発電所を信頼できるピーク効率に回復する

米国南部の 2 つのピーカー プラントでは、制御システムのアップグレードと発電機の巻き戻しプロジェクトにおいて、経験豊富な回転機器サービス プロバイダーの経験とノウハウが不可欠であることがわかりました。

送電網は、吹雪や凍てつく冬の条件、あるいは夏の灼熱の熱波の結果であろうと、気候変動によるますます深刻な影響に年々直面しています。 2022年9月上旬、ヒートドームが米国西海岸に定着し、気温が史上最高値を記録した。 猛暑が山火事の原因となり、熱帯低気圧が到来して気温が下がる前に送電網に負担をかけた。 わずか数カ月後、2023 年 2 月に北極圏で発生した大流行により、華氏マイナス 108 度の寒さなど北東部の記録が破られ、この地域の電力供給に深刻な負担がかかりました。

このような急激な気温の上昇または下降が発生すると、人々は不快な天候を避けるためにサーモスタットで制御された暖房または空調の効いた家に向かうため、エネルギー使用量が急激に増加します。 しかし、すべてのヒーターやすべての空調ユニットがオンになっていると、エネルギー源をオンラインに保つために、どこにでも送電網が残業しなければなりません。 また、場合によっては、グリッドが耐えられないほどのストレスがかかることもあります。

「ピーカー発電所」または略して「ピーカー」と入力します。 ピーカーは通常、ベースロード発電所が提供する電力に加えて、ガスタービンを使用してグリッドに一時的な電力を供給します。 ベースロード プラントは通常、年間を通じて 1 日を通してかなり安定したレベルで電力を生成しますが、ピーカーは短時間 (通常は年間 1,500 時間未満) で起動してから電源がオフになりますが、250 時間ほど稼働するものもあります。 1年当たり。

これらのピーカーが電力網の緊急時対応計画としての役割を果たし、使用量の劇的な増加時に需要を満たすだけでなく維持するためには、信頼性が絶対条件となります。 そのため、必要に応じてすぐに起動できるようにするために、ピーカー プラントの維持とメンテナンスが不可欠です。 ピーカープラントの不適切に構成された制御システムや故障した発電機に対処しなければ、信頼できるバックアップ電源があるか劇的な緊急事態が発生するかの違いを意味する可能性があります。

この記事では、2 つの異なるピーキング施設のプラント オペレーターが外部の回転機器サービス プロバイダーである EthosEnergy と協力して、同様の運用上の問題にどのように対処したかについて詳しく説明します。 より高いレベルの信頼性を維持し、冗長電源としての使命を果たすために、両発電所は危機が発生する前に能力を向上させるための積極的な手段を講じました。

テキサス州のマルチユニットピーカープラントは、回転機器サービスプロバイダーに連絡し、制御システムの機能とソリューションについて問い合わせました。 施設管理者は、発電所の出力と信頼性に関する問題を克服するために、EthosEnergy が何かできることはないかと考えていました。 サイトでは重大な信頼性の問題が発生し、必要な開始時間や出力要件を満たしていませんでした。 施設はピークに達しており、契約上の約束を果たすために電力を購入し、運用上の問題を解決するために人員を増員する必要がありました。

回転機器サービスプロバイダーは現場評価を実施し、制御システムがプラントの信頼性問題の主な要因であることを発見しました。 その後、技術者はユニットを遠隔監視することで問題のトラブルシューティングを開始し、プラントの健全性と診断 (エンジン性能) の評価を実行しました。

顧客は EthosEnergy に発注書を発行し、問題を修正するために停止を開始しました。 プロバイダーの制御エンジニアは、タービンとバランス オブ プラント (BOP) 制御をアップグレードし、無停電電源装置 (UPS) の問題、配電の問題、配線の問題 (図 1) などの問題を修正しました。 この範囲には、既存のハードウェアの再構成や、必要に応じてハードウェアのアップグレード/交換も含まれます。

1. テキサスのピーカープラントでの制御システムのアップグレードにより、特に起動信頼性が向上し、出力が増加し、より安定したパフォーマンスが提供されました。 提供: エトスエナジー

適用されたすべてのアップグレードは標準的で再現可能なソリューションを満たしていましたが、元の構成は非常にアドホックでした。 停止に関する約束は守られ、お客様は引き続き回転機器サービス プロバイダーと継続してリモート サポートを提供していただきました。

EthosEnergy と連携した結果、ピーカー プラントの起動信頼性が劇的に向上し、ユニットあたりの出力が 2% 以上増加しました。 回転機器サービス プロバイダーは、グリッドへの同期の問題を解決し、起動から全負荷までの 10 分間を満足させました。 タービン制御により、安定したパフォーマンスと再現性のある起動が提供されるようになりました。 システムマニュアルと図面ドキュメントは追加コンテンツで更新および改善され、試運転中に広範なオンサイトトレーニングが実施されました。 この施設は、発電が必要とされる重要な時期である2021年のテキサス州の冬の嵐の間、ユニットが合わせて180時間以上稼働し、投資から多大な利益をもたらしました。

高需要期が近づいているため、ピークに達するルイジアナ州の発電所は最高の状態にある必要がありました。 このピークに達している施設にとって、夏のシーズンの開始までにフル稼働能力を確保することが重要でした。

残念ながら、ピーカーはガス タービンの 1 つに取り付けられた GE フレーム 7A6 発電機でトリップを経験し始め、大きな問題を引き起こしました。 発電機は約 1 年半にわたって高レベルの振動にさらされていましたが、2021 年 3 月初旬にその振動により装置がトリップし始めました。 この装置は発電能力にとって重要であるため、工場は発電機のローター巻き戻しを委託することを決定しましたが、60 日以内に稼働させるという厳しい期限までに作業できるパートナーを見つける必要がありました。 その年の 5 月 1 日までにそのユニットがオンラインにならなければ、電力契約に基づいて多額の罰金が科せられることになる。

信じられないほどの切迫感のため、3月5日にピーキング工場から外部の回転機器サービスプロバイダーに支援要請が送信され、3月9日までに返送される予定だった。入札者5社による熾烈な競争があった。 ピーカーの経営陣にとっての主な懸念は、5 月 1 日の期限を守ることでした。 それは、EthosEnergy が達成できると確信していたものでした。 さらに、回転機器サービスプロバイダーは、再組み立て作業を 1 つのシフトで実行することにより、ピークに達するプラントのコストを節約することもできました。

3 月 11 日、クライアントは口頭で EthosEnergy に発電機巻き戻し契約を締結しました。 わずか 4 日以内に、プロバイダーはフィールド サービス スタッフを動員し、必要なクレーンを下請けに出しました。 その後、回転機器サービスプロバイダーはユニットを完全に分解し、発電機をニューメキシコ州のファーミントン施設に輸送しました。 そこで作業員がローターを解体し、銅を取り除き、地金に戻しました。 その後、故障のメカニズムを調査して修正し、新しい断熱材を設置しました。

ユニットがプロバイダーのワークショップで再組み立てされた後、高速バランスとヒートランが実行されました。 これにより、プロバイダーはピーキングプラントに、以前に現場で発生した振動の問題が再発しないことを確認することができました。 このユニットは、ゼロから 3,600 rpm までの速度範囲全体にわたって、業界目標の 2.5 ミリメートル/秒 (mm/s) を大幅に下回り、迅速にバランスをとりました。 達成された最終バランスは 0.5 mm/s でした。

EthosEnergy との協力により、ローター (図 2) は現場に戻り、期限より 3 日早い 4 月 28 日までに機械的に組み立てられました。 このような種類の問題に対処した経験と知識により、回転機器サービス プロバイダーはプロジェクトの開始から終了までわずか 45 日で完了しました。 これは、多くの専門家がこの種のプロジェクトの所要時間について通常予想しているよりも 10 日も早かった。特に米国の高温停電シーズンにおいてはそうだった

2. ルイジアナ州のピーカー工場では振動が大きかったため、発電機の巻き戻しが必要でした。 この作業はわずか 45 日で完了し、信頼性が向上し出力が回復すると同時に、発電機のライフサイクルが 20 年延長されました。 提供: エトスエナジー

また、回転機器サービス プロバイダーは、単一シフトで作業することにより、ピーカー プラントのメンテナンス費用を約 15% 節約しました。 ピーカーには、ピークシーズン中に確実にフル稼働するユニットが搭載され、発電機の巻き戻しによりライフサイクルが 20 年延長され、信頼性が約 80% 向上し、出力が 60 MW から予想レベルの 93 MW に回復しました。

設置以来、ピーカー プラントのユニットは動作上の問題もなく、非常に順調に稼働しています。 回転機器サービスプロバイダーは、その最初の仕事をもとにクライアントとの強固な関係を築き、その結果、3 台の同一ユニットでのテストの実施や将来の修理計画の策定など、ピーカー工場でのさらなるプロジェクトの入札に成功しました。

電力網は、計画外の状況に対応してエネルギー使用を維持するために、これまで以上にピーカーに依存しています。 気候関連かどうかにかかわらず、ニーズが何であれ、信頼できるサービスプロバイダーと協力して、問題が発生する前に運用が最高のパフォーマンスで確実に行われるようにすることで、発電所は最も必要なときに顧客に信頼できるサービスを提供できるようになります。

—Chris Wilkinson は EthosEnergy の成長担当上級副社長です。

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