作者簡(jiǎn)介

許繼剛（1964-），男，博士研究生畢業(yè)，國家新世紀百千萬(wàn)人才工程國家級人選，國務(wù)院政府特殊津貼專(zhuān)家，原中國電力工程顧問(wèn)集團公司副總工程師、特級專(zhuān)家，現任中國能源建設集團工程研究院副院長(cháng)，兼任電力行業(yè)熱工自動(dòng)化與信息標準化委員會(huì )副主任、電力行業(yè)熱工自動(dòng)化技術(shù)委員會(huì )副主任、中國自動(dòng)化學(xué)會(huì )發(fā)電自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì )副主任、中國電機工程學(xué)會(huì )熱工自動(dòng)化專(zhuān)委會(huì )副主任、中國儀器儀表學(xué)會(huì )自控工程設計委員會(huì )主任。擔任《大中型火力發(fā)電廠(chǎng)設計規范》編制組副組長(cháng)，《火力發(fā)電廠(chǎng)信息系統設計技術(shù)規定》編制組組長(cháng)。

1　“十三五”電力發(fā)展預測

在中國經(jīng)濟步入新常態(tài)后，作為主要能源行業(yè)之一的電力行業(yè)將迎來(lái)新的發(fā)展時(shí)期。根據中電聯(lián)年度快報統計，截至2014年底，全國發(fā)電裝機容量為13.6億千瓦，同比增長(cháng)8.7%，其中非化石能源發(fā)電裝機容量4.5億千瓦，占總裝機容量比重為33.3%。2014年，全國發(fā)電量5.55萬(wàn)億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)3.6%，其中非化石能源發(fā)電量1.42萬(wàn)億千瓦時(shí)，同比增長(cháng)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(lái)首次超過(guò)25%，達到25.6%，同比提高3.4%。

在非化石能源發(fā)電裝機中，全國水電裝機容量3.0億千瓦（其中抽水蓄能2183萬(wàn)千瓦），同比增長(cháng)7.9%。全國并網(wǎng)風(fēng)電裝機容量9581萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)25.6%。全國并網(wǎng)太陽(yáng)能發(fā)電裝機容量2652萬(wàn)千瓦（絕大部分為光伏發(fā)電），同比增長(cháng)67.0%。

盡管非化石能源在中國的發(fā)展速度非?？?，但中國目前的發(fā)電主要還是靠火電，截至2014年底，全國火電裝機容量9.2億千瓦，同比增長(cháng)5.9%，占總裝機容量比重為66.7%，其中煤電8.3億千瓦，同比增長(cháng)5.0%；氣電5567萬(wàn)千瓦，同比增長(cháng)29.2%。根據中電聯(lián)預測，全國發(fā)電裝機到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)電裝機占比分別達到39%、49%和62%，發(fā)電量占比分別達到29%、37%和50%。到2050年，我國電力結構將實(shí)現從煤電為主向非化石能源發(fā)電為主的轉換。

2 “十三五”煤電發(fā)展方向

雖然未來(lái)我國將大力發(fā)展非化石能源發(fā)電，但我國電源結構以煤電為主的格局長(cháng)期不會(huì )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，已投入運行的單機發(fā)電容量100萬(wàn)千瓦的發(fā)電機組已經(jīng)超過(guò)70臺，躍居世界首位，機組發(fā)電效率超過(guò)45%；世界首臺100萬(wàn)千瓦空冷機組在中國成功運行，全國已經(jīng)建成超過(guò)2億千瓦的空冷發(fā)電機組；世界首臺60萬(wàn)千瓦超臨界循環(huán)硫化床（CFB）機組建成，還有大量35萬(wàn)千瓦超臨界循環(huán)硫化床機組正在設計。

“十三五”期間我國將優(yōu)化發(fā)展煤電，未來(lái)幾年將重點(diǎn)推動(dòng)綠色發(fā)電，推行煤電一體化開(kāi)發(fā)，加快建設大型煤電基地；嚴格控制東部地區新建純凝燃煤機組，鼓勵發(fā)展熱電聯(lián)產(chǎn)；大力推行潔凈煤發(fā)電技術(shù)，加快現有機組節能減排改造，因地制宜改造、關(guān)停淘汰煤耗高、污染重的小火電。全國煤電裝機規劃2020年達到11億千瓦，新增機組中煤電基地將占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(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展

隨著(zhù)電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，我國電廠(chǎng)自動(dòng)化，尤其是燃煤電廠(chǎng)的自動(dòng)化已經(jīng)達到國際先進(jìn)水平?！笆濉逼陂g，信息化、智能化、數字化將是電廠(chǎng)自動(dòng)化發(fā)展的主要方向。

3.1　分散控制系統的發(fā)展

分散控制系統（DCS）從誕生并應用于燃煤電廠(chǎng)開(kāi)始，經(jīng)過(guò)20多年的發(fā)展，一直在不斷地進(jìn)行技術(shù)創(chuàng )新。未來(lái)5年，DCS將迎來(lái)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(lái)看，一般電廠(chǎng)都有2臺或以上的機組，每臺機組都有1套DCS，DCS上面是電廠(chǎng)的全廠(chǎng)級，全廠(chǎng)級上面是發(fā)電集團級，從DCS上層來(lái)看主要有兩個(gè)方面：一方面是DCS與全廠(chǎng)級的控制、信息以及管理的融合，將來(lái)有較大發(fā)展空間；另一方面，就是和發(fā)電集團進(jìn)行信息的交流，一個(gè)集團要管理很多DCS的大量數據，對數據進(jìn)行分析、云處理，這是將來(lái)發(fā)展的另一個(gè)重要空間，這是第一層。

第二層是DCS的人機接口和人機界面，首先，人機接口從傳統的CRT，到現在的等離子、LED和大屏幕，隨著(zhù)電子產(chǎn)品的不斷發(fā)展，以后還會(huì )發(fā)生變化，比如現在固定的人機接口可能變成移動(dòng)的人機接口，甚至可以通過(guò)移動(dòng)終端對現場(chǎng)的設備直接進(jìn)行調整和校驗；另外，人機界面也可以進(jìn)一步優(yōu)化，今后界面將向人性化方面和簡(jiǎn)潔化方面發(fā)展，畫(huà)面處理更加人性和簡(jiǎn)化，這是第二層。

第三層是DCS的中間部分，該部分核心內容就是控制器和運算模型，從火電廠(chǎng)來(lái)看，隨著(zhù)各種新型高級算法的涌現，一些優(yōu)化模型不斷地出現，有節能型、節水型、減排型，也有綜合協(xié)調型，如何發(fā)揮好這些由大數據支撐的優(yōu)化數據模型，把國內外比較流行的，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(chǎng)集成度很高，鍋爐、汽機之間的協(xié)調控制很復雜，因此需要相對集中控制，DCS中間的核心部分是無(wú)法取代的，這一塊將來(lái)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(lái)可能會(huì )更加地分散，分散度會(huì )更廣；另一方面，網(wǎng)絡(luò )的底層要和現場(chǎng)總線(xiàn)聯(lián)接，網(wǎng)絡(luò )的局部可能會(huì )和無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )和其他控制系統的網(wǎng)絡(luò )聯(lián)接。

第五層是現場(chǎng)I/O卡件，該層次將來(lái)發(fā)展的目標是更加數字化和智能化，除了故障識別和報警外，甚至可以做到I/O卡件的自恢復、自診斷、自校正，獨立處理自身的事情，無(wú)須上層的處理器進(jìn)行指揮和判斷。

3.2　現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的應用

新版《大中型火力發(fā)電廠(chǎng)設計規范》（GB50660-2011），在儀表與控制章節中，針對機組控制系統提到了：當技術(shù)經(jīng)濟論證合理時(shí)，可采用基于現場(chǎng)總線(xiàn)的DCS，可在現場(chǎng)儀表和設備層采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。針對輔助車(chē)間控制系統提到了：當技術(shù)經(jīng)濟論證合理時(shí)，可采用基于現場(chǎng)總線(xiàn)的可編程邏輯控制器系統或DCS，可在現場(chǎng)儀表和設備層采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)。該國家標準為我國電廠(chǎng)大量采用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)起到了良好的引導作用，為“十三五”期間現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎。

目前，國內較大范圍應用現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)并成功投入運行的電廠(chǎng)有：華能金陵電廠(chǎng)二期2×100MW機組工程、華能九臺電廠(chǎng)2×600MW機組工程、華能秦華電廠(chǎng)1×600MW機組工程、國電肇慶熱電公司2×350MW機組工程等。

以華能金陵電廠(chǎng)二期2×100MW機組工程為例，該工程在電廠(chǎng)主工藝系統中盡可能大范圍采用了現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，但從機組安全、回路響應速度和技術(shù)經(jīng)濟各方面綜合分析，以下系統仍采用成熟的常規控制方式：

（1）對機組安全運行至關(guān)重要且回路處理速度要求高的鍋爐爐膛安全監控系統（FSSS）中涉及鍋爐本體保護的部分，汽機數字電液控制系統（DEH）中涉及轉速、應力和負荷控制的基本控制部分，汽機本體緊急跳閘系統（ETS），給水泵汽機電液調節系統（MEH），給水泵汽機緊急跳閘系統（METS）以及旁路控制系統（BPC）。

（2）機組事故順序記錄（SOE）要求有1ms的分辨率，仍采用專(zhuān)用SOE卡。

（3）鍋爐吹灰控制、循泵房、燃油泵房控制采用常規的DCS遠程I/O站。

（4）現場(chǎng)相對集中的溫度測點(diǎn)如爐膛壁溫、汽機和發(fā)電機本體溫度等測點(diǎn)，采用國產(chǎn)智能前端設備接入DCS。

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

3.3　數字化電廠(chǎng)的實(shí)施

《火力發(fā)電廠(chǎng)信息系統設計技術(shù)規定》（DL/T5456-2012）對我國電廠(chǎng)的信息化工作進(jìn)行了指導和規范，不僅對全廠(chǎng)信息化總體規劃和實(shí)施進(jìn)行了約定，也分別對生產(chǎn)信息、管理信息、視頻監視與視頻會(huì )議、門(mén)禁等功能進(jìn)行了規定，推動(dòng)了我國電廠(chǎng)信息化工作，為進(jìn)一步建設數字化電廠(chǎng)打下了良好基礎。

“十三五”期間，我國將掀起建設數字化電廠(chǎng)的熱潮。建設數字化電廠(chǎng)，離不開(kāi)兩個(gè)方面：一是建設電廠(chǎng)過(guò)程的數字化，二是電廠(chǎng)從上到下整體結構的數字化。

首先是過(guò)程的數字化。數字化工廠(chǎng)的廣義概念是對工廠(chǎng)全生命周期過(guò)程的數字化，就電廠(chǎng)而言，包括設計、制造、建設施工、運行、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(guò)程。要實(shí)現過(guò)程的數字化，很重要的一項工作是數字化移交。數字化移交的范圍應囊括工程建設的依據性和管理性文件，如項目批復文件、工程勘測報告、工程設計文件、安裝工程文件、建筑工程文件、啟動(dòng)與調試文件、設備文件、竣工圖以及驗收和結算等建設工程當中的全部相關(guān)文件。

另外是電廠(chǎng)結構的數字化。電廠(chǎng)結構的數字化分兩部分內容：一是以電廠(chǎng)DCS為代表的所有儀表與控制系統的數字化，包括前面論述的DCS的發(fā)展以及現場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)的大規模應用，二是電廠(chǎng)信息系統的全面實(shí)施與應用。

摘自《自動(dòng)化博覽》2015年11月增刊