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作者簡介

許繼剛（1964-），男，博士研究生畢業(yè)，國家新世紀(jì)百千萬人才工程國家級人選，國務(wù)院政府特殊津貼專家，原中國電力工程顧問集團(tuán)公司副總工程師、特級專家，現(xiàn)任中國能源建設(shè)集團(tuán)工程研究院副院長，兼任電力行業(yè)熱工自動(dòng)化與信息標(biāo)準(zhǔn)化委員會副主任、電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會副主任、中國自動(dòng)化學(xué)會發(fā)電自動(dòng)化專委會副主任、中國電機(jī)工程學(xué)會熱工自動(dòng)化專委會副主任、中國儀器儀表學(xué)會自控工程設(shè)計(jì)委員會主任。擔(dān)任《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》編制組副組長，《火力發(fā)電廠信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》編制組組長。

1　“十三五”電力發(fā)展預(yù)測

在中國經(jīng)濟(jì)步入新常態(tài)后，作為主要能源行業(yè)之一的電力行業(yè)將迎來新的發(fā)展時(shí)期。根據(jù)中電聯(lián)年度快報(bào)統(tǒng)計(jì)，截至2014年底，全國發(fā)電裝機(jī)容量為13.6億千瓦，同比增長8.7%，其中非化石能源發(fā)電裝機(jī)容量4.5億千瓦，占總裝機(jī)容量比重為33.3%。2014年，全國發(fā)電量5.55萬億千瓦時(shí)，同比增長3.6%，其中非化石能源發(fā)電量1.42萬億千瓦時(shí)，同比增長19.6%；非化石能源發(fā)電量占總發(fā)電量比重自新中國成立以來首次超過25%，達(dá)到25.6%，同比提高3.4%。

在非化石能源發(fā)電裝機(jī)中，全國水電裝機(jī)容量3.0億千瓦（其中抽水蓄能2183萬千瓦），同比增長7.9%。全國并網(wǎng)風(fēng)電裝機(jī)容量9581萬千瓦，同比增長25.6%。全國并網(wǎng)太陽能發(fā)電裝機(jī)容量2652萬千瓦（絕大部分為光伏發(fā)電），同比增長67.0%。

盡管非化石能源在中國的發(fā)展速度非常快，但中國目前的發(fā)電主要還是靠火電，截至2014年底，全國火電裝機(jī)容量9.2億千瓦，同比增長5.9%，占總裝機(jī)容量比重為66.7%，其中煤電8.3億千瓦，同比增長5.0%；氣電5567萬千瓦，同比增長29.2%。根據(jù)中電聯(lián)預(yù)測，全國發(fā)電裝機(jī)到2020年需要19.6億千瓦左右，2030年需要30.2億千瓦左右，2050年需要39.8億千瓦左右。

其中，非化石能源發(fā)電所占比重逐年上升，2020年、2030年和2050年發(fā)電裝機(jī)占比分別達(dá)到39%、49%和62%，發(fā)電量占比分別達(dá)到29%、37%和50%。到2050年，我國電力結(jié)構(gòu)將實(shí)現(xiàn)從煤電為主向非化石能源發(fā)電為主的轉(zhuǎn)換。

2 “十三五”煤電發(fā)展方向

雖然未來我國將大力發(fā)展非化石能源發(fā)電，但我國電源結(jié)構(gòu)以煤電為主的格局長期不會改變，中國燃煤發(fā)電的技術(shù)水平已經(jīng)躋身世界先進(jìn)行列。截至2014年底，已投入運(yùn)行的單機(jī)發(fā)電容量100萬千瓦的發(fā)電機(jī)組已經(jīng)超過70臺，躍居世界首位，機(jī)組發(fā)電效率超過45%；世界首臺100萬千瓦空冷機(jī)組在中國成功運(yùn)行，全國已經(jīng)建成超過2億千瓦的空冷發(fā)電機(jī)組；世界首臺60萬千瓦超臨界循環(huán)硫化床（CFB）機(jī)組建成，還有大量35萬千瓦超臨界循環(huán)硫化床機(jī)組正在設(shè)計(jì)。

“十三五”期間我國將優(yōu)化發(fā)展煤電，未來幾年將重點(diǎn)推動(dòng)綠色發(fā)電，推行煤電一體化開發(fā)，加快建設(shè)大型煤電基地；嚴(yán)格控制東部地區(qū)新建純凝燃煤機(jī)組，鼓勵(lì)發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)；大力推行潔凈煤發(fā)電技術(shù)，加快現(xiàn)有機(jī)組節(jié)能減排改造，因地制宜改造、關(guān)停淘汰煤耗高、污染重的小火電。全國煤電裝機(jī)規(guī)劃2020年達(dá)到11億千瓦，新增機(jī)組中煤電基地將占55%。

“十三五”期間，燃煤發(fā)電在技術(shù)上的重點(diǎn)發(fā)展方向主要有：一是高效節(jié)能發(fā)電技術(shù)，二是超低排放清潔煤電技術(shù)，三是高度節(jié)水煤電技術(shù)。其中700℃超超臨界發(fā)電、二次再熱發(fā)電、燃煤與生物質(zhì)混燒發(fā)電、CO2捕獲與封存、整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)（IGCC）、大型CFB等技術(shù)將是技術(shù)攻關(guān)的重點(diǎn)。

3　“十三五”電廠自動(dòng)化發(fā)展

隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，我國電廠自動(dòng)化，尤其是燃煤電廠的自動(dòng)化已經(jīng)達(dá)到國際先進(jìn)水平。“十三五”期間，信息化、智能化、數(shù)字化將是電廠自動(dòng)化發(fā)展的主要方向。

3.1　分散控制系統(tǒng)的發(fā)展

分散控制系統(tǒng)（DCS）從誕生并應(yīng)用于燃煤電廠開始，經(jīng)過20多年的發(fā)展，一直在不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。未來5年，DCS將迎來一個(gè)新的發(fā)展時(shí)期，以下從五個(gè)層面談一下DCS的發(fā)展空間和發(fā)展趨勢。

首先從DCS最上層來看，一般電廠都有2臺或以上的機(jī)組，每臺機(jī)組都有1套DCS，DCS上面是電廠的全廠級，全廠級上面是發(fā)電集團(tuán)級，從DCS上層來看主要有兩個(gè)方面：一方面是DCS與全廠級的控制、信息以及管理的融合，將來有較大發(fā)展空間；另一方面，就是和發(fā)電集團(tuán)進(jìn)行信息的交流，一個(gè)集團(tuán)要管理很多DCS的大量數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、云處理，這是將來發(fā)展的另一個(gè)重要空間，這是第一層。

第二層是DCS的人機(jī)接口和人機(jī)界面，首先，人機(jī)接口從傳統(tǒng)的CRT，到現(xiàn)在的等離子、LED和大屏幕，隨著電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，以后還會發(fā)生變化，比如現(xiàn)在固定的人機(jī)接口可能變成移動(dòng)的人機(jī)接口，甚至可以通過移動(dòng)終端對現(xiàn)場的設(shè)備直接進(jìn)行調(diào)整和校驗(yàn)；另外，人機(jī)界面也可以進(jìn)一步優(yōu)化，今后界面將向人性化方面和簡潔化方面發(fā)展，畫面處理更加人性和簡化，這是第二層。

第三層是DCS的中間部分，該部分核心內(nèi)容就是控制器和運(yùn)算模型，從火電廠來看，隨著各種新型高級算法的涌現(xiàn)，一些優(yōu)化模型不斷地出現(xiàn)，有節(jié)能型、節(jié)水型、減排型，也有綜合協(xié)調(diào)型，如何發(fā)揮好這些由大數(shù)據(jù)支撐的優(yōu)化數(shù)據(jù)模型，把國內(nèi)外比較流行的，包括燃燒、吹灰、給水、減排等優(yōu)化軟件集成到DCS里面，還有大量工作需要做。由于火電廠集成度很高，鍋爐、汽機(jī)之間的協(xié)調(diào)控制很復(fù)雜，因此需要相對集中控制，DCS中間的核心部分是無法取代的，這一塊將來的發(fā)展空間非常大。

第四層是網(wǎng)絡(luò)部分，網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展有兩個(gè)方面，一個(gè)是DCS將來可能會更加地分散，分散度會更廣；另一方面，網(wǎng)絡(luò)的底層要和現(xiàn)場總線聯(lián)接，網(wǎng)絡(luò)的局部可能會和無線網(wǎng)絡(luò)和其他控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接。

第五層是現(xiàn)場I/O卡件，該層次將來發(fā)展的目標(biāo)是更加數(shù)字化和智能化，除了故障識別和報(bào)警外，甚至可以做到I/O卡件的自恢復(fù)、自診斷、自校正，獨(dú)立處理自身的事情，無須上層的處理器進(jìn)行指揮和判斷。

3.2　現(xiàn)場總線技術(shù)的應(yīng)用

新版《大中型火力發(fā)電廠設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50660-2011），在儀表與控制章節(jié)中，針對機(jī)組控制系統(tǒng)提到了：當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，可采用基于現(xiàn)場總線的DCS，可在現(xiàn)場儀表和設(shè)備層采用現(xiàn)場總線技術(shù)。針對輔助車間控制系統(tǒng)提到了：當(dāng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)論證合理時(shí)，可采用基于現(xiàn)場總線的可編程邏輯控制器系統(tǒng)或DCS，可在現(xiàn)場儀表和設(shè)備層采用現(xiàn)場總線技術(shù)。該國家標(biāo)準(zhǔn)為我國電廠大量采用現(xiàn)場總線技術(shù)起到了良好的引導(dǎo)作用，為“十三五”期間現(xiàn)場總線技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

目前，國內(nèi)較大范圍應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)并成功投入運(yùn)行的電廠有：華能金陵電廠二期2×100MW機(jī)組工程、華能九臺電廠2×600MW機(jī)組工程、華能秦華電廠1×600MW機(jī)組工程、國電肇慶熱電公司2×350MW機(jī)組工程等。

以華能金陵電廠二期2×100MW機(jī)組工程為例，該工程在電廠主工藝系統(tǒng)中盡可能大范圍采用了現(xiàn)場總線技術(shù)，但從機(jī)組安全、回路響應(yīng)速度和技術(shù)經(jīng)濟(jì)各方面綜合分析，以下系統(tǒng)仍采用成熟的常規(guī)控制方式：

（1）對機(jī)組安全運(yùn)行至關(guān)重要且回路處理速度要求高的鍋爐爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)（FSSS）中涉及鍋爐本體保護(hù)的部分，汽機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)（DEH）中涉及轉(zhuǎn)速、應(yīng)力和負(fù)荷控制的基本控制部分，汽機(jī)本體緊急跳閘系統(tǒng)（ETS），給水泵汽機(jī)電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)（MEH），給水泵汽機(jī)緊急跳閘系統(tǒng)（METS）以及旁路控制系統(tǒng)（BPC）。

（2）機(jī)組事故順序記錄（SOE）要求有1ms的分辨率，仍采用專用SOE卡。

（3）鍋爐吹灰控制、循泵房、燃油泵房控制采用常規(guī)的DCS遠(yuǎn)程I/O站。

（4）現(xiàn)場相對集中的溫度測點(diǎn)如爐膛壁溫、汽機(jī)和發(fā)電機(jī)本體溫度等測點(diǎn)，采用國產(chǎn)智能前端設(shè)備接入DCS。

“十三五”將是現(xiàn)場總線技術(shù)快速發(fā)展的時(shí)期，將有大量發(fā)電機(jī)組應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)。今后除涉及安全保護(hù)、快速控制和SOE以外，其他儀表與控制系統(tǒng)都可以探討應(yīng)用現(xiàn)場總線技術(shù)，包括輔助車間系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。

3.3　數(shù)字化電廠的實(shí)施

《火力發(fā)電廠信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)定》（DL/T5456-2012）對我國電廠的信息化工作進(jìn)行了指導(dǎo)和規(guī)范，不僅對全廠信息化總體規(guī)劃和實(shí)施進(jìn)行了約定，也分別對生產(chǎn)信息、管理信息、視頻監(jiān)視與視頻會議、門禁等功能進(jìn)行了規(guī)定，推動(dòng)了我國電廠信息化工作，為進(jìn)一步建設(shè)數(shù)字化電廠打下了良好基礎(chǔ)。

“十三五”期間，我國將掀起建設(shè)數(shù)字化電廠的熱潮。建設(shè)數(shù)字化電廠，離不開兩個(gè)方面：一是建設(shè)電廠過程的數(shù)字化，二是電廠從上到下整體結(jié)構(gòu)的數(shù)字化。

首先是過程的數(shù)字化。數(shù)字化工廠的廣義概念是對工廠全生命周期過程的數(shù)字化，就電廠而言，包括設(shè)計(jì)、制造、建設(shè)施工、運(yùn)行、管理和優(yōu)化、老化退役及殘值處理等生命周期各個(gè)階段的全過程。要實(shí)現(xiàn)過程的數(shù)字化，很重要的一項(xiàng)工作是數(shù)字化移交。數(shù)字化移交的范圍應(yīng)囊括工程建設(shè)的依據(jù)性和管理性文件，如項(xiàng)目批復(fù)文件、工程勘測報(bào)告、工程設(shè)計(jì)文件、安裝工程文件、建筑工程文件、啟動(dòng)與調(diào)試文件、設(shè)備文件、竣工圖以及驗(yàn)收和結(jié)算等建設(shè)工程當(dāng)中的全部相關(guān)文件。

另外是電廠結(jié)構(gòu)的數(shù)字化。電廠結(jié)構(gòu)的數(shù)字化分兩部分內(nèi)容：一是以電廠DCS為代表的所有儀表與控制系統(tǒng)的數(shù)字化，包括前面論述的DCS的發(fā)展以及現(xiàn)場總線技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，二是電廠信息系統(tǒng)的全面實(shí)施與應(yīng)用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年11月增刊