Uudet työprosessit energiatehokkaissa investointihankkeissa
PSK-BIM seminaari 9.5.2014 Järvenpää Osmo Viitasaari, Fortum Power Solutions
2
Power Solutions Success through a shared perspective
We are part of Fortum Corporation
4
Distribution • Electricity distribution
activities
Russia Division • Power and heat
generation and sales in Russia
• Includes OAO Fortum and Fortum’s slightly over 25% holding in TGC-1
Power and Technology • Hydro, nuclear and
thermal power generation • Power Solutions with
expert services • Portfolio management and
trading • Technology and R&D
functions The segment incorporates two divisions: • Hydro Power and
Technology • Nuclear and Thermal
Power
Heat, Electricity Sales and Solutions • Combined heat and
power (CHP) production • District heating activities
and business to business heating solutions
• Solar business • Electricity sales and
related customer offering
• Corporate Sustainability
5
Power Solutions lyhyesti
Power Solutions tarjoaa käyttö- ja kunnossapitopalveluita (O&M) sekä alan asiantuntija- palveluita sähkön ja lämmön tuotantolaitosten omistajille ja kehittäjille Pohjoismaissa, Venäjällä, Itämeren alueella, Keski-Euroopassa ja valikoiduilla kansainvälisillä markkinoilla
• Ydinosaamistamme ovat lämpö-, vesi- ja ydinvoima . • Palvelumme turvaa huippuluokan käytettävyyden ja
tuottavuuden sekä säästää kustannustehokkaasti energiaa.
• Käyttö- ja kunnossapitoreferenssimme kattavat
Fortumin omien voimalaitosten lisäksi kymmeniä kansainvälisiä voimalaitoksia ja asiantuntijapalveluita olemme toimittaneet sadoille asiakkaille ympäri maailman
www.fortum.fi/powersolutions
6
EcoPlant Solutions Monipuolinen palvelutarjonta asiakkaan eduksi
O&M Solutions
Expert Solutions Poltto- ja ympäristotekniikka Lämpötekninen suorituskyky Käytettävyyden hallinta Kunnon ja eliniän hallinta Ydinvoimaturvallisuus sekä
ydinjätteiden käsittely
Turbiini- ja generaattorihuollot, perusparannukset ja kunnonvalvonta
O&M Tietojärjestelmät Vesivoimakonsultointi ja perusparannukset
Kokonaisvastuullinen O&M O&M Management O&M Mobilisaatio O&M Advisory O&M Support
Nuclear
Turbines
IT Systems
International O&M Hydro
Alue- ja management-konsultointi Alueelliset, ekotehokkaat energiaratkaisut Toiminta- ja turvallisuuskulttuurin kehittäminen
Performance
7
Käytön ja kunnossapidon osaaminen antaa parhaan mahdollisen tuoton
Perus O&M- operaattori (Perustapaus )
Käytettävyys Polttoaine-tehokkuus
Ensiluokkainen O&M-operaattori
O&M- kustannus-tehokkuus
Uusinvestointi Pääomamenot
5 %-yksikköä korkeampi käytettävyys
1%-yksikköä korkeampi polttoainetehokkuus
10% pienemmät O&M kustan-nukset
10% pienemmät kunnossapidon ja investoinnin pääoma-menot
*Olettama: 800 MWe:n kaasukombilaitos, alkuperäinen investointi 500 MEUR; käyttökerroin 80%; sähkön hinta 50 EUR/MWh; polttoainekustannus 30 EUR/MWh; O&M -kustannukset 3 EUR/MWh; jälleen-investoinnin pääomamenot 2 EUR/MWh; WACC 10%; elinikä 25 vuotta
NPV vaikutus ~50 MEUR ~30 MEUR ~15 MEUR ~10 MEUR ~ 100 MEUR
Vaikutus tuottoon Kustannusvaikutus
Fortumin vaikutus
Pääoman tuotto, IRR-% ~1%
~0.7% ~0.5%
~0.3% +2.5%
KUVAINNOLLINEN
Maksimoi uuden voimalaitoksesi elinkaari
• Vastuu mobilisoida ja käynnistää voimalaitoksen toiminta
• Johtamisjärjestelmän kehitys ja käyttöönotto
Laitoksen jouheva käyttöönotto
Jatkuva kehitys ja tuloksellisuus Kustannustehokas käytön ja kunnossapidon suunnittelu
• O&M esisuunnitelun neuvonanto
• Neuvonanto EPC-sopimusneuvotteluissa
• Neuvonanto rahoitusvaihtoehdoista
• Ulkoistettu kokonaisvastuullinen käyttö ja kunnossapito
• Ulkoistettu käytön ja kunnossapidon tai pelkän kunnossapidon hallinta
• Asiantuntijapalvelut laitoksella tai etätukena
A B C
• O&M design review (käytettävyyden ja kunnossapidon suunnittelukatselmointi) • Koko O&M suunnittelu ja budjetointi
Projektikehityksen neuvonanto O&M Suunnittelu O&M Mobilisaatio
Kokonaisvastuullinen O&M
O&M Management
O&M Support
8
Previous international thermal operation and maintenance contract references Power plant Fuel Electricity District heat Steam Years
(MW) (MW) (MW) Peterborough (UK) gas 360 - - 1994-1999 Brigg (UK) gas 240 - - 1994-2000 Humber 1 (UK) gas 750 - - 1997-2000 Humber 2 (UK) gas 510 - - 1999-2000 Edenderry (IRL) peat 118 - - 2001-2002 Afferde (GER) waste 7 100 - 2000-2002 Bielefeld-Herford (GER) waste 2000-2002 Burghausen (GER) gas 120 300 - 2001-2005 Teluk Gong (MAL) gas 440 - - 1996-2006 Panglima (MAL) gas 720 - - 2002-2006 Laem Chabang (Thailand) gas 100 - 35 1999-2006 Bristol (UK) gas 50 15 - 2001-2008 Exeter (UK) gas 50 - - 2001-2008 Croydon (UK) gas 50 - - 2001-2008 Heartlands (UK) gas 100 - - 2003-2008 Panjin Liaohe (China) coal 44 250 - 2002-2008 Knapsack (GER) gas 800 - - 2006-2009 Herbrechtingen (GER) bio 16 - 25 2003-2009 Allington WtE (UK) waste 34 - - 2004-2010 Al Taweelah (UAE) gas 2070 - - 2005-2010 Hythe (UK) gas 55 - 62 2003-2011 Lakeside WtE (UK) waste 36 - - 2007-2012 Lünen (GER) coal 750 - - 2008-2013 Sullom Voe (UK) gas 95 - 330 2005-2014
9
Totally 24 power plants and over 8000 MWe: UK: 12, Germany: 6, Malaysia: 2, Ireland: 1, Thailand: 1, China 1, UAE: 1
Recent and on-going International O&M Contracts
Lünen 750 MWe Condencing Coal
O&M Services
Hythe
Asset Management Services
Grangemouth
Technical support services Lakeside
Sullom Voe Herbrechtingen 145 MWe / 250 MWth CHP Gas
95 MWe / 330 MWth CHP Gas
16 MWe / 25 MWst CHP Biomass
34 MWe W2E Munic. Waste
32 MWe W2E Munic. Waste
Hamm 800 MWe CCGT Gas
Tanjung Jati B
2x660MWe Condensing Coal
Kapar 4x300 MWe 2x500 MWe 2x110 MWe Coal, Gas
Allington
Knapsack 800 MWe CCGT Gas
2070 MWe / 165 MIGD CHP, Water Desalination
Taweelah
53 MWe CCGT Gas
10
Voimalaitosprojektin aikataulu ja toteutus
11
Lähde: ÅF
EPCM roolit
12
Lähde: ÅF
Laitosprojektin tehostaminen tehostaminen
Lisätuotanto
Aktiviteettien välisen kommunikaation ja koordinaation lisääminen
Yksittäisten vaiheiden läpimenoaikojen lyhentäminen
Perinteinen toteutusmalli Suunnittelu
Toteutus Käyttöönotto
O&M suunnittelu
Tuotanto alkaa
Suunnittelu
Toteutus
Käyttöönotto
O&M suunnittelu
O&M
Kehittynyt limitetty toteutusmalli
O&M, optimituotanto ja kustannukset
Tuotanto alkaa
Lisätuotanto Pidennetty elinkaari
Reference plant: 800 MWe coal-fired plant
14
• Ultra super critical 800 MW coal fired power plant. steam parameters at boiler outlet: 280 bar/600°C/610°C.
• High efficiency (>46 %) and state-of-the-art flue gas and waste water cleaning systems
• 40 000 equipment locations • 2 500 preventative maintenance tasks • 800 routes • 1300 files of product documentation • 6000 spare part items
15
Major phases of O&M
Operational phase
IMS "Code Book“ • Integration to
Fortum • How to work
at site • Local
requirements
Utilization of chosen modern techniques: • Administrative systems • Maintenance
Management System, • Electronic log-book, • Process Management
and Plant Optimization systems
(TOPi, Eflow, PAWE, TEM, ProjectWise, MAXIMO)
Reporting Contract Management
Continuous Performance Improvement
COD/ Takeover
Readiness for commercial operation
Start of commissioning
Construction project phase •Installation, commissioning, acceptance tests
DURATION OF THE MOBILIZATION PROJECT • 1,5-2 years / new plant
O&M Mobilisation phase •Recruitment •Training •Setting up management and support systems
TOPGen® Handbook Mobilisation phase Operation phase Mobilisation
Process description (Binder)
IMS models • Processes • Procedures • Templates
Maintenance management handbook
Operation management handbook
Transformation Handbook (TIGER)
O&M Design review Description
Integrated (Site) Management System (IMS) - How to work at site Continuous improvement IT tools:
Thermodynamics, hydro-dynamics (water steam process), Water chemistry, Fortum wide support e.g. purchasing
TOPGen®
16
Fortum TOPGen® O&M concept is a company specific way to set up O&M organization, management systems and selected IT tools at power plants and to operate and maintain power plants
Professional and motivated
people Leadership
Structured operating processes
cPIP®
Value creation and predictable business performance • Safety • Availability • Costs • Fuel efficiency • Asset integrity
Designed
Checked
Approved
Fortum Service OyPerformance Services
Modified Generator output
Fuel input
3
Process steam1 4
5
6
7
8
9
10
112
Σ
25 bar Chinoin
IPU
Frame 6FA
District heating
Hot water boilers
Main cooling tower
Guarantee test points, EPC contract
Natural gas
Fuel oil
Injection water
p, q, T
q, T
p, q, T
HRSG LP feedwater:T, p, q
HRSG HP feedwater:T, p, q
HRSG HP steam:T
HRSG LP steam:T
HRSG DH water
T, p, q
T
SB feedwater:T, p, q
SB steam:T, p
ST inlet:T, p
Combustionair
T, qPfan
Fueloil
Naturalgas
T, q T,p,q
Flue gas:TDustCO, NO2, SO2
GT exhaust / HRSG inlet:Tfg, NOx, O2
Extraction: T, p
TT
ST DH exchangersDH condensate:T, p, q
T, p, q
T T,p,q
T,p,q
T, p
T,p,q
T
6.1 bar Chinoin
6.1 bar Gyoki
2.5 bar Chinoin
Hotwater inlet:T, p, q
T T, p
Ambient air:T, p, RH
p
Makeup water: q, T
q (deluge water)
120 kV:Pnet1, Pnet2cos net1, cos net2Unet, f
Auxiliaries:Paux tf1/tf2Paux fwp1/fwp2Paux SBfan / others
Pgtcos gtUgt
Pstcos stUst
20.4.01
T = temperaturep = pressureq = flow rateP = powerU = voltagecos = power factor
Appendix 2
q, T
T, p T, p
27.7.01/IPU
Solvo® process modelling/ simulator
TOPi® energy & process management
Apros® simulator
Maximo asset and maintenance management
ProDiary electronic log book
Miriam RAM Studio reliability modelling and simulation
ProjectWise document and data management
Recruitment Training Continuous updating of knowhow Multi-skilled Rewarding
Combustion Fluid Dynamics CDF modelling tool
Use of advanced tools and techniques Fortum wide support
and expertise
TASKS OF THE O&M DESIGN REVIEW
17
• Technical Documentation • Layout Review • Review of Process Design • Review of Water chemistry • Review of Reliability Engineering • Review of Fire Protection
Systems • Review of Mechanical Design • Review of Electrical Design • Review of Automation and
Instrumentation Design • Review of Spare Part
Recommendations
Käyttö- ja kunnossapitotoiminnan perustaa
18
1. Käytön ja kunnossapidon huomioonottaminen projektikehityksessä
2. Mobilisaation huolellinen suunnittelu ja toteutus 3. Hyvien tulosten saavuttamisen mahdollistaminen 4. Modernit ja tehokkaat työprosessit, työkalut ja järjestelmät 5. Toiminnan jatkuva kehittäminen
Kannattava, tasapainoinen ja käytännössä koeteltu konsepti on välttämätön!
Käytön ja kunnossapidon huomioonottaminen projektikehityksessä
Käytön ja kunnossapidon merkitys on paljon sen suoria kustannuksia suurempi: Käyttö- ja kunnossapitoselvitys: • Laitoskonsepti ja ajomallit • Haluttu käytettävyys ja luotettavuus • Käyttö- ja kunnossapitokustannukset • Long Term Service Agreement (LTSA) • Varaosat, kulutusosat, työkalut • Kunnonvalvonta ja käytönoptimointi • Dokumentointi ja tiedot kunnossapitojärjestelmää varten • Koulutus • Tilaratkaisut
19
Mobilisaatio Hyviä edellytyksiä ovat • Kattava ja koeteltu konsepti kuten
TOPGen®
• Mobilisaation huolellinen suunnittelu; aikataulu ja projektisuunnitelma
• Helposti projektiin sopeutettavat työkalut ja osakonseptit
Tavoitteena on, että käyttö ja kunnossapito on “vauhdissa” kaupallisen käytön alkaessa • Työturvallisuus ja ympäristönsuojelu, lait ja
vaatimukset • Kulttuuri ja organisaatio • Työkalut ja järjestelmät ovat käytössä • Laatujärjestelmä on olemassa ja käytössä • Ulkoiset palvelut ja toimitukset on tilattu
20
21
Overview of the IT tools Käytössä olevat tietojärjestelmät
Tiedon tallennus prosessihistoria laskennat suunnittelu raportointi
Laitoksen doku- mentaatio, Kunnossapito, johtaminen laatudokum.
Laitoshierarkia Mittausdata Ennusteet
Mittausjärjestelmät Polttoaineenhallinta Palohälytysjärj.
Dokumenttien hallinta Projectwise
Käyttötoiminta, kustannukset, ympäristöraportointi jne. Käytön tuki Prosessi- ja vika-
analyysit Tuotannon suunnittelu Kunnossapito
Kunnossapidon tietojärjestelmä Maximo
SOLVO® simulaattori
Prosessi- informaatio TOPi®
Käytön opti- mointi TOPi®
Sähköinen päiväkirja ProDiary
Eliniänhallinta NDT
Laitteet Varaosat Työmääräimet Ennakkohuoltotimenpiteet Ostotoiminta jne.
Prosessi- informaatio Häiriöt, viat jne.
Muita järjes- telmiä
Suunnittelu Ennusteet Polttoaineet
iPlant-lähtökohdat vuodelta 2007
22
Uusittu iPlant – Power Solutions työkaluja ja palveluprosesseja geometriasidonnaisen tiedon hallintaan ja hyödyntämiseen
23
Suunnittelu Rakentaminen Perusparannus Käyttö
Maximo Project Wise
Navis- works/ tools
PDMS CADit
Laser-keilaus
O&M design review laitosmalliin
2D- ja 3D-käyttöliittymät O&M-visualisointiin
Lonavi
24
Geometria- ja graafisen tiedon tuotosta ja hallinnasta
Hierarkia • aluemalli • rakennusmalli • huonetilamalli • laitemalli
Koordinaatisto ja kiintopisteverkosto tärkeää määritellä yksiselitteisesti • globaali / paikalliskoordinaatisto Layout-kuvat PI-kaaviot Sahkökaaviot Isometrit 3D-mallinnus Laserkeilaus -> 3D-malli Layout-kaaviot-> 3D-malli Laserkeilauksen hyödyntämien rakentamisen laadunhallinnassa
erotussuunnittelu
NDT-hallinta
siirtyminen tasolta toiselle
yhteinen hallintaympäristö
Case-esimerkkejä ja kohteita geometriatiedon hyödyntämiseen • Uuden laitosprojektin suunnittelun kommunikointi sekä O&M design review/mobilisointi
– Naantali 4 ja Navistools-hallintamallin/Navisworks-työkalujen käyttö suunnittelun kommunikoinnin parantamiseen/nopeuttamiseen …sekä design review-kommentointiin: erityisesti, jos EPCM-konsultti ja tilaaja valitsevat ko. työmallin – Power Solutionsilla valmius ko. design review-toteutukseen
• Lonavi – graafinen prosessierotusuunnittelu – Toteutus Loviisan Maximo-ympäristössä (työlupa – värittyvät PI- ja lay out-kaaviot prosessierotuksissa)
• Järvenpää CHP O&M-visualisointisovellukset – T&K-projekti – Projektin Navisworks-laitosmallin liitäntä Maximoon ja ProjectWiseen
• 3D-käyttöliittymän hyödyntäminen – vrt. ProjectWise Navigator toiminnot Suomenojalla, – PSK 3604 standardin mukaisen graafisen prosessierotustoiminnan toteutus
• Navisworks/Navistools-toteutusesimerkki 3D-ympäristössä :Promaint 2/2014 lehti, • liitäntä turvallisuuskulttuuriin
• Laserkeilauksen hyödyntäminen perusparannushankkeissa / uudisprojekteissa – Polttotekniikan ja vesivoiman perusparannusprojektit (esimerkkejä, mm. Naantali 2) – Rakennusprojektien laadunvarmistus / as build – PSK 3402 standardi keilaustoteutuksissa pohjana
• Laserkeilaus tarkkuusmittauksissa/ varaosavalmistuksessa – Turbiinipalvelut ja uusi huoltokeskus Naantalissa: keilainsovellukset
• Kehitysallianssi taustalla: – Power Solutions, Profox, Pöyry/SmartGeo, Suomen mallinnusmittaus , PSK Standardisointi
25
Navistools –Visuaalinen projektiportaali, esisuunnittelu/suunnittelu
26
Lähde: Profox
Power Solutions: Na4 O&M design review ?
Esimerkki Loviisan ydinvoimalaitoksen graafisesta erotussuunnittelusta osana Maximo-järjestelmää
• hyödyntää Lonavi-ohjelmistoa, missä PI-kaavioiden ja lay-out-kaavioiden kopioympäristö toimii graafisena näyttöympäristönä erotuksille – suunnittelussa ja toteutuksessa määritellyt
näyttö- ja värikoodit • erotussuunnittelu voidaan tehdä joko PI-
kaavion tai Maximon puolella – erotustoimenpideluettelo tulostetaan
Maximosta työluvan liitteeksi • erotus- ja palautustoimenpiteiden
kuittaukset Maximossa muuttavat värikoodit PI-kaavioissa
• valmiita työ- tai pakettikohtaisia erotussuunnitelmia varastoituina, mutta ne on tarkistettava joka työssä
27
Esimerkkejä 3D-mallien soveltamisselvityksistä
28
Suomenoja: Bentley ProjectWise Navigator linkitysympäristönä
29
Mallikuvia prosessierotuksen toteuttamisesta: Navisworks/-tools (lehtiartikkeli Profox: Promaint 2/2014 ss. 33-35, PSK 3604 standardi
30
Oman henkilöstön poissaolotapaturmien taajuus Vertailua suomalaisiin energiayrityksiin 2011
31
Laserkeilaukseen perustuvan 3D-mallinnuksen työvaiheet
32 SmartGeo
Laserkeilauksen laajuus lämpövoimalaitosesimerkissä
33
Laserkeilauksella tuotettu 3D-malli
34
Lähde: Fortum, Pöyry, SMM
Välys- ja tasomittaukset Fortumilla on käytössä koordinaatti-mittauslaitteisto • Laitteistolla pystytään mallintamaan osia
– Osien vaikeatkin muodot saadaan selville piirtämällä ne laitteella, joka tallentaa ne
– Mittaus tarkkuus 0,02 mm 2 m säteellä
35 Naantalin uusi huoltokeskus hyödyntää