大型火力發(fā)電廠自動(dòng)化技術(shù)的未來(lái)

能源行業(yè)今年變得更加熱鬧，雙碳目標(biāo)的提出，幾乎是變相的給煤電下了死緩?fù)ㄖ獣?。想要?shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)，在不影響經(jīng)濟(jì)平穩(wěn)過(guò)渡的前提下，如果沒(méi)有新的技術(shù)革命，煤電遲早要退出歷史舞臺(tái)。有數(shù)據(jù)顯示，2020年，火電同比增長(zhǎng)4.7%，裝機(jī)容量達(dá)124517萬(wàn)千瓦，占比56.58%。其中，煤電107992萬(wàn)千瓦，占比的49.07%，燃?xì)?802萬(wàn)千瓦，占比4.45%。這一年，煤電開(kāi)始主動(dòng)離開(kāi)我們的視野，占比首次降到50%以下。

可以肯定的是，未來(lái)整體的趨勢(shì)仍將是煤電逐步退出的過(guò)程。昨晚跟一位同行聊天，他們集團(tuán)下屬的院所已經(jīng)整合到了新能源板塊名下，以后可能就不會(huì)再涉及到煤電領(lǐng)域。畢竟，不論從哪個(gè)層面上講，煤電都不屬于新能源的范疇。

如果是這樣的話，新的問(wèn)題就來(lái)了，從電廠過(guò)程控制的角度講，煤電不僅裝機(jī)容量大，更意味著過(guò)程控制更加復(fù)雜。而過(guò)程控制的復(fù)雜程度，也是這個(gè)行業(yè)科技含量高的重要體現(xiàn)。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，如果沒(méi)有了煤電，以后我們可能就不會(huì)再研究協(xié)調(diào)控制、復(fù)雜的PID控制以及更加復(fù)雜的DEH控制理論。而從整體角度出發(fā)，作為過(guò)程控制的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和載體，DCS系統(tǒng)應(yīng)該也不需要如今這般龐大和復(fù)雜。

如果是這樣，新能源對(duì)整個(gè)自動(dòng)化行業(yè)都是一次降維打擊！

我相信，很多人也會(huì)有這方面的憂慮。尤其是在大火電工作很多年的前輩，憑借著年輕時(shí)期的好學(xué)和沖勁，好不容易學(xué)到手的一些高技術(shù)含量的東西，可能在未來(lái)的某一天就會(huì)無(wú)用武之地了。

我曾經(jīng)也經(jīng)歷過(guò)大小機(jī)組幾十臺(tái)，無(wú)論是新能源，還是百萬(wàn)機(jī)組，都有所涉獵。熟悉我的朋友都知道，我對(duì)DCS系統(tǒng)還是略知一二的，所以對(duì)這個(gè)問(wèn)題還是有一些見(jiàn)解。

我是2017年第一次接觸新能源機(jī)組，燃機(jī)聯(lián)合循環(huán)、垃圾、農(nóng)林廢棄物發(fā)電都做過(guò)。去年國(guó)內(nèi)雖然又有不少六十萬(wàn)以上規(guī)模的機(jī)組上線，但是從數(shù)量角度看，新能源機(jī)組規(guī)模則更龐大一些。我有個(gè)感觸，新能源機(jī)組，比如垃圾和農(nóng)林廢棄物發(fā)電，一般單機(jī)容量在30MW以上就是大機(jī)組了。他們的控制系統(tǒng)相對(duì)比較簡(jiǎn)單，整套系統(tǒng)做下來(lái)可能還不如一套大機(jī)組的輔機(jī)系統(tǒng)復(fù)雜。拿模擬量控制來(lái)說(shuō)，新能源機(jī)組主要是給水自動(dòng)、減溫水自動(dòng)、熱井水位自動(dòng)、除氧器水位、壓力自動(dòng)以及DEH調(diào)節(jié)等。當(dāng)然這些也是大機(jī)組的主要組成部分，但是大機(jī)組由于設(shè)備更多更復(fù)雜，單就模擬量控制系統(tǒng)可能多達(dá)幾十套，而且最后還要實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)控制。

更重要的是，新能源機(jī)組的模擬量自動(dòng)控制有時(shí)候有些雞肋的感覺(jué)，拿垃圾發(fā)電的給水自動(dòng)來(lái)說(shuō)。由于垃圾的熱值很不穩(wěn)定，而且垃圾上料很不均勻（相對(duì)于煤），所以造成了整個(gè)系統(tǒng)的燃燒很不穩(wěn)定。即便再熟練的老師傅，在燃燒調(diào)整過(guò)程中，汽包壓力或者主蒸汽壓力波動(dòng)都會(huì)很大。而汽包水位是要有溫壓補(bǔ)償?shù)?，因此造成水位波?dòng)也很大。我在之前的課程中曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，PID調(diào)節(jié)在受到大的干擾的情況下，要加強(qiáng)手動(dòng)干預(yù)。由于燃料熱值不穩(wěn)造成燃燒不穩(wěn)，給水位自動(dòng)增加了一個(gè)持續(xù)的大的干擾，所以水位自動(dòng)其實(shí)有時(shí)候還不如人工手動(dòng)調(diào)節(jié)來(lái)的方便。

在一般的大火電中，汽包壓力或者主蒸汽壓力波動(dòng)超過(guò)一定的數(shù)值都是要納入考核范疇的，但是在新能源機(jī)組很難實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，主要是目標(biāo)實(shí)在難以兌現(xiàn)。當(dāng)然這并不影響新能源機(jī)組的安全穩(wěn)定運(yùn)行，畢竟裝機(jī)規(guī)模小，運(yùn)行人員稍微有些經(jīng)驗(yàn)，就不至于造成機(jī)組出現(xiàn)非停。

不過(guò)這并不意味著自動(dòng)調(diào)節(jié)在新能源機(jī)組中失去了意義，徹底變?yōu)榱穗u肋。為了克服燃燒不穩(wěn)造成的水位波動(dòng)大問(wèn)題，我嘗試了很多種方法，主要還是在自動(dòng)控制參數(shù)上做手腳。不過(guò)由于需要運(yùn)行人員配合試驗(yàn)，很多運(yùn)行人員對(duì)新方法的適應(yīng)和理解需要時(shí)間，而更多的時(shí)候運(yùn)行人員更情愿選擇手動(dòng)調(diào)整，所以很多方法就無(wú)法推行下去。

從自動(dòng)調(diào)節(jié)的角度講，新能源機(jī)組確實(shí)因?yàn)檠b機(jī)規(guī)模小，很大程度上對(duì)自動(dòng)調(diào)節(jié)的依賴并不高。不像大火電，動(dòng)輒三五十個(gè)自動(dòng)調(diào)節(jié)，如果全部手動(dòng)狀態(tài)，那么一個(gè)班下來(lái)，運(yùn)行人員勞動(dòng)強(qiáng)度還是很大的。自動(dòng)調(diào)節(jié)最重要的目的就是減少運(yùn)行人員的調(diào)節(jié)強(qiáng)度，讓調(diào)節(jié)變得更靈敏、精確。新能源機(jī)組在沒(méi)有自動(dòng)調(diào)節(jié)的情況下如果可以做到工作量不大，似乎可以另當(dāng)別論。

從DCS的角度講，整體的配置規(guī)模少了，控制方案也沒(méi)有那么復(fù)雜，所以問(wèn)題也簡(jiǎn)單了起來(lái)。而作為DCS系統(tǒng)一個(gè)特殊組成部分，DEH系統(tǒng)也變得不是那么復(fù)雜，一般的新能源機(jī)組調(diào)節(jié)閥門一般也就兩個(gè)，所以閥門的控制就更加簡(jiǎn)單。把這些問(wèn)題綜合來(lái)看，似乎說(shuō)新能源機(jī)組的發(fā)展對(duì)電廠自動(dòng)化是一次降維打擊好像也有道理。

不過(guò)，凡事都有兩面性。我們從精益求精的角度出發(fā)，如果能開(kāi)發(fā)出一種更好的自動(dòng)調(diào)節(jié)方式，不是單純的PID調(diào)節(jié)，他可以對(duì)燃燒的不穩(wěn)定及時(shí)反應(yīng)，可進(jìn)一步減少運(yùn)行人員的操作，可進(jìn)一步減少電廠的用工成本，這其實(shí)是我們未來(lái)研究的一個(gè)方向。自動(dòng)PID調(diào)節(jié)出現(xiàn)后，我們幾十年的時(shí)間里都陷入了某種思維，只要談模擬量控制就是PID調(diào)節(jié)，雖然他不完美，但是一直與我們相伴。

新能源逐步取代大火電，是具有劃時(shí)代意義的能源革命，而作為配套系統(tǒng)的自動(dòng)化領(lǐng)域，也一定會(huì)在這次革命中迸發(fā)出新的火花。拿DCS系統(tǒng)來(lái)講，是否會(huì)出現(xiàn)更可靠的DCS硬件，一直呼聲很高的無(wú)線傳輸技術(shù)是否可能取代信號(hào)電纜，是否會(huì)有一種更先進(jìn)的控制方式取代現(xiàn)有的DCS系統(tǒng)，這些都是未來(lái)新能源自動(dòng)化領(lǐng)域值得去討論或者嘗試的地方。

或許很多年以后，作為自動(dòng)化領(lǐng)域從業(yè)者，在使用著最先進(jìn)的控制系統(tǒng)的時(shí)候，回想起當(dāng)年我們還使用過(guò)一種叫做DCS的控制系統(tǒng)，還用過(guò)一種叫做PID的調(diào)節(jié)方式，還經(jīng)歷過(guò)一次從未有過(guò)的能源革命，想想都讓人心潮澎湃！