★艾默生自動化解決方案李佳雯,劉鵬
★上海電氣電站工程公司唐慧其
1 項目背景
此項目位于阿聯酋迪拜,由上海電氣集團股份有限公司總包建設,占地44平方公里,總體裝機容量為950MW,包含一個100MW的塔式光熱發電機組,三個200MW的槽式光熱發電機組,以及250MW的光伏機組。此項目擁有目前世界最大單體光熱裝機容量、世界最大單體光熱光伏占地面積。項目建成后,每年能夠為超過32萬戶家庭提供清潔電力,實現減排二氧化碳160萬噸、二氧化硫11萬噸、可吸入顆粒物2900萬噸及氮氧化物5萬噸。
圖1 項目現場圖
2 項目挑戰
此項目作為當時全球最大單體光熱項目,是一個高起點、高融合度、高難度的清潔能源項目,集成了多個創新目標:全球最大的熔鹽儲熱系統,最高的光熱吸熱塔,最低光熱電價的盈利模式,超大場地的環保施工等。同時也承載著中國電力企業轉型升級、成功開拓海外市場的任務。因此對于項目的成功實施和運行也提出了更高的要求。
控制系統作為項目運行的大腦,對于電廠最終是否能安全穩定高效運行至關重要。如何滿足項目需求,實現對所有設備的集中遠程監控,如何提高運行效率,如何保證生產的安全,降低人為操作,實現全程自動化,必須面對并解決如下挑戰:
(1)項目規模大,聚光系統、儲熱系統、汽輪機發電系統以及配套輔助系統等設備數量眾多,協調控制要求高。
(2)主控系統與第三方系統通訊數據量大,三個機組主控系統與第三方通訊數據量接近6萬點,需要強大的數據庫支撐,才能管理海量數據。期間與第三方設備廠商協調溝通工作量巨大。
(3)項目應用新技術多,很多控制策略需要不斷測試調整,協調控制復雜。
(4)項目現場環境惡劣,氣溫最高可達50攝氏度以上,地表溫度最高可達80攝氏度以上,對于現場控制器和IO卡件要求適應高溫環境。調試人員也同樣面臨高溫環境。
圖2 項目現場圖
3 艾默生解決方案
為了保證項目順利實施、按時投產,艾默生提供了在電力行業40年應用經驗的Ovation?一體化DCS控制系統。Ovation是一個專為電力應用而設計的系統,它實現了完整的DCS架構、系統網絡、控制器和電源的完全冗余,確保控制系統的安全穩定運行。
此項目艾默生為100MW塔式光熱機組、3個200MW槽式光熱機組提供先進的Ovation?一體化DCS控制系統,負責塔式和槽式系統的水/蒸氣、輔助系統BOP、吸熱系統SR、儲換熱SGS、ACC、電氣等工藝過程的控制。本項目還為四臺機組配置了廠用電PV系統,艾默生負責廠用電PV系統整體的協調控制。網絡架構圖如圖3所示。
主要供貨范圍:
(1)在塔式光熱機組CT區、3個槽式光熱機組PT1—PT3區各設置1套Ovation高速冗余網絡,并通過一套核心交換機連接。怎么實現系統之間的數據交換對于項目控制系統來說極為重要,Ovation有自己獨有多網協議,能實現各個高速網絡之間測點數據相互交換,并且可以應用至邏輯與畫面。
(2)該項目為4個光熱機組共配置了68對OCR1100冗余控制器,實現對所有設備的自動控制。OCR1100控制器擁有1.1GHZ的主頻,1GB的內存,每個控制器可以控制32000個點,支持多任務管理,最多可以定義5個獨立任務,執行循環時間范圍為10ms到30s。
(3)在塔式光熱機組的集熱塔配置了4對OCC100冗余就地控制器,負責吸熱系統的控制。OCC100控制器是一款支持寬溫環境的控制器,工作溫度范圍為-20°C到+70°C,完全滿足沙漠高溫環境應用,確保系統穩定運行。
(4)為4個機組配置4對OCR1100冗余控制器作為ESD系統控制。
(5)在CT、PT1、PT2和PT3區各設置3臺操作員站。
(6)在CT、PT1、PT2和PT3區各設置1臺歷史服務器。Ovation歷史數據庫具有強大的數據管理能力,可以處理最多40萬點數據,除了采樣模擬和數字點類型外,歷史數據庫還可以存儲帶時間戳的打包數字、節點記錄和丟棄狀態點讀數。Ovation歷史數據庫可以將一些重要數據點配置為每0.1秒掃描一次,以提供更多樣本,從而提高高速過程的準確性。
(7)在CT、PT1、PT2和PT3區各設置1臺工程師/數據庫服務器。
(8)在CT區設置一套3×10的數字墻大屏,用于畫面和數據展示。
(9)塔式機組IO硬接線點數6735點。
(10)塔式機組與第三方通訊數據量12722點。
(11)槽式機組IO硬接線點數10707×3點。
(12)槽式機組與第三方通訊數據量14874×3點。
4 項目亮點
此項目應用最新技術,參與廠家眾多,控制要求高,在項目調試過程中遇到不少難點,艾默生通過專業的技術以及精益求精的工作精神,憑借行業頂尖水平的工程團隊,豐富的調試經驗(平均行業經驗15年以上),以及全球團隊技術支持,保障了項目的順利實施。
(1)塔式光熱機組的吸熱塔每天都需要一次注鹽/疏鹽操作,前期需要大量人為操作,工作強度大。Ovation提供油鹽換熱優化控制策略,實現SGS換熱系統充放鹽和全程自動控制,為運行人員提供了便捷的操作方案,節省了大量的啟/停所用時間,提高了系統的穩定性,同時提高了機組經濟效益。
(2)迪拜位于沙漠炎熱地區,淡水資源匱乏,所以項目采用ACC空冷島進行汽水冷卻。Ovation系統通過對背壓自動調節的系統優化,實現ACC系統全自動調節,提高運行效率降低運行成本。
(3)一臺塔式與三臺槽式機組,每臺都有獨立的APS控制組態,此項APS與以往火電項目不同,采用更智能及人性化控制模式,投用前用戶可以根據當前機組運行狀態來選擇投用模式,每臺機組都有十多個控制可以選擇投用。
(4)初期機組并網升/降負荷都是由運行人員手動操作,Ovation系統憑借強大的控制管理能力,保障機組協調負荷控制,實現機組并網/升降負荷全自動升降控制,降低運行人員工作負荷,提高機組運行的安全穩定。
(5)迪拜光熱機組第一次設計光伏PV電源帶廠用電,Ovation提供成熟的廠用電協調控制方案,顯著降低發電成本,提高機組廠用電經濟性。
(6)迪拜光熱項目設備供應商廣泛國際化,多種通訊協議并存,通訊接口類型多、通訊數據量大,總的第三方通訊點數將近6萬點。在保證通訊速率及穩定前提下通過使用Ovation系統ELC通訊模塊來解決通訊問題。Ovation憑借強大的通訊管理能力,匯聚全廠系統設備數據,實現全廠設備集中控制管理。
圖3 網絡架構圖
5 收益成果
艾默生提供的Ovation?一體化DCS控制系統,以其強大的性能,龐大的數據管理能力,以及在電力40年的行業經驗儲備,確保項目的安全穩定運行,按時完成驗收。
(1)安全穩定的控制系統,先進的過程自動化、通信和信息管理,實現高實時性、高分辨率的數據集中監控。
(2)實現光熱機組相互協調高效發電,提高運維效率,降低運營成本。
(3)通過APS系統的投入,提高自動化率和可操作性,規范工藝啟停順序,減少人為操作,降低運維人員勞動強度,提高機組安全性。
(4)實現成熟的PV廠用電協調控制方案,顯著降低發電成本,提高機組廠用電經濟性。
(5)Ovation全生命周期的服務和技術支持,確保生產的安全、穩定、高效運行。
摘自《自動化博覽》2024年9月刊