Operating Patterns Selection of Dual Combine Cycle Co-generation Power Plant to Achieve the Lowest Cost Using a Non-linear Programming Model

Abstract

ในปัจจุบันก๊าซธรรมชาติเป็นเชื้อเพลิงหลักในการผลิตไฟฟ้าของประเทศไทย บริษัท AAA จำกัด เป็นผู้ผลิตไฟฟ้าที่ใช้เชื้อเพลิงก๊าซธรรมชาติ ซึ่งมีลักษณะเป็นโรงไฟฟ้า Block คู่ หรือที่เรียกกันว่าโรงไฟฟ้าแฝด มีการจำหน่ายไฟฟ้าให้กับการไฟฟ้าฝ่ายผลิต และลูกค้าอุตสาหกรรม รวมทั้งมีการจำหน่ายไอน้ำให้ลูกค้าอุตสาหกรรม งานศึกษานี้มีวัตถุประสงค์เพื่อกำหนดรูปแบบการเดินเครื่องอุปกรณ์หลัก และการจัดสรรลูกค้าอุตสาหกรรมให้กับแต่ละโรงไฟฟ้าที่มีความเหมาะสมที่สุดด้วยแบบจำลองกำหนดการที่ไม่ใช่เชิงเส้น (Non-linear Programming Model) ซึ่งทำให้ต้นทุนรวมของบริษัทต่ำที่สุด ซึ่งประกอบด้วยต้นทุนการผลิตโดยสะท้อนมาอยู่ในรูปของ Heat Rate ของโรงไฟฟ้าแต่ละโรงไฟฟ้า นอกจากนี้ต้นทุนรวมยังรวมถึงต้นทุนการซ่อมบำรุง และต้นทุนค่าเสียโอกาสอื่นๆอีกด้วย ภายใต้เงื่อนไขข้อจำกัดในการเดินเครื่องตามสัญญาการซื้อขายของการไฟฟ้าฝ่ายผลิต ที่มีความแตกต่างกันในด้านกำลังการผลิต และปริมาณเชื้อเพลิงที่ใช้ ผลการศึกษาพบว่า รูปแบบการเดินเครื่องที่ทำให้ต้นทุนรวมของบริษัทต่ำที่สุดคือ โรงไฟฟ้า A1 เดินเครื่องกังหันก๊าซ GT11 1 เครื่อง เครื่องผลิตไอนํ้าแบบนําความร้อนกลับมาใช้ HRSG11 1 เครื่อง และกังหันไอน้ำ 1 เครื่อง โรงไฟฟ้า A2 เดินเครื่องกังหันก๊าซ GT21 และ GT22 ทั้ง 2 เครื่อง เครื่องผลิตไอนํ้าแบบนําความร้อนกลับมาใช้ HRSG21 และ HRSG22 ทั้ง 2 เครื่อง และกังหันไอน้ำ 1 เครื่อง ด้วยรูปแบบการเดินเครื่องนี้ Heat Rate ของโรงไฟฟ้า A1 จะมีค่าเท่ากับ 7484.41 บีทียูต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง และโรงไฟฟ้า A2 เท่ากับ 7775.29 บีทียูต่อกิโลวัตต์-ชั่วโมง ซึ่งบริษัทจะสามารถลดต้นทุนรวมได้ 19,620.34 บาทต่อชั่วโมง หรือ 87,276,183.53 บาทต่อปี คิดเป็นร้อยละ 6.14 ของต้นทุนที่เกิดจากการเดินเครื่องในรูปแบบปัจจุบัน การศึกษานี้สามารถนำไปปรับใช้กับกรณีที่บริษัทมีโรงไฟฟ้ามากกว่า 2 โรงไฟฟ้า รวมถึงกรณีมีลูกค้าไฟฟ้าหรือไอน้ำมากกว่า 1 ราย และโรงไฟฟ้าอื่น ๆ ที่มีลักษณะเป็นโรงไฟฟ้าแฝดได้ รวมถึงการนำแบบจำลองไปประยุกต์ใช้กับการวางแผนการผลิตในอุตสาหกรรมอื่น ๆ ต่อไป

At present, natural gas is the main fuel for electricity generation in Thailand. “AAA Co., Ltd.” is a small power producer using natural gas and is a dual power plant which supplies electricity to the Electricity Generating Authority of Thailand and industrial customers. Besides, the steam from power generation is sold to industrial customers. This study aimed to find the optimal patterns of operating the main machines and equipment along with an allocation plan to each industrial customer. A non-linear optimization technique was used to obtain the lowest total cost, i.e. production costs, maintenance costs and opportunity costs under the operation conditions as issued by the Electricity Generating Authority of Thailand. As results, the operating patterns that can be attributed to the lowest total costs are as follows: 1) power plant A1, operated by a gas turbine (GT11), a heat recovery steam generator (HRSG11) and a steam turbine (ST10). The Heat Rate of power plant A1 is 7484.41 BTU per kWh. 2) power plant A2 operated by both gas turbines (GT21 and GT22), both heat recovery steam generators (HRSG21 and HRSG22) and one steam turbine. The Heat Rate of power plant A2 is 7775.29 BTU per kWh. According to this pattern, the company can save 19,620.34 baht per hour or 87,276,183.53 baht per year, accounting for 6.14% of the total cost incurred from the current pattern. Additionally, this study can be extended to other cases including the conditions when a company has more than 2 power plants, when there are more than one steam-electric power customers, or in case of any dual power plants. These findings can also be applied for production planning in other industries in the future.