Tacoma Power: migrazione ittica ed elettricità per 1.700 abitazioni

Progetto ripristina la migrazione ittica e produce elettricità

Sfida

  • Soddisfare i requisiti normativi per garantire il rinnovo della licenza
  • Automatizzare completamente una nuova centrale elettrica per generare ulteriore energia idroelettrica
  • Includere un passaggio per i pesci e produrre energia idroelettrica nello stesso stabilimento

Soluzioni

Risultati

  • Generazione di altri 3,6 MW di energia idroelettrica
  • Costi operativi ridotti con il controllo e il monitoraggio remoti
  • Aumento dell'energia rinnovabile per maggiori crediti d'imposta
  • Regolazione del flusso automatizzata
  • Rischio ridotto di violazione del flusso

Per la raccolta dei pesci e la centrale elettrica i controlli Rockwell Automation

Contesto

Negli Stati Uniti, l'energia idroelettrica è alla base della produzione di energia.Dagli anni '80, gli ingegneri sfruttano la potenza dell'acqua corrente per generare elettricità, dall'iconica diga di Hoover a impianti idroelettrici molto più piccoli.

Tuttavia, negli ultimi decenni le stesse persone che usufruiscono di questo tipo di energia hanno compreso l'impatto ambientale delle dighe, soprattutto sulla fauna ittica locale.

Specie come il salmone e l'aringa migrano dall'oceano verso i fiumi, dove depongono le uova.Una volta che le uova si sono schiuse, i peschi migrano di nuovo dai fiumi verso l'oceano.Le dighe tradizionali hanno interrotto questo ciclo bloccando il libero flusso dei fiumi verso il mare.

Gli enti normativi federali e statali hanno definito delle misure per ripristinare queste popolazioni, richiedendo alle strutture di utilità pubblica di trovare dei modi innovativi per aiutare i pesci a evitare le dighe.Tacoma Power, nello stato di Washington, è proprio una di queste strutture.Di proprietà della città di Tacoma, l'impianto fornisce elettricità a oltre il 50% dei residenti.Il 90% di questa energia è prodotto dalle centrali idroelettriche sui fiumi occidentali dello stato di Washington.

Al momento del rinnovo della licenza di Tacoma Power per la produzione di elettricità, la città aveva bisogno di creare un passaggio per i pesci attorno a due delle sue dighe, per aiutare a preservare la popolazione locale di trote iridee, salmoni rossi e salmoni e ottenere così il rinnovo della sua licenza.

Sfida

All'epoca, la diga Cushman n. 2 di Tacoma Power, a monte della biforcazione nord del fiume Skokomish, non era dotata di funzionalità per la produzione di energia idroelettrica su tale biforcazione fluviale.La diga è attiva dal 1929, come parte del sistema di contenimento dell'acqua del lago artificiale Cushman.

Nel 1992, la società elettrica ha aggiunto due valvole di regolazione alla base della diga per permettere all'acqua di fluire dal lago al letto del fiume.Tuttavia, il flusso idrico nelle valvole era troppo forte per la migrazione dei pesci.Per fornire un passaggio più idoneo alla fauna ittica, Tacoma Power aveva bisogno di costruire un sistema di raccolta dei pesci adulti che si muovono controcorrente e dei giovani esemplari che nuotano verso l'oceano.

La struttura aveva bisogno di attenuare la portata dell'acqua e ha intravisto la possibilità di catturare la forza del flusso per trasformarla in energia idroelettrica, costruendo una nuova centrale elettrica alla base della diga.

La centrale aveva bisogno di simulare il flusso naturale del fiume per mantenere le aree circostanti al riparo da inondazioni e consentire la gestione della migrazione dei pesci.Analogamente alle altre centrali elettriche che Tacoma Power possiede e gestisce, la nuova centrale Cushman sulla biforcazione fluviale a nord aveva bisogno di essere completamente automatizzata per eliminare la necessità di personale sul posto.Il personale avrebbe avuto accesso remoto alla diga dal centro operativo della sede di Tacoma.

Anche i clienti ne avrebbero beneficiato, poiché la centrale avrebbe prodotto energia rinnovabile sufficiente per 1.700 abitazioni.

Soluzione

Per l'automazione delle altre sette centrali elettriche, Tacoma Power stava già usando i PAC Allen-Bradley® ControlLogix®.

"La nostra esperienza con i controlli Allen-Bradley ci ha convinti a utilizzare la stessa soluzione per questo nuovo progetto," ha affermato Ozan Ferrin, supervisore dell'automazione della produzione per Tacoma Power.

Ferrin e altri ingegneri dei controlli di Tacoma Power hanno progettato un sistema completamente automatizzato impiegando quattro PAC ControlLogix.Due PAC controllano una delle due unità generatore da 1,8 MW, un terzo PAC controlla il bilanciamento dell'impianto, incluso il funzionamento di una valvola di regolazione esistente per la continuazione del flusso in caso di interruzioni dell'unità, e un quarto PAC controlla le macchine per la raccolta dei pesci e il sistema di sollevamento dei pesci alla base della diga, appena fuori dalla centrale elettrica.

Con il nuovo sistema, l'operatore controlla la centrale elettrica utilizzando un unico setpoint di controllo del flusso per l'impianto.Il sistema di bilanciamento del PAC dell'impianto riceve il setpoint di controllo ed emette automaticamente le istruzioni relative al flusso a ciascuna unità generatore e alla valvola di regolazione del fiume per regolare la portata in modo che simuli i flussi stagionali del fiume.Le schede DNP e Modbus® di ProSoft Technology, Product Partner Encompass™ di Rockwell Automation Encompass e membro del programma PartnerNetwork, si interfacciano con sensori, macchine e altri sistemi della centrale elettrica di North Forke forniscono la comunicazione Ethernet ininterrotta tra più piattaforme.

Se uno o entrambi i generatori si disattivano, il sistema di bilanciamento del controllore dell'impianto apre immediatamente la valvola di regolazione del fiume per recuperare il flusso perso, mantenendo uniforme la portata idrica.

Per l'impianto di raccolta del pesce, il team di progettazione di Tacoma Power aveva bisogno di progettare un sistema di sollevamento in grado di spostare senza problemi i pesci adulti oltre la diga, a monte, e i giovani salmoni a valle.Per questa operazione erano necessari convertitori di frequenza con controllo preciso.

Il controllo ha inizio alla base della diga.Quando nuotano verso la diga, gli esemplari adulti vengono catturati in un serbatoio presso lo stabilimento di raccolta e sollevati automaticamente lungo il lato della diga su un carrello azionato da un convertitore di frequenza CA Allen-Bradley PowerFlex® 700.La funzionalità Allen-Bradley TorqProve del convertitore di frequenza aiuta a controllare il serbatoio quando il controllo viene trasferito tra il convertitore di frequenza e il freno meccanico del carrello.

Il serbatoio solleva il pesce fino alla sommità della diga, dove viene separato, conteggiato e trasportato su un autocarro al lago Cushman.I convertitori di frequenza PowerFlex 70 e gli avviatori combinati vengono utilizzati per il funzionamento della macchina di raccolta del pesce.

All'altra estremità del ciclo di vita dei pesci, gli esemplari giovani che nuotano verso l'oceano vengono raccolti nel serbatoio alla sommità della diga e portati in basso su un carrello per essere liberati a valle verso l'oceano.

Gli ingegneri del controllo di Tacoma Power hanno programmato i convertitori di frequenza PowerFlex con il software SP Allen-Bradley DriveTools e il software di programmazione Rockwell Software® Studio 5000 Logix Designer.Gli ingegneri sono stati in grado di aggiungere i convertitori di frequenza direttamente al programma Studio 5000 Logix Designer come profilo Add-On, aiutando a ridurre i tempi di programmazione con l'integrazione automatica dei parametri dei convertitori di frequenza nell'applicazione Studio 5000 Logix Designer, lo stesso software utilizzato per programmare i controllori ControlLogix.

"Abbiamo provato altri software di controllo, ma nessuno di quelli che soddisfaceva le nostre esigenze di controllo era così semplice da usare come Studio 5000 Logix Designer," ha detto Ferrin."E dato che possiamo utilizzare lo stesso software che abbiamo impiegato per programmare i nostri controllori anche per programmare e archiviare i parametri dei convertitori di frequenza, abbiamo ridotto i tempi di messa in servizio e siamo in grado di archiviare i parametri e il programma in un'unica posizione."

Il team di Tacoma Power impiega inoltre i schede I/O di Rockwell Automation per monitorare in remoto temperatura e condizioni delle macchine e per controllare le macchine dagli uffici di Tacoma.

Risultati

La struttura di raccolta ha ripristinato la via della migrazione ittica e la società ha ora la licenza per la produzione di elettricità per la città di Tacoma fino al 2048.

Tacoma Power ha inoltre perseguito i propri obiettivi operativi di una nuova centrale elettrica, generando 3,6 MW aggiuntivi di energia idroelettrica.

Poiché la centrale elettrica è completamente automatizzata, la società ha evitato di incorrere in ulteriori costi operativi."Con la semplice pressione di un pulsante nel nostro centro di controllo, possiamo ridurre o aumentare il flusso in modo molto più preciso rispetto all'operazione manuale e risparmiamo anche sui costi del personale in sede," ha affermato Ferrin.

Il sistema riduce inoltre il rischio di violazione dei requisiti di portata definiti dalla FERC (Federal Energy Regulatory Commission).La possibilità di aprire automaticamente la valvola di regolazione di riserva in caso di interruzioni di un'unità aiuta la società di erogazione di elettricità a soddisfare tali standard di conformità con più efficacia.

Un altro vantaggio:dato che la società ha aggiunto al proprio portafoglio più energia rinnovabile, adesso riceve dallo stato i crediti per questo tipo di energia.

Per aumentare ulteriormente la popolazione ittica, Tacoma Power sta costruendo due nuovi vivai nell'ambito del progetto Cushman River Project.Il primo raccoglierà 2 milioni di salmoni rossi all'anno, il secondo 425.000 giovani salmoni e trote irideee tutti gli esemplari verranno rilasciati nel lago Cushman.

I risultati sopra descritti sono specifici dell'utilizzo da parte di Tacoma Power dei prodotti e servizi di Rockwell Automation assieme ad altri prodotti.I risultati possono variare per altri clienti.

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