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大型火力发电厂自动化技术的未来

2021-05-12 13:36:34 小小电力人

能源行业今年变得更加热闹,双碳目标的提出,几乎是变相的给煤电下了死缓通知书。想要实现双碳目标,在不影响经济平稳过渡的前提下,如果没有新的技术革命,煤电迟早要退出历史舞台。有数据显示,2020年,火电同比增长4.7%,装机容量达124517万千瓦,占比56.58%。其中,煤电107992万千瓦,占比的49.07%,燃气9802万千瓦,占比4.45%。这一年,煤电开始主动离开我们的视野,占比首次降到50%以下。

可以肯定的是,未来整体的趋势仍将是煤电逐步退出的过程。昨晚跟一位同行聊天,他们集团下属的院所已经整合到了新能源板块名下,以后可能就不会再涉及到煤电领域。毕竟,不论从哪个层面上讲,煤电都不属于新能源的范畴。

如果是这样的话,新的问题就来了,从电厂过程控制的角度讲,煤电不仅装机容量大,更意味着过程控制更加复杂。而过程控制的复杂程度,也是这个行业科技含量高的重要体现。简单来说,如果没有了煤电,以后我们可能就不会再研究协调控制、复杂的PID控制以及更加复杂的DEH控制理论。而从整体角度出发,作为过程控制的执行机构和载体,DCS系统应该也不需要如今这般庞大和复杂。

如果是这样,新能源对整个自动化行业都是一次降维打击!

我相信,很多人也会有这方面的忧虑。尤其是在大火电工作很多年的前辈,凭借着年轻时期的好学和冲劲,好不容易学到手的一些高技术含量的东西,可能在未来的某一天就会无用武之地了。

我曾经也经历过大小机组几十台,无论是新能源,还是百万机组,都有所涉猎。熟悉我的朋友都知道,我对DCS系统还是略知一二的,所以对这个问题还是有一些见解。

我是2017年第一次接触新能源机组,燃机联合循环、垃圾、农林废弃物发电都做过。去年国内虽然又有不少六十万以上规模的机组上线,但是从数量角度看,新能源机组规模则更庞大一些。我有个感触,新能源机组,比如垃圾和农林废弃物发电,一般单机容量在30MW以上就是大机组了。他们的控制系统相对比较简单,整套系统做下来可能还不如一套大机组的辅机系统复杂。拿模拟量控制来说,新能源机组主要是给水自动、减温水自动、热井水位自动、除氧器水位、压力自动以及DEH调节等。当然这些也是大机组的主要组成部分,但是大机组由于设备更多更复杂,单就模拟量控制系统可能多达几十套,而且最后还要实现协调控制。

更重要的是,新能源机组的模拟量自动控制有时候有些鸡肋的感觉,拿垃圾发电的给水自动来说。由于垃圾的热值很不稳定,而且垃圾上料很不均匀(相对于煤),所以造成了整个系统的燃烧很不稳定。即便再熟练的老师傅,在燃烧调整过程中,汽包压力或者主蒸汽压力波动都会很大。而汽包水位是要有温压补偿的,因此造成水位波动也很大。我在之前的课程中曾经说过,PID调节在受到大的干扰的情况下,要加强手动干预。由于燃料热值不稳造成燃烧不稳,给水位自动增加了一个持续的大的干扰,所以水位自动其实有时候还不如人工手动调节来的方便。

在一般的大火电中,汽包压力或者主蒸汽压力波动超过一定的数值都是要纳入考核范畴的,但是在新能源机组很难实现这一点,主要是目标实在难以兑现。当然这并不影响新能源机组的安全稳定运行,毕竟装机规模小,运行人员稍微有些经验,就不至于造成机组出现非停。

不过这并不意味着自动调节在新能源机组中失去了意义,彻底变为了鸡肋。为了克服燃烧不稳造成的水位波动大问题,我尝试了很多种方法,主要还是在自动控制参数上做手脚。不过由于需要运行人员配合试验,很多运行人员对新方法的适应和理解需要时间,而更多的时候运行人员更情愿选择手动调整,所以很多方法就无法推行下去。

从自动调节的角度讲,新能源机组确实因为装机规模小,很大程度上对自动调节的依赖并不高。不像大火电,动辄三五十个自动调节,如果全部手动状态,那么一个班下来,运行人员劳动强度还是很大的。自动调节最重要的目的就是减少运行人员的调节强度,让调节变得更灵敏、精确。新能源机组在没有自动调节的情况下如果可以做到工作量不大,似乎可以另当别论。

从DCS的角度讲,整体的配置规模少了,控制方案也没有那么复杂,所以问题也简单了起来。而作为DCS系统一个特殊组成部分,DEH系统也变得不是那么复杂,一般的新能源机组调节阀门一般也就两个,所以阀门的控制就更加简单。把这些问题综合来看,似乎说新能源机组的发展对电厂自动化是一次降维打击好像也有道理。

不过,凡事都有两面性。我们从精益求精的角度出发,如果能开发出一种更好的自动调节方式,不是单纯的PID调节,他可以对燃烧的不稳定及时反应,可进一步减少运行人员的操作,可进一步减少电厂的用工成本,这其实是我们未来研究的一个方向。自动PID调节出现后,我们几十年的时间里都陷入了某种思维,只要谈模拟量控制就是PID调节,虽然他不完美,但是一直与我们相伴。

新能源逐步取代大火电,是具有划时代意义的能源革命,而作为配套系统的自动化领域,也一定会在这次革命中迸发出新的火花。拿DCS系统来讲,是否会出现更可靠的DCS硬件,一直呼声很高的无线传输技术是否可能取代信号电缆,是否会有一种更先进的控制方式取代现有的DCS系统,这些都是未来新能源自动化领域值得去讨论或者尝试的地方。

或许很多年以后,作为自动化领域从业者,在使用着最先进的控制系统的时候,回想起当年我们还使用过一种叫做DCS的控制系统,还用过一种叫做PID的调节方式,还经历过一次从未有过的能源革命,想想都让人心潮澎湃!




责任编辑: 江晓蓓

标签: 火力发电厂

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