燃气电厂智能化建设的探索与设想

2019-01-05李凌霄

现代工业经济和信息化 2018年16期

李凌霄

（天津华电南疆热电有限公司，天津 300450）

引言

我国电力行业已初步实现数字化、信息化，而随着“工业 4.0”、“互联网 +”[1]与“中国制造 2025”的推出，对发电企业提出了更高的要求——智能化。燃机是一种高精密度、高自动化且均采用模块化布置安装的设备，再加上国内燃机电厂多为近些年新建电厂，在设计之初就采用了许多自动化程度较高的辅助系统以及高精度测量仪表。另一方面，燃气发电机组辅机设备相较于传统火力发电减少许多设备，系统复杂程度也降低不少，燃气轮机对于调峰调频以及异常工况变化的响应速度也远超其他形式发电机组，因此相比之下进行智能化电厂的建设更适应环境，本文就如何建设燃气电厂智能化系统进行了探讨。

1 燃气电厂的现状与前景

2000年以来，天然气发电进入了一个高速发展的阶段，我国燃气发电机组装机容量持续增长，从小型分布式能源到F级、H级的重型燃机机组，GE公司、西门子、三菱、安萨尔多等众多燃机供应厂商纷纷与国内火力发电设备供应商签订合作关系，天然气电厂如雨后春笋般涌现出来。根据2016年底的最新统计，燃气发电装机容量7 714万kW，超越核电成为中国第四发电电源。与传统燃煤火力电厂相比，燃气发电具有很多优势：排放不含SO2及烟尘，NOx的排放也远低于燃煤电厂，具有很高的环保价值。近几年国内的环境问题日趋严重以及政府环保意识的不断增强，国家能源部门已暂停燃煤火电机组的审批，同时加速落后小火电机组的淘汰。随着燃气-蒸汽联合循环机组效率的不断提升（H级联合循环机组已突破64%），制约燃气机组发展的重要因素——发电成本问题也逐渐被解决，未来燃气电厂会有一个很大的发展前景。燃气机组具有设备总量少、自动化程度高等特点，对燃气机组进行智能化管控具有良好的基础。

2 智能化电厂的定义

企业及学术业界内对智能化的定义有着不同的见解，国家权威机构也并未对“智能化电厂”做相关解释或指定标准规范。在《智能电厂技术发展纲要》[2]中对智能电厂提出以下定义：智能电厂是以现代数字信息化技术、通信技术以及智能传感与执行、智能控制和管理决策等技术为基础，从而形成智能发电模式，以实现高效、安全、环保地运行，并与智能电网相互协调的发电厂。

3 智能化电厂的基本架构设想

根据燃气电厂的生产流程和特点，燃气电厂智能化可以按照以下几个模块进行基本架构建设。

3.1 智能管控平台

智能管控平台通过采用先进的大数据、互联网云技术，通过各个不同的功能模块及针对企业内、行业内的相关数据共享采集，打破厂与厂之间物理位置的限制，为企业的安全、经济、高效的生产运行提供决策支持。智能管控平台的功能包括运行管理、备品备件管理、燃料物流管理、物资管理、设备管理、调度管理、厂级指标能效考核及三维可视化仿真模拟培训等。

3.2 智能诊断与优化系统

智能优化是依托于生产运行过程中的数据进行实时集中处理，通过比对数据库中最优工况的历史运行参数，通过一定的算法给出目前最优调整方案，对生产运行过程中的各项参数给出实时优化建议，可用于负荷优化、冷端优化、水洗周期优化和设备维护周期动态规划等。智能诊断则是通过使用高精度传感器、加速度传感器实时绘制设备参数曲线，通过与提前录入的事故参数波形以及业内专家针对不同事故的分析数据库数据作精确匹配，能够及时地发现一些潜在的隐患，将安全事故扼杀在萌芽状态。智能电厂通过智能诊断与优化，可以大幅提高机组运行的经济性与安全性，保证设备与机组能够自动协调外部环境参数与调度指令，维持在安全、经济、环保的综合最优边界上运行。智能诊断优化相当于智慧电厂的核心，是智能电厂真正实现智能化的必要条件。

3.3 智能控制系统

控制系统对于一个新型智能电厂来说是智能的实际应用和重要保证，通过采取更先进科学的控制与算法模块，如神经网络控制、预测控制、模糊控制和鲁棒控制等自动化领域中较为先进的控制技术。结合人工智能、大数据等技术，实现对全厂各级设备及系统性能的实时运算，全面、准确地运行机组性能指标和能耗、环保指标情况[3]。基于燃气发电机组自动化程度高、联合循环系统涵盖的设备少等特点，通过对顺控逻辑的调整与优化，将传统的人为手动干预机组启停改为通过APS控制程序自动进行启停操作，使得各项操作逐步标准化，提高启停效率，使机组启动经济性得到进一步提高。

3.4 智能终端与设备

智能电厂是依托于数据之上，有了数据才能进行一系列的调整和优化，而获取数据的唯一途径就是通过现场的测量仪表以及设备终端，智能电厂采用大量先进的测量传感技术，将重要主辅机设备参数、设备状态、环境因素等信息通过现场总线[4]的形式以数字信息为载体传送至智能控制层，为智能控制、智能诊断与优化提供数据支撑。对于燃机电厂，智能设备层需要采集的机组重要参数有：燃机进气温度、压力、流量、天然气温度、流量、燃烧温度、锅炉三冲量、燃机排烟温度、主汽流量、转动设备振动参数和油系统重要参数等。智能终端方面可采取手持式工业PDA、智能可视安全帽来补充仪表测量外的环境因素数据，对于高危区域如高压带电设备区域或含有危险气体的区域，可采用防爆式工业机器人代替人工巡视、探伤等工作，并可配备红外温感探测设备，用于电气设备的外部、内部热故障检测。