Möjliggörande och optimisering för fjärrstyrning av motorbaserade kraftverk

Inledning Wärtsilä är ett finländskt företag och en global marknadsledare inom smarta teknologier samt kompletta livscykellösningar inom marin- och energiindustrin. Företaget värderar hållbarhet och effektivitet, eftersom målsättningen är att bidra med optimerade kraftverks- och fartygslösningar. Wärtsilä är grundat 1834 och år 2018 hade företaget kring 19 000 anställda. I detta arbete ligger fokus på den motorbaserade kraftverksportionen av Wärtsiläs verksamhet inom energiindustrin och hur denna kunde vidareutvecklas genom att introducera fjärrstyrning. Eftersom intresset för automation ökar inom många industrier, på grund av optimering av verksamhet samt ekonomiska fördelar, så påverkas även synen på kraftverk inom elproduktion. Anefter att andelen elektricitet som produceras från förnybara källor (såsom vind och sol) ökar, så förändras också rollen och betydelsen av Wärtsiläs motorbaserade kraftverk på grund av att behovet av flexibilitet växer. Jämfört med de flesta andra sätt att generera elektricitet, är motorer optimala för att balansera skillnaden mellan produktion och behov på elmarknader med höga andelar av förnybara källor. I dessa förhållanden så utnyttjas Wärtsiläs utbud för att tillfredsställa topparna i elkonsumtionen (”peaking”) på grund av motorernas tillförlitlighet samt snabba start- och stopptid. Ett kraftverk med syfte att tillfredsställa topparna i elkonsumtionen kan ha så lite som 1 000 körtimmar per år, jämfört med omkring 8 000 timmar för ett kraftverk som producerar elektricitet för baskonsumtion. En utmaning för ägarna av existerande kraftverk (som ursprungligen byggts för att producera elektricitet för basbehovet) är att hålla deras verksamhet lönsam, om nyttjandet av kraftverket ändras från en hög till en låg körprofil. Kraftverket måste utnyttjas för att operatören ska kunna sälja elektriciteten som produceras, medan mängden manskap som anställts kring verksamheten, även är baserad på en mycket intensivare användning av anläggningen. Ett sätt för att bevara lönsamheten i dessa kraftverk är att introducera fjärrstyrning, eftersom den möjliggör sänkta kostnader för driften. Förutom detta så skapar fjärrstyrning även möjligheter för centraliserat drivande av flera olika kraftverk från ett och samma kontrollcenter, vilket är attraktivt för operatörer som äger flera olika anläggningar. Förutom dessa omständigheter, så är fjärrstyrning även intressant för operatörer som endast äger ett kraftverk som redan är optimerat för ett ”peaking” syfte, eftersom konceptet potentiellt också leder till mindre hälso- och säkerhetsbekymmer samt förbättrad kvalité av tjänster och generellt mindre behov för process- och verksamhetsstyrning. Syftet med detta arbete är således att skapa ett ramverk för Wärtsilä för vilka system, processer och lösningar företaget måste utveckla, inkludera eller utesluta i deras kraftverk, för att kunna erbjuda fjärrstyrning för nya, men även existerande, motorbaserade kraftverk. Metod Slutresultatet med arbetet är avsett att vara en praktisk sammanställning av detaljer som borde förbättras för att fjärrstyrning av företagets kraftverk ska fungera på ett hållbart och säkert sätt, utan att riskera kvalitéten på offererad lösning eller service. Denna helhet har skapats genom en sammanställning av intern expertis inom Wärtsilä samt extern rådgivning från företag som Citec och ABB. Vidare forskning har även gjorts för att förklara och reda ut koncept och lösningar, varefter all information har sammanfattats i tabeller. Dessa tabeller har utvecklats för att maximera den praktiska nyttan för Wärtsilä och således möjliggöra att arbetet kan utnyttjas i större utsträckning än endast som ett akademiskt arbete. Utredningen som gjorts för att möjliggöra fjärrstyrning av Wärtsiläs kraftverk har behandlats ur ett tekniskt perspektiv, vilket är varför rekommendationer på förbättringar ges på komponent- och systembasis. Trots detta, så inkluderas även kommersiella aspekter i texten för att granska Wärtsiläs nuvarande utbud på motorer och service, i jämförelse med konkurrenternas utbud och framtida behov på marknaden. Arbetet ger även insikt i hur ett fjärrstyrningskoncept kunde offereras för att optimera nytta och vinst för både Wärtsilä och deras kunder, medan tillvägagångssättet skiljer sig beroende på om konceptet är infört i försäljningsfasen i ett nytt kraftverk eller om det säljs som en uppgradering till ett gammalt. Fjärrstyrning är därför komplext, eftersom det är väldigt projektspecifikt och hur man bemöter konceptet är i stor utsträckning varierande beroende på de krav som ställs från kunden samt lagar och restriktioner i olika delar av världen. Dessa och andra liknande utmaningar är beskrivna mer i detalj i arbetet för att ge en så klar helhet av konceptet som möjligt på samma gång som det lämnar rum för vidare utveckling. Resultat och diskussion I detta arbete framgår det tydligt vilken roll som motorbaserade kraftverk har, och kommer att ha, i framtidens elproduktion. Utmaningar, fördelar samt strategier är beskrivna för att skapa en helhetsbild av varför fjärrstyrning av kraftverk är en optimal lösning för den ständigt förändrande elindustrin. Ett koncept som baserar sig på att öka graden av automation för att i längden spara in på driftkostnader, genom att minska mängden anställda, innebär dock mycket förändring. Detta leder inte endast till skillnader i utrustning, utan även i verksamhet, vilket är tydliggjort i arbetet. Brister i Wärtsiläs apparatur samt rekommendationer på förbättring är kartlagda och en metod har blivit skapad för hur företaget skall bemöta konceptet i sin helhet. Resultatet är en guide för Wärtsilä om varför fjärrstyrning är ett koncept som är värt att införa samt vilka steg som måste tas för själva genomförandet. Eftersom Wärtsilä är ett internationellt företag så finns det många olika perspektiv av ett och samma koncept, som inte endast måste beaktas, utan också utredas. Detta arbete bidrar med en god grund för Wärtsilä att bygga på för att förverkliga fjärrstyrning av deras kraftverk, men det ger inte en färdig lösning. Vidare forskning bör göras speciellt inom cybersäkerheten och pålitligheten med konceptet, och inte endast inom kraftverkets begränsningar, utan också utanför. Kärnan i att göra fjärrstyrning lönsamt är centraliserad kontroll av många kraftverk från ett gemensamt center, och användningen av dessa center samt säkerheten som krävs, är något som fordrar uppmärksamhet och vidareutveckling.Remote control is a trend that will grow stronger since centralized operations enable lower OPEX and LCOE as well as better utilization of experts through the management of several power plants from one location. Besides this, minimizing the amount of hired site personnel also increases safety on-site and subsequently creates a power plant that is better prepared for hazardous events (such as pandemics or war). For these reasons, this work is focused on Wärtsilä’s energy business and how it could be excelled by introducing the concept of remote control from the standpoint of value-creation, to maximize competitiveness. Economic factors are described, and it is explained why remote control is worth pursuing because of the outlook of the energy market, to create an alternative route to generate sales in a changing industry. The evaluation of Wärtsilä’s current systems that is found in chapter 4, combined with the other sections of the work, creates an understanding of not only what Wärtsilä must develop for remote control capabilities of their power plants, but also how and why. Through explaining the fundamentals of the concept, to investigating the company’s current value proposition in comparison to trends in the market, to then study the equipment and how the idea could be sold, this work has gathered and created a foundation of information for Wärtsilä to build on for future developments