GEA Orengineが大規模な水力発電所の容量を拡大

背景

水力発電所は、コロンビアのメデリン地域にある660MWの発電所で、高さ150m、幅426mのダムに閉じ込められた水に蓄積されたエネルギーを利用しています。コロンビアの複数の公益事業会社であるプラントの所有者は、イタリアのジェノヴァからエネルギー部門で設立されたGEA Orengineに、ロックウェル･オートメーションの統合アーキテクチャに基づく補助プラントの建設を依頼しました。そうでなければ無駄になっていたでしょう。

これは、4つの172MWフランシス水車のそれぞれが生成できる可能性に関しては少量のように見えるかもしれませんが、達成される結果は100%サステナブルであることに加えて、本当に賞賛に値します。2.5MWの容量の増加により、さらに約1,000のアパートまたは5,000人のニーズを満たすのに十分な電気エネルギーが提供され、これはこの地域全体に相当します。

しかし、特にわずか3年で完全に活用された場合に非常に迅速にコストを回収できる水力タービン駆動のミニ水力発電所の形で、2.5MWを追加で回収することはどのようにできましたか? これは、利用される水路の生態学的完全性と形態学的保護を確保するために、ダムなどの保水施設が流さなければならない水の最小量である最小バイタルフロー(MVF)を活用することで可能になりました。

GEA Orengineのインターナショナルオートメーションのディレクタであるマウロ･ブリアルディ氏が説明したように、「この発電所で実施されたプロジェクトは、現在私たちの専門知識、つまり50kWから10MWの典型的な運転範囲を持つ小型水力発電所と見なされるものの象徴です」。ラヴァーニャの港湾地域で働く同社の技術スタッフ(ほとんどがエンジニアですが)は、水力タービンの設計から電力変換システムおよび関連する自動化まで、プロジェクトで行う必要のある実質的にすべての責任を負います。そして、ここでロックウェル･オートメーションが活躍します。

彼は次のように続けます。「私たちは、イタリア以外でも、特に中南米で、世界中で事業を展開しています。これらの市場での活動にとって、ロックウェル･オートメーションは、特にオートメーションソリューションの品質とパフォーマンスの点で、アメリカ大陸でそのソリューションが広く受け入れられ、そのスタッフが常にオンサイトサポートを届けてくれるため、当社にとって標準となっています。」

課題

わずか100kmの長さの川は、主要な水路として分類されていませんが、電気エネルギーのサステナビルな中規模の生産をサポートできるリソースです。クライアントは、ダムの下流の川のコースの水流エネルギー散逸バルブと並行して水力タービンを設置し、そうでなければ無駄になるエネルギーを電気エネルギー(2.5MW)に変換することにより、川のMVFを活用したいと考えています。GEA Orengineは、クライアントの特定のニーズによりよく対応するために、最適化、サステナビリティ(持続可能性)、コスト削減の目標に沿って、従来の制御機能を使用したより革新的なアプローチを導入する機会を提供したいと考えました。統合された単一のアーキテクチャにより、システムの制御が可能になるだけでなく、エネルギー消費に関連するデータだけでなく、機械の振動に関する完全な可視性が提供され、効果的な状態ベースの予知保全プログラムが確立されます。

ソリューション

ロックウェル･オートメーションは、GEA Orengineによって発せられた課題に熱心に取り組みました。革新的なアプローチでニーズを満たし、水力発電タービンを管理および制御しながら、エンドユーザが運用コストを削減できる独自の完全な統合ソリューションを提供します。

この目的のために、エネルギー消費の分析および制御機能が組み込まれた単一の統合アーキテクチャが提案されました。これにより、プロジェクトの高いレベルのサステナビリティがさらに強化され、プラントの運用コストも削減されました。さらに、振動をモニタする機能により、メンテナンスプランが実装され、計画外のダウンタイムのリスクと関連コストが削減されました。

制御アーキテクチャは、EtherNet/IP™ネットワーク上で相互に接続された4台のAllen-Bradley®のCompactLogix™プログラマブル･オートメーション･コントローラ(PAC)の処理能力をベースとして、IEC 60870-5-104伝送プロトコルも使用します。これは、発電所のオートメーションのコンテキストでのリモート制御機能の参照標準です。4台のCompactLogixコントローラは、ロックウェル･オートメーションのユニット(この場合は、より強力なAllen-BradleyのControlLogix® PAC)も装備されているメインプラントの中央制御とインターフェイスされました。最高のパフォーマンスを得るため、および電磁干渉(EMI)から保護するために、物理伝送媒体として光ファイバーが選択されました。

Allen-BradleyのPowerMonitor™ 1000が設置され(エネルギー負荷制御と関連パラメータ)、保護され、EtherNet/IPプロトコルを介してロックウェル･オートメーションのPACに接続されました。

最後に、振動を制御および分析するために、Allen-BradleyのXM®シリーズの動的測定モジュールが使用されました。これは、ロックウェル･オートメーションがシャフト、ケーシング、または回転機械の台座をモニタするために特別に設計したモニタおよび保護のためのオンラインソリューションです。これはロックウェル･オートメーションのEmonitorコンディション･モニタ･スイートがインストールされた専用のパネル型PC産業用Versa View 6181Pスタンダードに接続され、効果的に状態ベースの予知保全プログラムをアクティブにしました。実際のエネルギー生成装置は、狭いトンネルを通ってのみ到達できる洞窟にあります。結果として、不利な環境条件は、運用の継続性の障害になりません。

結果

マウロ･ブリアルディ氏が説明したように、信頼性とパフォーマンスの考慮事項に加えて、単一のサプライヤから供給されたアーキテクチャを採用する決定は、ロックウェル･オートメーションが振動モニタソリューションを含む必要なモジュールをすべて容易に入手できるという事実にも動機付けられました。この単一サプライヤのアプローチは、完全に統合された環境の作成にもつながり、通信やデータ変換インターフェイスに頼る必要はありません。

「既存のインフラを活用し、ロックウェル･オートメーションのテクノロジのおかげで、プラント容量を2.5MW増加させ、地域全体のニーズを満たすのに十分なエネルギーを供給することを可能にする100%サステナブルなプロジェクト(水力発電所で高度に複製可能な)を実施することができました」と、ブリアルディ氏が付け加えました。

彼は次のように結論付けます。「ある程度のプラントの複雑さにもかかわらず、大きな障害はありませんでした。それどころか、RSLogix™ 5000プログラミング環境の機能のおかげで、現場でのソフトウェア開発と精密チューニングの段階はわずか3週間で完了し、総コストの制限に大きく貢献しました。これは、特にアプリケーションスキルが決定的な振動解析に関して、ロックウェル･オートメーションの技術チームによって提供されたサポートのおかげでも達成されたと言わなければなりません。」