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DCS控制系统——保障光热电站安全高效运行的“大脑”

2019年01月11日 10:49:17来源:CSPPLAZA光热发电平台 作者:Crace关键词:DCS智能控制
    正如人体的大脑收集信号,做出相应的反应并通过神经传输信号来指挥人的行为一样,DCS控制系统在光热电站中也发挥着同样的作用。DCS控制系统作为整个光热电站的核心及大脑,控制并监视全厂所有的设备,并辅助操作人员对现场工况进行监视及控制,最终保证光热电站的安全运行。由于光热系统较为复杂,除了需要良好的系统集成能力,优质可靠的控制系统也必不可少。
    那么,光热电站对DCS控制系统提出了哪些特别要求?在安装和调试过程中应注意哪些问题?项目业主和EPC采购商应如何选择优质的DCS控制系统?其成本下降空间如何?带着上述问题,CSPPLAZA记者采访了光热发电行业部分知名的DCS控制系统厂商。
    光热电站对DCS系统的自控程度、硬件产品及网络稳定性要求更高
    相比传统火电站,光热电站的DCS系统更加复杂。由于包括太阳岛、储热岛及常规岛三大部分,因此,针对光热电站的控制也包括镜场控制、储换热岛控制及常规岛控制三大部分,而一般的常规火电厂则不涉及镜场和储换热系统(化工厂虽含储换热系统,但不用来发电)。对此,施耐德电气(中国)有限公司(以下简称“施耐德”)工业事业部产品推广项目经理房伟表示:“相比之下,光热电站DCS控制系统需要将上述三大系统有机整合并进行控制,这是其设计和生产需要考虑的关键点。”
    同时,考虑到我国目前在建的光热电站主要集中于昼夜温差大且自然环境相对恶劣的西北地区,在DCS系统设计时要充分考虑各项因素。“比如,DCS系统设计时要考虑网络搭建及各类防护措施,对于部分室外远端设备要设计好对应的防护等级,针对光热电站通讯数量大等特点应提前做好整体方案设计。”杭州和利时自动化有限公司(以下简称“和利时”)技术总监白彬如是表示。
    此外,由于光热电站频繁启停的特点,加之运行及维护人员较少,容易给操作人员带来较大的负担,因此,其对自动控制及联锁保护的依赖性更强。横河电机(中国)有限公司(以下简称“横河电机”)新市场开发部部长王洪庆表示,通过设计相应的软件将启停过程统一化、自动化,使DCS系统能适应一年中各种不同条件下的自动启停,则可减少因频繁操作带来的不必要的失误,助力光热电站安全运行。
    总体来看,光热电站对DCS系统的自动化控制程度、硬件产品及网络稳定性要求更高,其要求DCS系统拥有应对各种需求的控制算法,具有丰富且灵活的接口且易于维护。
    众厂商纷纷进行针对性研发助力光热系统安全稳定运行
    随着我国首批光热示范项目陆续进入建设阶段,对DCS控制系统的市场需求也将集中释放,国内外知名DCS控制系统厂商也纷纷将目光瞄准中国光热发电市场。鉴于光热发电系统对DCS系统的特殊需求以及中国特殊的电站开发环境,多家厂商都在针对光热系统的一些控制难点并结合中国实际条件进行针对性研究开发及优化,以期在光热发电市场获得更大的突破。
    在槽式光热电站方面,横河电机针对性地进行了通信线路(LOC)控制器的优化设计。此外,该公司在导热油泄露检测方面提出了自己的方案,并申请了专利。中控方面则针对性地推出自主开发的太阳能专用远程终端单元(RTU),其主网络采用环网架构,可进行分组控制,具备-40℃工业级宽温工作范围。
    在塔式光热电站中,镜场的运行效率关乎整个电站的电量产出。因此,充分发挥DCS系统对定日镜系统的监控作用是十分必要的。而针对光热电站定日镜系统,和利时开发了专用的可编程逻辑控制器(PLC)及数据采集与监视控制系统(SCADA)系统。此外,该公司还采用动态优化+多模控制等先进控制方式对光热电站的控制方案进行全面优化。
    然而,无论采用何种技术路线,保证储热岛的安全运行才能最大程度地发挥光热电站的储能优势。鉴于光热电站对储换热等环节的安全性要求较高,施耐德推出了EcoStruxurePlant平台,其可提供SIL3全厂保护系统(PlantProtectionSystem),确保整个电站安全运行。同时,针对中国部分光热电站项目地高寒的气候条件,上述平台还可提供宽温度解决方案。此外,房伟表示,该平台将助力数字化光热电站的建设,实现光能的高效利用。
    光热电站DCS系统安装与调试前应做好保护预案
    目前,中国光热发电市场已正式启动,部分示范项目陆续进入建设阶段。但是,由于我国尚未建成大型商业化光热电站,因此光热电站DCS控制系统的安装和调试经验非常重要。
    王洪庆表示,由于光热电站DCS系统通讯协议和接口众多,需要提前定义各通讯协议的通讯参数,各厂家共同遵守这个约定,为现场调试的顺利进行提供便利。
    白彬则告诉记者,DCS系统安装时要注意接地、电源、接线及系统网络检查,在调试前要做好整套系统上电调试预案及设备单调、联调方案。同时,由于光热电站传储热介质的特殊性,应在系统整体调试前做好各类安全保护预案,以确保光热电站的安全运行。此外,记录DCS系统的运行与操作的过程并进行分析优化是提高光热发电LCOE(平准化电力成本)的必经之路。
    浙江中控技术股份有限公司(以下简称“中控”)新能源业务部技术经理王壮壮也表达了类似的观点,他告诉记者,在光热电站DCS系统安装与调试过程中要重点注意控制逻辑、联锁回路以及相关参数匹配的合理性。
    多方面评定DCS系统后再“下单”
    DCS系统作为整个光热电站的大脑,对整个电站运行起着重要的作用,而电站运行效果关乎业主等相关方的利益。因此,选择优质的DCS系统对项目业主及EPC采购商来说显得尤为重要。那么,在进行DCS系统采购时,相关人士应从哪些方面入手呢?
    对此,白彬建议,采购方应从公司资质、产品性能、业绩、控制方案完整度及价格等几方面进行综合评定,选取最优的厂家。与此同时,由于国内外自然环境不尽相同,国内光热项目采购方应多加考察DCS系统厂商的国内业绩。此外,针对光热电站吸热及储热等难点,DCS系统厂家应给出自己对控制的专业性建议及见解。
    一般来说,光热电站的设计寿命为25年以上,全生命周期的服务是保证光热电站运行的关键因素。由于电子产品均有一定的寿命期限,而为保证电站在全生命周期内能够正常运行,持续的备品备件供应尤为重要。对此,王壮壮及王洪庆均表示,项目业主及EPC采购商除了要关注DCS产品本身的稳定性、可靠性及成熟度,也应当注重各个DCS厂商的工程服务能力,包括服务人员水平、服务响应时间、是否有就近工程服务点及备件库等。
    由于光热电站涉及众多系统,为实现信息的集中管理和数据的有附加值的运用,这些系统需要连接到一起,以实现各系统之间的数据共享。王洪庆认为,为了最大限度地发挥各系统的主要功能,业主或EPC采购商在选择系统和现场仪表时,应尽量使用同一家厂商的产品。相反地,若选择众多设备厂商,在项目实施过程中时,业主或EPC采购商就需要耗费大量的人力和时间来协调设备供货商、设计院与业主之间的事务,这将影响项目的快速推进。
    规模化、国产化、创新合作方式或促光热电站DCS系统成本下降
    目前,随着技术持续优化和规模化效益的体现,全球光热发电成本整体呈现不断下降趋势,而成本的进一步降低也有助于光热产业的规模化发展。那么DCS系统成本是否有下降空间呢?
    受访企业普遍表示,DCS系统成本降低仍有一定空间。其中,王洪庆表示,DCS系统成本下降的空间不是很大,但随着光热产业的规模化发展,镜场通信线路(LOC)控制部分的成本还会有所下降。
    白彬建议,若期待光热电站DCS系统成本进一步下降,各项目业主及EPC采购商可以与DCS厂商进行深入合作,从前期设计及优化控制层面降低项目成本,实现人尽其才,取长补短。
    王壮壮则认为,光热电站DCS系统想要降低成本首先就要实现国产化。王壮壮告诉CSPPLAZA记者,早期DCS系统市场是进口品牌的天下,价格较昂贵。但是,随着中控等国产DCS厂商的发展壮大,目前,在化工、石化及火电等DCS系统应用成熟的领域,同等规模的电站采用的DCS系统产品的整体价格已经不到10年前的一半。
    房伟表示,由于其国内DCS控制系统现场实施团队逐渐成熟,加之部分现场实施采取与总包混合的实施方式,其人工成本也得以下降。
    总体来看,如果期待光热电站DCS控制系统成本能有所下降,需要不断提高DCS系统的国产化率,加强合作,创新实施模式,方可加快行业发展及其产业化速度。
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