生物質廠幫助英屬哥倫比亞大學達成目標

大學生物質廠減少碳排放

挑戰

  • 哥倫比亞大學 (UBC) 致力於減少溫室氣體排放量,其中一個排放目標為中央加熱廠

解決方案

  • Integrated Architecture™ 系統 – 兩個 ControlLogix PAC 管理系統控制
  • 智慧型馬達控制 – 三個 CENTERLINE 2100 馬達控制中心,含整合式 PowerFlex 40 與 PowerFlex 700。交流變頻器為廠房提供完整的馬達控制
  • 視覺化與資訊軟體 – FactoryTalk View ME 和 FactoryTalk View SE 軟體提供營運的即時資料。FactoryTalk Historian ME 軟體將設施資料回報至 Nexterra 伺服器
  • 設計與交付 – Nexterra 運用 Rockwell Automation 的運動與控制技術來開發汽電共生廠

結果

  • 每年減少 6,000 噸的溫室氣體排放量

背景
英屬哥倫比亞大學溫哥華校區自成一座城市,社區內有學生 50,000 名,教職員和居民的工作、學習和生活全都在這佔地 1,000 英畝的校園裡。直到 2012 年以前,這間大學都靠以天然氣做為燃料的中央加熱廠來產生熱能供校園使用,另外還向 BC Hydro 購電供其電網使用。該大學在永續性上擁有領先地位,致力於減少溫室氣體 (GHG) 排放。該校在 2009 年開始於校園內設計及建造汽電共生廠,以再生能源為燃料。

挑戰
英屬哥倫比亞大學 (UBC) 相當自傲能在減少溫室氣體方面領先群倫,到 2007 年該校已經達成京都議定書的目標。為了定下更積極的目標,減少更多溫室氣體排放量,該校在同年內擬定了氣候行動方案。UBC 將依照該方案持續減少現有的排放量,預計從 2007 年到 2015 年將減到剩下三分之一。該校希望到 2050 年達到碳中和 (Carbon neutral)。除了面對這些挑戰,UBC 更希望大幅擴大校園面積,以應付新生人數和活動不斷增加的需求。

為了容納增加的人數,該大學計畫擴充數百萬平方英尺的大樓空間,而這將需要更多的熱能和電力。UBC 除了希望減少自身的溫室氣體排放量,更希望成為創新再生能源技術的中心,成為社區的標竿。在英屬哥倫比亞區,像大學之類的公立機構自 2007 年 7 月起都必須繳納碳稅。英屬哥倫比亞大學策略方案主管 Brent Sauder 表示:「身為社區的一份子,我們希望成為永續性方面的先鋒,要是連我們都無法減少用電量和溫室氣體排放量,要如何期許其他人做到?同時我們也希望透過我們在減少溫室氣體排放量上的努力,來帶動整個社區採用創新與新技術。」

解決方案
為減少排放量,第一步就是找出排放溫室氣體的大樓或技術。UBC 對全校園內進行了完整的溫室氣體排放量調查,發現最大的排放點原來是校園內的中央加熱廠,該廠負責為實驗室、教室、大樓和住家提供暖氣。大學領導階層認為他們需要擴充大樓內的燃氣系統,加入採用可再生生物質燃料的生物質系統,以產生暖氣供校園使用。

該校開始尋找能源系統供應商,供應商除了需要了解校區獨特的能源需求,還必須熟悉如何在市區的校園內供應再生能源系統。Nexterra Systems Corp.,一家位在溫哥華專長於先進氣化系統的開發商與供應商,在加拿大和美國均成功完成過生物質氣化專案,深受好評,Nexterra 回應了 UBC 的要求,為其貢獻技術專業,並合作向加拿大和英屬哥倫比亞省政府機構和私人組織募集資金。

Nexterra 設計、開發並安裝了 CHP 設施,其利用木材生物質,也就是乾淨的木材廢棄物 (例如,棧板和工程餘料) 以及木材製造的剩餘物做為營運的材料。

Nexterra 汽電共生系統裝設在一個曾獲獎肯定的大型木材建築內。Nexterra 生物質氣化系統能將生物質轉換為合成氣 (syngas)。每天有二至三趟卡車運送木材生物質到設施內,任何體積過大或非木質的材料會由整合的篩選與磁鐵系統自動去除。氣化爐會將生物質轉換為乾淨、可燃燒的合成氣或稱「Syngas」。

UBC 這座全新的生物能源研究示範設施 (BRDF) 是北美洲第一個使用 Nexterra 專利氣化系統,結合該公司特有之合成氣淨化技術的 CHP 系統。BRDF 所生產的引擎級合成氣能使內燃機引擎運轉,同時產生熱和電。

此系統有兩個主要運作模式:商業熱模式和展示 CHP 模式。在熱模式下,氧化器燃燒合成氣,熱煙道氣體會透過鍋爐而產生蒸氣,然後再經由大學內現有的配送系統用蒸氣為校園大樓提供暖氣。

在展示模式下,合成氣會經過調節以去除雜質,然後經過冷卻和過濾,以產生熱和電力。合成氣接著將注入到高效率的內燃機引擎,帶動發電機,產生電力,然後透過現有的電網配送到整個 UBC 校園。

系統會同時回收引擎的熱與廢氣,以產生額外的蒸氣,供校園暖氣使用。

整個流程控制的重要性不亞於流程本身。設施操作員利用兩部 Allen-Bradley® ControlLogix® 控制器 (PAC) 來管理系統的控制功能,藉此監控運作,並透過 FactoryTalk® View Machine Edition (ME) 和 FactoryTalk View Site Edition (SE) 人機介面軟體主動修正任何系統和機器層級的問題。此外,FactoryTalk Historian 軟體還會將設施資料回報給 Nexterra 伺服器,讓公司能即時支援設施的運作。

在控制器的整合式平台與單一程式設計環境下,現場的設施操作員需要維護的備用零件變少了。平台嚴謹的營運控制讓系統能以所需的精密度來處理生物質,同時達成大學減少排放量的積極目標。

Nexterra 電氣與控制部經理 Quamar Jutt 表示:「Rockwell Automation 技術的內部連線功能及高接受度讓我們能以高效率實作解決方案,將資源運用到改善重要的服務上,像是 CHP 系統,而不是忙著在平台之間轉譯程式。」

平台的開放度也有助於簡化透過 EtherNet/IP™ 網路與 GE 引擎的整合作業。三個 Allen-Bradley CENTERLINE® 2100 馬達控制中心 (MCC) 與 Allen-Bradley PowerFlex® 40 和 PowerFlex 700 交流變頻器連接,為全廠提供馬達控制。

結果
自 2012 年 9 月開始營運以來,BRDF 平均提供校園每年蒸氣需求量的 12%。捨棄過去用化石燃料產生蒸氣的方式,這個系統成功減少了溫室氣體的排放量,同時空氣排放也持續降低和/或維持在允許量。設施在營運的第一年裡,取代了超過 115,000 MMBtu 的天然氣。每年減少溫室氣體排放量 6,000 噸,約等於路上少了 1,250 輛汽車。隨著操作員對系統越來越熟悉,這些數字也將隨之成長。

EtherNet/IP 為 ODVA 的商標。現在的 BRDF 見證了 UBC「校園就是活生生的實驗室」計畫的成功。學生和教職員在設施的研究實驗室裡完成了自己的再生能源專案。該校的工廠吸引了絡繹不絕的參觀人潮,前兩年有超過 1,000 人前往參觀,想了解新形態的乾淨永續發電方式。

該校將與 Nexterra 持續探索,讓設施技術更上一層樓,有發展潛力的區域包括將乾淨的合成氣轉換成高階的生化燃料、可再生的氫氣和其他產物。

上述結果為英屬哥倫比亞大學搭配其他產品使用 Rockwell Automation 產品與服務的特定案例,其他客戶的實際結果可能有所不同

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