Разработка системы предиктивного мониторинга эмиссий

Разработка и внедрение программного комплекса для автоматического мониторинга (контроля) и прогнозирования выбросов промышленных предприятий как альтернатива дорогостоящим и сложным в эксплуатации импортным средствам инструментального контроля эмиссий.

Проект находится на стадии реализации.

Разработан прототип математической модели PEMS, проведено тестирование (проверка гипотезы) на исторических данных, сходимость результата с погрешностью 0,001 %. Подтверждена сопоставимость данных PEMS с погрешностью ниже официально допустимых для систем автоматического контроля выбросов (САКВ).

Проведена демонстрация прототипа в рамка демо-дней ИЦК «Экология» на Российском экологическом форуме.

Готовность отраслевого решения возможного к применению на предприятиях, имеющих объекты негативного воздействия - 85 %.

Выполняются мероприятия по разработке методики оценки для сертификации продукта как средства измерений совместно с ВНИИМ им. Д.И. Менделеева.

Кастомная разработка платформы. Оборудование и вспомогательные системы отсутствуют.

1. Отсутствие аналогов на рынке РФ (отечественные и зарубежные);

2. Наличие необходимых кадровых ресурсов соответствующей квалификации (команды экспертов для разработки математического аппарата расчета выбросов технологических процессов предприятия, моделирования физико-химических процессов предприятия, обладающих знаниями и опытом реализации аналогичных проектов);

3. Отсутствие методик испытаний для сертификации подобных систем как средства измерений.

PEMS - система предиктивного мониторинга эмиссий – как средство измерений, предназначена для контроля и учета эмиссий на объектах, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду. PEMS обеспечивает мониторинг эмиссий на основе информации о состоянии технологического оборудования, поступающей из автоматизированных систем управления технологическим процессом и смежных систем, реализованных на базе цифровых двойников с использованием математических моделей отдельных этапов технологических процессов.

АИС УВ представляет собой программный комплекс, вычисляющий эмиссии ЗВ на основе данных, описывающих условия, в которых протекает измеряемый технологический процесс, таких как данные из АСУТП (давление, температура, скорость подачи сырья). Для ряда процессов входными данными могут являться и параметры газоходов, так как дожигание газа может происходить уже внутри труб и газоходов; данные о сырье из производственной системы лабораторных измерений. При этом важен не только химический состав, но и компонентный или минералогический; текущие погодные условия и прогнозные, такие как влажность, давление, температура, также имеют значение для правильного моделирования.

Существенное функциональное требование, предъявляемое к PEMS – обязательная проверка входных данных на достоверность. Действительно, датчики могут зависать на одном значении, показания дрейфовать, из-за прогара показывать неожиданные всплески и так далее. Валидатор данных должен, используя исторические данные, характеристики датчиков, корреляционные зависимости и другие математические методы, проверить, что текущие показания по каждому отдельному датчику являются корректными. Если это не так, то временно, на срок устранения ошибки в показаниях, Валидатор данных должен заменить некорректные показания на математически обоснованные значения для их последующего использования в модели цифрового двойника. Это важное функциональное требование и оно отдельно должно проверяться и сертифицироваться на этапе приемки системы.

Сами модели цифрового двойника, оценивающие выбросы, могут быть основаны на физико-химическом моделировании, на методах машинного обучения или гибридными, где физико-химическое моделирование совмещается с методами машинного обучения для идентификации и калибровки параметров уравнений.

Выходом такой системы являются необходимые измерения выбросов (концентрации, расходы) по требуемым законодательством видам вредных веществ. Интересной особенностью является то, что цифровой двойник из такой системы может использоваться и для обратной задачи – оценки на сколько необходимо снизить производственный план, чтобы не превысить выбросы в случае НМУ.

Предиктивные системы должны калиброваться и сертифицироваться с помощью физических средств измерения, например, мобильными или портативными комплексами. При этом требуется, чтобы технологическое оборудование отработало не только в стандартном режиме, но также и в режимах повышенной и пониженной нагрузки, причем довольно длительное время. Речь может идти об общей длительности процедуры сертификации продолжительностью до 160 часов. Система должна обладать функцией ежедневной проверки работоспособности (автоматическая проверка основных показателей), поверяться ежеквартально (короткие измерения выбросов и сверка с показаниями системы) и ежегодно (тщательный тест). При последовательном успешном прохождении всех тестов в течение некоторого времени частота поверок уменьшается.

Как видим, в системе нет специального измерительно оборудования, систем подготовки газов, калибровочных смесей и так далее. Все это делает PEMS привлекательным и перспективным направлением, законодательно разрешенным к эксплуатации в большом количестве развитых стран, перспективным для применения в металлургической и других отраслях.

Рынок PEMS в мире растет примерно на 30-50% быстрее, чем рынок CEMS, и через несколько лет составит уже сравнимую долю по объему, в том числе, мы уверены, и в нашей стране.

Предполагается включение PEMS в Государственный реестр средств измерений.

Основной функционал системы:

- Онлайн мониторинг текущих выбросов и других технологических параметров с реальных сенсоров на предприятии;

- Передача данных в Единую государственную систему экологического мониторинга.

Дополнительный (опциональный) функционал:

- Формирование отчетности;

- Онлайн мониторинг распространения выбросов;

- Моделирование количества и состава отходящих газов с учетом режимов работы технологического оборудования, прогноза распространения выбросов и локальных метеоусловий.

Пилотный объем - производственные подразделения ПАО «ГМК «Норильский никель», г. Норильск.

Планируется тиражирование PEMS в подразделения Группы компаний ПАО «ГМК «Норильский никель», сторонние предприятия отрасли.