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