導語：水電站技術(shù)經(jīng)濟論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1電力行業(yè)的智能化升級改造技術(shù)經(jīng)濟效益顯著

電力行業(yè)無法置身信息技術(shù)革命浪潮之外，智能電網(wǎng)代表未來電力系統(tǒng)發(fā)展方向，是電力行業(yè)創(chuàng)新和發(fā)展的需要。為實現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標，國家電網(wǎng)公司于2007年10月正式啟動了智能電網(wǎng)可行性研究項目，并于2010－01－12日，《關(guān)于加快推進堅強智能電網(wǎng)建設(shè)的意見》，確定了建設(shè)堅強智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標，將智能電網(wǎng)的建設(shè)上升至國家戰(zhàn)略層面的高度，大力推進(圖1)。在國家電網(wǎng)公司的強力推動下，近年來我國電網(wǎng)在輸電、變電、配電、用電和調(diào)度等環(huán)節(jié)智能化升級改造發(fā)展迅速，并提出了全球互聯(lián)網(wǎng)概念，集成體系標準，向世界輸出。技術(shù)革新帶來了能源效率的提升，同時創(chuàng)造了大量需求，2015年利潤總額和利潤率等指標逆勢上揚，遠超德國意昂集團、意大利國家電力、法國電力等世界同行營業(yè)水平，2016年在《財富》世界500強排名中名列全球第二(表1)。在當前中國電能過剩、火電成本高的背景下，發(fā)電企業(yè)也在積極謀劃通過技術(shù)創(chuàng)新實現(xiàn)降本增效，國內(nèi)發(fā)電集團開始推進發(fā)電環(huán)節(jié)智能化升級改造。2013年1月，華電集團投資建設(shè)了全國第一個全壽期三維數(shù)字化智能火電廠———萊州電廠一期工程。全壽期三維數(shù)字化電廠，就是通過三維設(shè)計，將電廠物理實體與數(shù)字模型完美結(jié)合，從設(shè)計到退役全生命周期均做到三維化、可視化和在線管控，一旦電廠部件老化或發(fā)生故障，系統(tǒng)可在第一時間通知操作員，防患于未然。為充分利用火電機組循環(huán)水的排放能量，萊州電廠通過技術(shù)攻關(guān)充，增加水力發(fā)電機組，循環(huán)水排水實現(xiàn)勢能發(fā)電。投資近2000萬元將循環(huán)水排水口改為水輪發(fā)電機房，安裝了2臺800kW小型水輪發(fā)電機，每年可多發(fā)電880萬kW•h。在科技的支撐下，萊州電廠各項指標均居世界領(lǐng)先水平，成為“高效、節(jié)能、清潔、環(huán)?！敝悄芑痣姀S示范項目，發(fā)電煤耗僅為268．5g/kW•h;熱效率達45．59%，供電廠用電率僅為4．98%，經(jīng)濟指標居世界領(lǐng)先水平。在排放方面，電廠采用封閉煤場，實現(xiàn)“零污染、零損耗”;高效靜電除塵器效率達99．7%，脫硫效率達95%以上，采用干除灰、干除渣技術(shù)，灰、渣及脫硫石膏全部綜合利用;廠內(nèi)污水和廢水經(jīng)處理回用，實現(xiàn)污水“零排放”。通過試點項目積累的先進技術(shù)在其集團內(nèi)部大力推廣應(yīng)用，效益顯著［2］。華電集團在創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略引領(lǐng)下成功轉(zhuǎn)型，堅持綠色、低碳發(fā)展道路，不斷優(yōu)化電源結(jié)構(gòu)。積極發(fā)展高參數(shù)、大容量煤電項目，以及水電和風光電，因地制宜建設(shè)燃氣發(fā)電機組，同時積極推進節(jié)能降耗工作。華電發(fā)展迅速，從表1中也可看出，2015年企業(yè)利潤和利潤率等經(jīng)濟指標名列五大發(fā)電集團之首。我國已進入速度變化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、動力轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟發(fā)展新常態(tài)，作為國民經(jīng)濟的支柱產(chǎn)業(yè)，電力產(chǎn)業(yè)必須按照提出的“四個革命、一個合作”能源戰(zhàn)略構(gòu)想，以黨的十八屆五中全會審議通過的“十三五”規(guī)劃為引領(lǐng)，深入貫徹創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放、共享的發(fā)展理念，主動適應(yīng)和引領(lǐng)新常態(tài)，全面深化改革，實施創(chuàng)新驅(qū)動戰(zhàn)略，是新常態(tài)下我國經(jīng)濟社會發(fā)展的主要動力來源。國家電網(wǎng)和華電集團借助技術(shù)創(chuàng)新成功踏上轉(zhuǎn)型之路，從局部創(chuàng)新到系統(tǒng)集成，為企業(yè)的發(fā)展帶來了顯著的變化，企業(yè)利潤率世界領(lǐng)先，成為電力企業(yè)標桿。水電行業(yè)是一次性投入大，后期運營成本低的優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)，因自身經(jīng)營狀況較好而缺乏革新的動力，需要行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)高瞻遠矚的開拓進取，積極推進傳統(tǒng)水電站的智能化升級改造。參考文獻［3］中，筆者以洛陽供電區(qū)某常規(guī)變電站的智能化改造工程為樣本進行技術(shù)經(jīng)濟數(shù)據(jù)分析:智能化升級改造項目有著巨大的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢。智能化升級改造后，變電站的可靠性大大提高，維護工作量統(tǒng)計相比常規(guī)變電站減少90%，智能化組合設(shè)備設(shè)計要求為15年免維修，大大節(jié)約了人力成本，其經(jīng)濟指標的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在節(jié)省人力，運行維護成本急劇降低、并使得設(shè)備故障率降低，減少全年事故、檢修停電時間，供電質(zhì)量更加可靠優(yōu)質(zhì)，從而在可靠性效益以及社會效益方面體現(xiàn)出了更大的優(yōu)勢。與普通110kV變電站相比，大幅提高了設(shè)備智能化水平和設(shè)備運行可靠性，實現(xiàn)無人值班和設(shè)備操作的自動化，提高資源使用和生產(chǎn)管理效率，使得運行更加經(jīng)濟、節(jié)能和環(huán)保。按照設(shè)備全壽命周期15年計算，可節(jié)約成本1000余萬元。智能變電站是堅強智能電網(wǎng)建設(shè)中實現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和控制的核心平臺之一，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是實現(xiàn)水能、風能等可再生能源接入電網(wǎng)的重要支撐。改造后的該110kV變電站，不論是外貌還是內(nèi)在功能，較之前的數(shù)字化變電站有了質(zhì)的飛躍:全站取消了95%以上的二次電纜和接線端子(減少二次電纜33km)，減少90%以上的設(shè)備組屏(由原來的38屏減少至3屏)，極大精簡二次回路;減少了近的40%電站占地面積(節(jié)約占地約1．93hm2)，縮減了70%的室內(nèi)建筑面積，使變電站更加小型緊湊。據(jù)實際測算:該千伏變電站智能化改造較常規(guī)電站節(jié)約建設(shè)成本62%，二次系統(tǒng)全壽命周期內(nèi)節(jié)約運行維護成本90%，二次系統(tǒng)節(jié)約總費用達68%［3］。

2智能化水電站特征構(gòu)想

信息技術(shù)正加速向各個行業(yè)滲透，在其作用下人類社會將會在未來的二三十年演變成為一個智能社會，其廣度與深度難以想象。智能化水電站也必將成為水力發(fā)電企業(yè)現(xiàn)代化管理和技術(shù)的發(fā)展方向，其現(xiàn)有組織機構(gòu)性質(zhì)也將在技術(shù)的作用下發(fā)生深刻的改變。兩化融合為傳統(tǒng)水電站改造升級提供了一個良好的思路，彰顯信息化的重要性。智能電站的信息化特征主要包含2層含義:①生產(chǎn)過程監(jiān)控和企業(yè)管理需要的所有必要信息均應(yīng)無重復的得以采集和通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)共享。②采集和存儲的海量信息必須經(jīng)過智能化數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，使信息濃縮并進行統(tǒng)計分析，為電廠管理提供決策［4］。信息化是智能化的基礎(chǔ)，構(gòu)建新型一體化信息控制平臺，將電站信息系統(tǒng)與智能電網(wǎng)系統(tǒng)對接，實現(xiàn)系統(tǒng)一體化控制，將智能控制理論如模糊控制、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)控制、專家控制系統(tǒng)、遺傳算法等智能控制方法廣泛應(yīng)用于水電站自動控制，主動超前適應(yīng)電網(wǎng)對負荷控制的要求，使機組能夠運行在最佳參數(shù)曲線附近，大大促進水電站設(shè)備設(shè)施運行調(diào)度與操作控制的智能自動化，從而達到安全、高效、節(jié)能、降耗的目的。在設(shè)備維護管理方面，數(shù)字化、信息化技術(shù)為設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測和智能診斷提供基礎(chǔ)，持續(xù)提高發(fā)電廠設(shè)備可靠性。狀態(tài)監(jiān)測是為了實現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)跟蹤而進行的采集、識別、分類和解譯的活動。通過連續(xù)監(jiān)測反映設(shè)備狀態(tài)變化的預警參數(shù)，就可以獲得故障初期的信息。智能診斷包含狀態(tài)故障診斷和設(shè)備性能衰退趨勢預測兩部分內(nèi)容。狀態(tài)故障診斷是一種分析設(shè)備安全和性能狀況的過程。它的主要目是探察隱患和早期故障，識別并定位故障根源。狀態(tài)故障診斷的主要任務(wù)是探察設(shè)備異常狀態(tài)、識別癥狀、分析癥狀信息和確定影響生產(chǎn)的故障原因。設(shè)備性能衰退趨勢預測通過預告與設(shè)備性能衰退相關(guān)的癥狀信息而實現(xiàn)有計劃的維修活動，即應(yīng)該什么時候和在什么部位對設(shè)備進行維修。它也可以從多方面對維修決策提供良好的支持:①組織各種各樣的維修資源(如人工、材料、工具和信息指導);②決策維修活動的內(nèi)容和頻度;③集成維修活動和生產(chǎn)過程。水電站智能化將深刻影響傳統(tǒng)水電站的組織管理模式，大大減少現(xiàn)場運行操作和維護人員，普及無人值班(少人值守)，原有的技術(shù)分工將發(fā)生深刻變化，專業(yè)之間交叉融合，界限不再清晰。

3打造智能化水電站三大突破口

3．1集成智能終端，讓設(shè)備可知和可控。提高設(shè)備可知性和可控性關(guān)鍵在于提高設(shè)備的智能化水平，可大量采用智能化設(shè)備或?qū)鹘y(tǒng)設(shè)備進行智能化改造，其原理基本是一次設(shè)備附加二次設(shè)備智能終端的模式。如技術(shù)先進且可靠性高的羅氏線圈和純光纖電子式等新型互感器開始大量應(yīng)用，智能化GIS開關(guān)站斷路器或隔離開關(guān)采用與新型互感器組合安裝，傳統(tǒng)主變壓器集成新型互感器取消本體各側(cè)套管電流互感器，就實現(xiàn)了智能化升級。借助先進傳感器技術(shù)，實現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測功能，進一步對傳統(tǒng)設(shè)備進行智能化改造。通過科學研究，有步驟的選取關(guān)鍵設(shè)備安全運行的若干關(guān)鍵指標，結(jié)合實際對應(yīng)開發(fā)在線監(jiān)測技術(shù)解決方案。如在GIS組合開關(guān)及發(fā)電機出口斷路器上增加SF6氣體壓力監(jiān)測、分合闡線圈電流波形測量、儲能電機電流監(jiān)測、分合閘回路電阻及分合次數(shù)監(jiān)測等功能;采用智能組件方式監(jiān)測變壓器油中溶解氣體、含水量、壓力及其溫度。通過技術(shù)改造，即可以使關(guān)鍵設(shè)備具備在線檢測功能。總之，通過信息技術(shù)介入提高設(shè)備可知性和可控性，首先要實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)字化，其次在數(shù)字化的基礎(chǔ)上進一步實現(xiàn)智能設(shè)備信息的采集、處理和反饋應(yīng)最大限度的自動化，減少繁重的人工信息采集、處理和反饋的工作量。當前，先進傳感器技術(shù)、無線技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、小型化技術(shù)、嵌入式技術(shù)的進步迅速，提供了眾多智能終端解決方案可供選擇。3．2構(gòu)建先進網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息互聯(lián)共享。底層設(shè)備智能化的方法是配置智能終端，在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)所有智能終端互聯(lián)和數(shù)據(jù)共享則是另外一層次的技術(shù)難題，它難在標準的建立。標準是基礎(chǔ)的和有價值的工具，可以使企業(yè)更好的吸收和采用新技術(shù)并進行創(chuàng)新，提升產(chǎn)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)關(guān)鍵能力。智能化水電站的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)標準可參考智能化變電站的標準，借鑒工業(yè)4．0和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)框架(ArchitectureFramework，AF)，首先要注重網(wǎng)絡(luò)的擴展性，方便接入各種智能終端，實現(xiàn)即插即用;其次要便。于設(shè)備互聯(lián)和信息共享，通過互聯(lián)實現(xiàn)人、設(shè)備系統(tǒng)和企業(yè)應(yīng)用之間實現(xiàn)大量合作，提高生產(chǎn)力和可持續(xù)性;最后，要確保網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性和可靠性。3．3工業(yè)應(yīng)用軟件，支撐并定義智能化兩化融合的難點是將蘊含在運營技術(shù)中的水力發(fā)電企業(yè)核心知識、經(jīng)驗、方法等企業(yè)運營技術(shù)進行顯性化表達，將人的隱性知識轉(zhuǎn)化為機器語言，成為一種信息技術(shù)可執(zhí)行的知識體系———應(yīng)用軟件，軟件支撐并定義智能化。行業(yè)巨頭通用電氣(GE)堅定的認為APP才是工業(yè)的未來，2013年10月GE首次提出可以與IOS及安卓操作系統(tǒng)相提并論的Predix工業(yè)云平臺，建立面向工業(yè)應(yīng)用的GEStore，旨在將各類數(shù)據(jù)按照統(tǒng)一的標準進行規(guī)范化梳理，支持各種分布式計算、大數(shù)據(jù)分析、資產(chǎn)管理、M2M通訊、移動性在平臺上擴展和疊加，工程師可以按照自己企業(yè)的需求靈活編寫程序和應(yīng)用。宏偉的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)正在眼前生長，GE的科學家認為，在消費領(lǐng)域APP經(jīng)濟已經(jīng)創(chuàng)造超過3000億美元的市場價值，而工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展將遠遠超過這一數(shù)字［5］。大型水電站的設(shè)備設(shè)施種類繁多，各種設(shè)備重要性與優(yōu)先級劃分，各種系統(tǒng)建模(如設(shè)備運行模型、智能診斷模型、預測決策模型)以及狀態(tài)變量、環(huán)境變量、控制變量、輸出變量的選擇等系列復雜問題都需要針對具體對象提煉出對應(yīng)的運營技術(shù)知識體系，通過將運營技術(shù)知識體系模型化表達，在此基礎(chǔ)上開發(fā)和驅(qū)動應(yīng)用軟件，集成互聯(lián)、響應(yīng)、預測之智，大規(guī)模將知識從人向智能系統(tǒng)遷移，創(chuàng)造運營價值。

4結(jié)語

企業(yè)戰(zhàn)略是技術(shù)需求的導向，在轉(zhuǎn)型升級過程中進行創(chuàng)新實踐。水力發(fā)電企業(yè)引領(lǐng)智能化水電站升級改造的需求和市場，只有水力發(fā)電企業(yè)才有能力打造智能化水電站系統(tǒng)集成解決方案，優(yōu)化技術(shù)經(jīng)濟指標提升企業(yè)競爭力，同時開辟出智能化水電站升級改造技術(shù)咨詢服務(wù)的新業(yè)務(wù)，成為企業(yè)發(fā)展新動力。智能化水電站技術(shù)經(jīng)濟效益明顯，亟待行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)引領(lǐng)推動，做好頂層設(shè)計，積極整合水電企業(yè)、政府組織、行業(yè)協(xié)會、科研單位、設(shè)計院所、咨詢機構(gòu)、軟件開發(fā)、解決方案廠家等各方面力量，選擇試點項目，聯(lián)合推進科研攻關(guān)，通過科技創(chuàng)新推動企業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展。水電領(lǐng)先企業(yè)應(yīng)加快產(chǎn)業(yè)布局搶占先機，機不可失也責無旁貸。

參考文獻:

［1］王曦釗，劉勝軍，王德軍，等．智能電站框架研究與信息化工程實踐［J］．電信科學，2016，32(4):181－185

［2］王繼強．火電廠三維數(shù)字化系統(tǒng)在山東萊州電廠的應(yīng)用［J］．上海電力學院學報，2014，30(5):443－446

［3］劉國輝．智能電站技術(shù)改造的技術(shù)經(jīng)濟分析及案例研究［D］．北京:華北電力大學，2013

［4］陳世和，張曦．基于工業(yè)4．0的智能電站控制技術(shù)［J］．自動化博覽，2015(9):42－50

［5］楊濤．Predix:工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的階段性界碑［J］．中國工業(yè)評論，2015(10):76－8152

作者:黃福強 張輝 楊帆 張攀 趙本成 單位:溪洛渡水力發(fā)電廠