平台,方便访问关键数据源,包括维护信息,警报,资本计划,传感器数据,零件图。工具,命名分析生成设备导航工具(代理)是从零开始建造的,并创建了一个表格模型,将所有不同的数据源结合在一起。数据的结构使其与同一层次结构相关联,从工厂层面开始,然后再细分成单元,系统,和子系统。有了这些联系,用户可以导航到单个设备并快速查看所有相关数据。虽然工具是新的,仍处于软打开阶段,它已经显示出了显著的优势。它被用来解决问题,如根本原因失效分析,通过轻松查看警报,传感器数据,过去的工作指令都在一个地点。此外,已在代理上创建工作流程,以监控和跟踪异常油分析等问题。在管理积压时,它还大大节省了时间,后期预防性维护任务,紧急工作指令。

PSEG电力数字工作者技术。PSEG Power和EPRI正在合作开发M&D的路线图,资产管理和规划,以及数字工作者技术。在后一个区域,PSEG Power将制定数字战略,增强对选定硬件的使用,数字应用的发展,通信基础设施,培训,资源需求,以及长期管理。最终目标是展示集成和利用数字基础设施的潜力,过程,以及支持PSEG Power目标的技术。

TVA先进的M&D。TVA发起了一个项目,以促进设备可靠性(ER)过程和M&D技术的集成。公用事业将审查现有的ER和M&D实践,以确定差距,以及填补这些空白的补救措施。一旦差距分析完成,一个EPRI团队,配合TVA,将在TVA位置对蒸汽轮机和发电机部件进行试点演示。此演示将编译故障模式影响临界分析(FMECA)表,基于个人维修历史和行业知识,金莎线上开户确定这些资产的传感器缺口,并制定剩余使用寿命(RUL)模型。安装额外的传感器有望提供更好的健康监测,而RUL模型的成功开发将提供更好的资产管理机会。

三。过程控制系统主要是基于数字的系统,对工厂的运行至关重要。礼节:EPRI

南方公司过程控制。南方公司和EPRI将研究状态转换图方法(STDA)在电厂自动化中的适用性。性传播疾病,一种面向对象的建模形式,更现代,开发自动化逻辑的替代设计方法。这家南方公司的倡议将把STDA的性能与标准设计实践进行比较,如梯形图,功能框图(图3)顺序流程图,和结构化文本,通常在分布式控制系统中实现。这些标准设计实践需要对复杂的多状态,开发和维护逻辑的网络物理系统,由此产生的设计可能是有限的和脆弱的。STDA具有降低设计负担的潜力,协助管理设计复杂性,从而提高弹性,灵活的,以及可扩展的系统。鉴于对现有机组的灵活性和可靠性要求不断提高,以及对未来更复杂的电力设计的期望,这些能力尤其重要。■

-苏珊马利smaley@epri.com)是仪器的主要项目经理,控制,以及EPRI的自动化程序,和普拉亚格-帕里克邮箱:pparikh@epri.com)是仪器领域的技术领导者,控制,以及EPRI的自动化程序。