Цифровая электростанция: моделирование ТЭЦ
Цифровые двойники в энергетике применяются для повышения эффективности работы электростанций, оптимизации режимов работы ТЭЦ и ТЭС, а также для повышения экономической эффективности производства электрической и тепловой энергии. Использование цифровых моделей позволяет анализировать производственные процессы, находить оптимальные режимы генерации и обеспечивать получение максимальной маржинальной прибыли при работе на ОРЭМ.
В основе цифровых двойников НБИ лежит энергомоделирование, формирующее детализированную энергетическую модель электростанции с учетом оборудования, режимов работы и технологических ограничений. Такая модель позволяет проводить сценарный анализ, рассчитывать оптимальные режимы генерации, оценивать влияние изменений на экономические и топливные показатели и принимать управленческие решения без вмешательства в реальный объект.
Современная цифровая электростанция использует цифровые модели для повышения точности планирования, оптимизации загрузки основного и вспомогательного оборудования, снижения расхода топлива и повышения устойчивости производственных процессов.
Решение для достижения оптимального режима работы ТЭЦ
АО «НБИ» - разработчик платформы «EMAS», создает решения класса ЦД - цифровые двойники электростанций. «EMAS» - это комплексное цифровое решение автоматизации планирования и мониторинга режимов работы генерирующих предприятий для повышения маржинальной прибыли от производства и сбыта тепловой и электрической энергии. Платформа «EMAS» используется на более 210 электростанциях общей установленной электрической мощностью более 124 ГВт, что составляет более 50% от всей установленной мощности генерирующих объектов ЕЭС РФ.
Продукт «EMAS.OPT» - программное решение для создания цифровых двойников предприятий, предназначенных для оптимизации режимов работы оборудования. EMAS.OPT в энергетике - это система планирования оптимального режима работы станции, мониторинга и контроля состояния генерирующего оборудования.
Математические модели, лежащие в основе цифровых двойников электростанций, включают технологическую схему производства электрической и тепловой энергии с привязкой к договорам на поставку топлива и к договорам на продажу тепловой и электрической энергии.
Цифровые двойники энергетического сектора позволяют решать не только технологическую задачу оптимального распределения нагрузки, но и экономические задачи, включая поиск оптимальных режимов работы ТЭС по маржинальной прибыли, по оптимизации расхода топлива, а также исходя из инвестиционных оценок технического перевооружения и ремонта оборудования.
Решение применяет метод оптимизации, позволяющий находить глобальный оптимум с учетом специфики, характеристик и ограничений объектов автоматизации (метод смешанно-целочисленного линейного программирования, MILP).
Современные цифровые двойники электростанций представляют собой точную цифровую копию физического объекта или процесса, позволяя моделировать, анализировать и оптимизировать работу генерирующего оборудования. Их применение охватывает визуализацию технологических процессов, поиск оптимальных режимов функционирования котлотурбинного и вспомогательного оборудования, а также реализацию мер по снижению углеродного следа за счет более экономичной и сбалансированной работы ТЭЦ и ТЭС. Цифровые двойники в энергетике являются ключевым инструментом повышения эффективности, позволяя предприятиям точно прогнозировать результаты работы, минимизировать расходы, улучшать топливный баланс и поддерживать принятие управленческих решений на основе данных.
Использование EMAS.OPT позволяет энергетическим компаниям внедрять цифровые двойники ТЭЦ и ТЭС, повышать точность расчетов, оптимизировать режимы выработки и повышать эффективность управления генерирующими активами.
Преимуществом решения является нахождение режимов работы ТЭС, обеспечивающих получение максимума маржинальной прибыли при заданных условиях и технологических ограничениях.
Для решения этой задачи «EMAS.OPT» использует цифровую модель объекта со всеми технологическими связями, особенностями и ограничениями. Для нахождения оптимальных решений в темпе, необходимом для бизнес-процессов, используется специализированный решатель (Solver), применение которого позволяет за приемлемое время осуществить выбор наилучшего решения среди миллионов возможных вариантов. Решение задачи оптимизации может быть описано функциональной схемой:
Модули EMAS.OPT
Преимущества и возможности цифровых двойников в энергетике
- ведение оптимального режима работы электростанции и повышение эффективности ТЭС;
- оптимизация режима работы ТЭЦ на рынке электроэнергии и мощности (ОРЭМ, РСВ, БР), снижение затрат и максимизация прибыли;
- прогнозирование и оптимизация производственных и бизнес-процессов;
- снижение затрат при выработке электрической энергии;
- создание мнемосхем основного технологического оборудования и систем мониторинга состояния генерирующего оборудования;
- планирование и управление ремонтами энергетического оборудования;
- распределение тепловых и электрических нагрузок ТЭС;
- планирование и выбор минимального состава генерирующего оборудования;
- моделирование основного и вспомогательного генерирующего оборудования ТЭС;
- снижение затрат при производстве электрической и тепловой энергии;
- оптимизация теплофикационной выработки;
- снижение затрат при работе на ОРЭМ;
- оптимизация конденсационной выработки;
- оптимизация на рынке электроэнергии и мощности;
- планирование программы ремонтов электростанций;
- оптимизация производственных процессов производства электрической и тепловой энергии;
- контроль ведения режима работы ТЭС.
Технические характеристики
В программном продукте для цифровых двойников реализован механизм моделирования тепловой и технологической схемы объекта автоматизации. Для упрощения создания, настройки и редактирования цифровой модели объекта автоматизации используется визуальное представление всех связей и объектов моделирования в виде топологической схемы.
Поскольку цифровая модель является основой для проведения оптимизационных расчетов по критерию максимизации маржинальной прибыли, в ней содержится не только техническая информация о тепловой и технологической схемах станции, но и ряд параметров, позволяющих производить сведение балансов и калибровку модели с использованием фактических данных с различных систем сбора производственно-технической информации.
В рамках реализованных проектов специалистами АО «НБИ» разработано более 70 моделей электростанций.
Цифровые модели ТЭЦ и ТЭС, созданные на базе платформы EMAS, позволяют выполнять оптимизационные расчеты, учитывать технологические ограничения, контролировать параметры оборудования и обеспечивать поддержку принятия решений в режиме, необходимом для производственных и рыночных процессов энергетического предприятия.
Проекты
Построение цифровой модели ТЭЦ для ОАО «ТГК-16» 
Внедрение программно-аппаратного комплекса на «Ново-Салаватской ТЭЦ» 
Реализация 7-ми цифровых моделей ТЭЦ для ПАО «Квадра» 
Реализовано 28 цифровых двойников ТЭЦ для ПАО «Т Плюс» 
Внедрение системы оптимизации в ПАО «ТГК-1» 
Внедрение системы оптимизации на трех ТЭЦ для ПАО «ТГК-1»