Tacoma Power, 물고기 이동 복원하고 1,700 가구를 위한 전력 생산

배경

수력 전기는 미국에서 발전의 초석입니다.1880년대부터 엔지니어들은 유명한 후버 댐부터 작은 규모의 수력 전기 프로젝트에 이르기까지 흐르는 물의 힘을 활용해 전기를 생산했습니다.

그러나 지난 몇 십 년 동안 수력 전기의 혜택을 누린 사람들은 이제 댐이 환경, 특히 지역 물고기 번식에 미치는 영향을 인식하기 시작했습니다.

연어, 청어와 같은 어종은 바다에서 산란 장소인 강으로 이동합니다.부화된 치어는 강에서 서식지인 바다로 이동합니다.기존의 댐은 강에서 바다로의 자유로운 흐름을 차단하여 이 생명 주기를 파괴했습니다.

연방 및 주 규제 기관은 생태 복원을 위해 발전소를 상대로 물고기가 댐을 우회할 수 있는 혁신적인 방법을 찾을 것을 지시했습니다.워싱턴 주의 Tacoma Power는 이러한 발전소 중 하나입니다.타코마 시가 소유한 이 발전소는 도시 거주민의 50% 이상에 전기를 공급합니다.이 에너지의 90%가 서부 워싱턴의 강에 설비된 수력 발전소에서 생산됩니다.

Tacoma Power가 시 전기 생산 면허 갱신을 앞둔 시점에 시는 멸종 위기의 무지개송어와 붉은 송어, 연어의 개체 수를 보존하기 위해 두 개의 댐을 우회하는 물고기 이동 경로를 만들어야 했습니다.

과제

당시 노스포크 스코코미시강 상류의 Tacoma Power의 쿠시먼 2호 댐에는 강의 노스포크에 대한 수력 발전 역량이 없었습니다.이 댐은 1929년 인공 저수지인 쿠시먼 호수 내에 물을 가두어 두기 위한 시스템의 일부로 건설되었습니다.

Tacoma Power는 1992년 호수에서 강바닥으로 물이 흐를 수 있도록 댐 하부에 두 개의 수문 밸브를 추가했습니다.그러나 밸브를 통한 물의 흐름은 물고기 이동 경로로 사용하기에는 너무 강했습니다.물고기가 이용할 잔잔한 경로를 제공하기 위해 Tacoma Power는 상류를 향하는 성어와 바다를 향하는 치어 모두를 위한 물고기 수집 시설을 구축해야 했습니다.

물의 흐름을 분산시켜야 했던 Tacoma Power는 이 과정에서 댐 하부에 새 발전소를 지어 조류의 힘을 포착, 수력 발전에 이용할 수 있음을 파악했습니다.

이 발전소는 주변 지역을 홍수로부터 안전하게 보호하고 물고기 이동을 관리하기 위해 강의 자연스러운 흐름을 모방해야 했습니다.Tacoma Power가 소유 및 운영하는 다른 발전소와 마찬가지로 새로운 쿠시먼 노스포크 발전소 역시 현장 직원의 필요성을 없애기 위해 완전히 자동화해야 했습니다.직원은 Tacoma 사무실의 운영 센터에서 원격으로 댐에 액세스합니다.

이 발전소는 1,700가구가 쓸 수 있는 재생 가능한 에너지를 생산하게 될 것이므로 고객에게도 혜택이 돌아가게 됩니다.

솔루션

Tacoma Power는 예전부터 Allen-Bradley^® ControlLogix^® 컨트롤러(PAC)를 사용해서 다른 7개 발전소를 자동화하고 있습니다.

Tacoma Power의 발전 자동화 감독관인 Ozan Ferrin은 "Allen-Bradley 컨트롤에 대한 경험을 바탕으로 새 프로젝트에서도 같은 솔루션을 사용하기로 했다"고 말했습니다.

Ferrin과 다른 Tacoma Power 컨트롤 엔지니어들은 ControlLogix PAC 네 개를 사용해서 완전히 자동화된 시스템을 설계했습니다.PAC 두 개로 각각 1.8MW 발전 장치 두 대 중 하나를 제어하고, 세 번째 PAC로는 장치 이동 상황에서 흐름 지속을 위한 기존 수문 밸브 조작 등 시설의 균형을 제어하고, 네 번째 PAC로는 댐 하부, 발전소 바로 바깥쪽에 위치한 물고기 채집 장비와 물고기 호이스트 시스템을 제어합니다.

새로운 시스템에서 운영자는 공장 전체의 흐름 제어 설정점 하나를 사용해서 발전소를 제어합니다.시설 균형 PAC는 제어 설정점을 수신하고 자동으로 각 발전 장치와 수문 밸브에 흐름 명령을 내려 규정된 속도로 물이 흐르도록 하면서 계절별 강물의 흐름을 모사합니다.로크웰 오토메이션 Encompass^™ 제품 파트너이자 로크웰 오토메이션 PartnerNetwork^™ 프로그램 회원사인 ProSoft Technology의 DNP 카드와 Modbus^® 카드는 Northfork Powerhouse의 센서, 장비 및 기타 시스템과 접속합니다.이는 여러 플랫폼에 걸쳐 끊김 없는 Ethernet 통신을 제공합니다.

두 발전기 중 하나가 오프라인이 되면 시설 균형 컨트롤러가 즉각 수문 밸브를 열어 손실된 흐름을 보상하여 고른 물 흐름을 유지합니다.

Tacoma Power 엔지니어링 팀은 물고기 채집 시설을 위해 성어를 댐 너머로, 2년생 연어를 댐 측면으로 원활하게 옮겨 줄 호이스트를 설계해야 했습니다.여기에는 정확한 컨트롤이 가능한 드라이브가 필요했습니다.

이 컨트롤은 댐 하부에서 시작됩니다.물고기가 댐을 향해 헤엄쳐 오면 완전히 성장한 물고기는 물고기 수집 시설의 호퍼에 잡히고 Allen-Bradley PowerFlex^® 700 인버터로 작동되는 트램을 통해 자동으로 댐 측면으로 이동됩니다.이 드라이브의 Allen-Bradley TorqProve^™ 기능은 드라이브와 트램의 기계식 브레이크 간에 컨트롤을 전달할 때 호퍼의 컨트롤을 관리하는 데 유용합니다.

호퍼는 댐 위로 물고기를 끌어올리고 여기서 물고기는 분류 및 개체 수 확인을 거친 후 트럭을 통해 쿠시먼 호수로 수송됩니다.물고기 수집 장비 운영에는 PowerFlex 70 드라이브 및 콤비네이션 스타터가 사용됩니다.

물고기 라이프사이클의 또 다른 끝에 있는, 바다를 향해 이동하는 치어는 댐 상부의 호퍼로 이동된 다음 2년생 연어 방생 카트에 실려 바다를 향한 하류로 방생됩니다.

Tacoma Power 제어 엔지니어들은 Allen-Bradley DriveTools^™ SP 소프트웨어 및 Rockwell Software^® Studio 5000 Logix Designer^™ 프로그래밍 소프트웨어를 사용해 PowerFlex 인버터를 프로그래밍했습니다.엔지니어들은 Studio 5000 Logix Designer 프로그램에 애드온 프로파일로 직접 드라이브를 추가할 수 있었으며, 이는 드라이브 파라미터를 ControlLogix 컨트롤러를 프로그래밍하는 데 사용된 것과 같은 소프트웨어인 Studio 5000 Logix Designer 애플리케이션에 자동으로 통합함으로써 프로그래밍 시간을 줄이는 데 도움이 되었습니다.

Ferrin은 "다른 제어 소프트웨어도 사용해 봤지만 Studio 5000 Logix Designer 애플리케이션만큼 모든 제어 요건을 충족하면서 사용하기 쉬운 소프트웨어는 없었다"고 평가했습니다."또한 컨트롤러를 프로그래밍할 때와 같은 소프트웨어를 사용해서 드라이브 파라미터를 프로그램하고 저장할 수 있으므로 시운전 시간을 줄이고 드라이브 파라미터와 컨트롤러 프로그램을 파일 위치 한 곳에 저장할 수 있습니다."

한편 Tacoma Power 팀에서는 로크웰 오토메이션의 I/O 카드를 사용하여 Tacoma 사무실에서 원격으로 온도, 장비 상태를 모니터링하고 장비를 제어합니다.

결과

채집 시설은 물고기 이동 경로를 복원했고, 회사는 이제 타코마 시를 위한 발전 면허를 2048년까지 확보했습니다.

또한 Tacoma Power는 새로운 발전소를 위한 운영 목표도 달성하여 3.6메가와트의 부가적인 수력 전기를 생산하고 있습니다.

발전소는 완전히 자동화되므로 회사는 작업자를 위한 부가적인 비용 지출을 피할 수 있습니다.Ferrin은 "제어 센터에서 버튼 하나만 누르면 흐름을 늘리거나 줄일 수 있다. 수동으로 조작하는 방법보다 더 정확하고 현장 인력 배치에 따르는 비용도 절감된다"고 말했습니다.

또한 이 시스템은 연방 에너지 규제 위원회(FERC)가 정한 흐름 요구 사항을 위반할 위험도 낮춰 줍니다.장치 이동 시 백업 수문 밸브를 자동으로 여는 기능은 규정 준수 요건을 더 효과적으로 충족하는 데 도움이 됩니다.

또 다른 장점:이 회사는 포트폴리오에 재생 가능한 에너지를 더 많이 추가한 덕분에 이제 주 정부로부터 재생 가능 에너지 크레딧을 받습니다.

Tacoma Power는 물고기 개체 수를 더 늘리기 위해 쿠시먼 강 프로젝트에 부화장을 두 개를 새로 만드는 중입니다.첫 번째 부화장은 매년 200만 마리의 붉은 연어를 양식하고 두 번째 부화장은 425,000만 마리의 연어 및 무지개송어 치어를 키우게 됩니다.모든 물고기는 쿠시먼 호수에 방생됩니다.

위에서 언급한 결과는 Tacoma Power가 로크웰 오토메이션의 제품과 서비스를 타 제품과 함께 사용하여 얻은 결과입니다.구체적인 결과는 고객마다 다를 수 있습니다.