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        世界幾大水電站的升級改造

        2017-04-08 14:35:13劉可薇,柯學(xué)莎
        水利水電快報 2017年9期
        關(guān)鍵詞:水輪機水電站電站

        運行與管理

        世界幾大水電站的升級改造

        水電站廠房設(shè)備的升級改造有助于延長其工作壽命,還有助于提高效率甚至增加發(fā)電量。以中國臺灣、挪威、芬蘭、瑞士、瑞典、南非等幾座水電站廠房機組升級改造為例,介紹了水電站廠房設(shè)備升級改造的最新資訊以及對廠房設(shè)備升級改造方案有幫助的市場產(chǎn)品信息。

        水電站廠房;水電站機組;升級改造

        1 中國臺灣明潭水電站的升級改造

        中國臺灣電力公司近來委托美國通用電氣公司(GE)的電力轉(zhuǎn)換業(yè)務(wù)部為明潭抽水蓄能電站提供升級改造服務(wù),通過升級改造,該水電站的使用壽命將延長20 a。

        明潭抽水蓄能電站是臺灣最大的水電站,裝機容量1 602 MW,在地區(qū)清潔能源供應(yīng)方面起到重要作用。根據(jù)服務(wù)合同,GE公司將升級改造兩組啟動變頻器(SFC)控制系統(tǒng),以此提高電站的諧波水平。此外,GE公司也將提供不間斷供電(UPS)系統(tǒng)并進行工廠驗收試驗(FAT)及現(xiàn)場測試。這些工作不影響電站的正常運行。GE公司的解決方案也將允許以熱能和水能啟動電機。

        GE公司提供的SFC控制系統(tǒng)同樣可應(yīng)用在隸屬于臺灣電力公司的熱電站。

        2 挪威兩大水電站的升級改造

        德國福伊特水電公司已與錫拉-克維納克拉夫賽爾斯卡普DA(Sira-Kvina Kraftselskap DA)公司簽署了為通斯塔德(Tonstad)、索爾霍姆(Solhom)兩大水電站廠房控制系統(tǒng)升級改造的合同,合同金額為3 890萬美元(3.2 億挪威克朗)。

        合同內(nèi)容包括兩座電站控制系統(tǒng)、電力輔助系統(tǒng)的升級和現(xiàn)代化改造,將其舊的繼電器控制系統(tǒng)升級為基于可編程邏輯控制器(PLC)的繼電器控制系統(tǒng)。除了機組的控制系統(tǒng)外,還會對復(fù)雜中壓系統(tǒng)和超高壓系統(tǒng)的保護控制系統(tǒng)進行升級改造。

        通斯塔德水電站是挪威最大水電站,其年均發(fā)電量達3 800 GW·h。因此在挪威能源供應(yīng)方面作用重大,并于1968年首批加入國家能源網(wǎng)。增容改造自2017年春從輔助系統(tǒng)開始,將進行一年一度的逐步調(diào)試。全部5臺機組的新控制系統(tǒng)將在2018~2022年期間試車。

        索爾霍姆水電站升級改造的一部分將于2019年與輔助系統(tǒng)調(diào)試安裝同步進行,機組的新控制系統(tǒng)將于2020年和2021年進行安裝。該水電站裝配兩臺混流式水輪機,年均發(fā)電量為695 GW·h。通斯塔德水電站與索爾霍姆水電站總計向大約230 000戶家庭供電。

        這兩座水電站項目經(jīng)理表示,升級改造工程著實令人激動但也任務(wù)艱巨,其中存在多項技術(shù)挑戰(zhàn)。在升級改造中必須保證另外的機組能滿負荷運行。得益于有豐富的經(jīng)驗及與客戶的密切合作,這支高效專業(yè)團隊才能按期圓滿完成任務(wù)。

        福伊特水電公司首席執(zhí)行官(CEO)助理補充到,很榮幸獲得錫拉-克維納公司的這個知名項目,這是挪威水電市場中能獲得的最大單項自動化合同。

        3 世界知名公司承擔(dān)的水電站改造項目

        3.1 芬蘭電力機械公司

        電站廠房中最重要的設(shè)備當(dāng)然是水輪機與發(fā)電機。近來在世界范圍內(nèi)完成的水電站升級改造項目都增大了電站發(fā)電量。以芬蘭為例, 2016年11月份努朱阿(Nuojua)水電站一臺舊機組進行了現(xiàn)代化改造,裝機容量從25 MW增加到 34.2 MW。

        電力機械公司(Power Machines)制造并提供了帶有推力軸承基座的水輪發(fā)電機定子,監(jiān)督安裝,并進行了調(diào)試,這標(biāo)志著努朱阿水輪發(fā)電機3臺機組現(xiàn)代化改造工程正式啟動。

        幾家聯(lián)合企業(yè)在2014年共同簽署了水電機組現(xiàn)代化改造的協(xié)議,并共同完成了附屬設(shè)備的拆解、裝配及供應(yīng)。

        3.2 美國通用電氣公司

        在美國GE公司可再生能源部宣布更換努朱阿電站的3臺臥式水輪機后,瑞士沃利斯地區(qū)的莫泰克(Mottec)水電站的裝機容量也有望從69 MW增加到88 MW。

        在已簽署的一份協(xié)議中,GE公司將為這座運行了57 a的電站設(shè)計、制造并輸送新的發(fā)電機。該設(shè)備設(shè)計工作將由GE公司小水電卓越中心承擔(dān),之后由同樣位于西班牙畢爾巴鄂的新發(fā)電機廠制造。新機組變壓器容量為37 MVA,優(yōu)于GE公司FMG項目的29 MVA。預(yù)計該項目首臺發(fā)電機將在2018年投入使用。

        3.3 瑞典CKO公司

        瑞典CKD Blansko股份公司贏得了瑞典境內(nèi)瓦辛科斯基(V?ssinkoski)水電站廠房更新改造的合同。根據(jù)合同,CKD公司需對水輪機徹底改造。該公司也將與其他公司合作,對水輪機實施改造。

        瓦辛科斯基水電站自1967年便開始投入運行,該電站座落在烏沙(Orsa)市和斯韋格(Sveg)市之間的厄勒(Ore?lven)河上,并配有一臺輸出功率11.6 MW、轉(zhuǎn)輪半徑1 545 mm的單個混流式立式水輪機。該電站即將于2017年完工。

        3.4 德國福伊特公司

        早在2016年6月,福伊特公司宣布將對南非德拉肯德堡(Drakensberg)抽水蓄能電站的3臺發(fā)電機進行現(xiàn)代化改造。這項投資1 100萬歐元的項目包括這3臺發(fā)電機直到2018年正常運行期間的制造、安裝及調(diào)試。

        這是福伊特公司從德拉肯德堡水電站獲得的第一筆訂單,該電站機組由南非能源供應(yīng)商艾斯科姆(Eskom)公司安裝。投標(biāo)期間,福伊特公司用技術(shù)理念說服運營商通過專業(yè)措施提高發(fā)電機性能。

        福伊特水電公司德拉肯德堡項目電力專家與技術(shù)支持部經(jīng)理阿爾托夫表示,采取這些措施可降低機組運行溫度及機械振動,因此其運行壽命能大大延長。機組更新后至少能延長40 a的使用壽命。

        德拉肯德堡水電站總裝機容量為1 000 MW,在南非同類項目中排名第二。該水電站最獨特之處為其電站廠房完全建在地下。4臺可逆式水泵水輪機全部置于地下,只有輸電線桿和線路能地面可見。該電站從1981年運行至今,對穩(wěn)定電網(wǎng)貢獻頗大,并能產(chǎn)生所需的發(fā)電量或儲存盈余電能,從而對電力需求波動性迅速做出反應(yīng)。多目標(biāo)效益電站的靈活性對南非電網(wǎng)穩(wěn)定及電力供應(yīng)質(zhì)量都非常重要。

        4 電站數(shù)字化管理與設(shè)備管理平臺

        GE公司于11月份宣布將極力向電站業(yè)主、電網(wǎng)運營商和能源管理者推廣應(yīng)用基于Predix平臺的軟件系列。GE公司為水電運營商展示了數(shù)字水電站,即GE公司第4代基于Predix平臺數(shù)字電站解決方案。GE公司在聲明中表示,數(shù)字水電站延伸了GE公司的水電數(shù)字化解決方式,產(chǎn)生直接效益,包括最高降低10%的維護費,電站運用效率增加1%并最高增加3%的收益。

        數(shù)字水電站引入了一套軟件應(yīng)用程序和硬件解決方案,來幫助水電客戶在電站使用年限期間提高其可靠性、效率、網(wǎng)絡(luò)安全和利潤。該系列包括:

        (1) 資產(chǎn)績效管理(APM)。Predix平臺的APM能幫助水電站最高降低10%的維護費。異常預(yù)測檢測和長期預(yù)測能提前數(shù)小時或數(shù)周警示故障。GE公司表示,APM能通過消除水電站計劃外停機并預(yù)測維修情況而使發(fā)電量增加1%。

        (2) 運行優(yōu)化。此應(yīng)用程序向電站運營商提供了基準數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的電站性能,并在如何提高產(chǎn)能、效率及靈活性方面給出了建議。這樣就提高了生產(chǎn)力,降低了發(fā)電成本(LCoE)并加強了停運管理(從空轉(zhuǎn)至滿負荷運行整個過程用時不到80 s)。該軟件著重于熱性能指標(biāo)(表示輸出功率或效率的可能損耗)和操作靈活性(電站如何充分滿足運行需求)。

        (3) 業(yè)務(wù)優(yōu)化。水供應(yīng)的多變性使水電站運營商很難在招投標(biāo)時期作出準確預(yù)測。GE公司的業(yè)務(wù)優(yōu)化應(yīng)用能通過比較歷史數(shù)據(jù)與基準數(shù)據(jù)來提高短期和長期發(fā)電量預(yù)測的精確度,潛在增加3%的發(fā)電量。

        2016年6月,GE公司在明尼阿波利斯的國際水電展上展示了其最新的水電站數(shù)字智能狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(iCMS)。

        作為GE公司資產(chǎn)績效管理方案的一部分,iCMS使用機器學(xué)習(xí)系統(tǒng)來提高電站的監(jiān)控維護效率,并能額外產(chǎn)生最高1%的發(fā)電量。該系統(tǒng)收集并分析了一些像溫度、振動速度、加速度、角速度之類的實時數(shù)據(jù),以此找尋電站機械、電子方面的故障或失能的早期跡象。然后電力企業(yè)和GE公司工程師就可以通過特別定制的虛擬現(xiàn)實人機界面訪問數(shù)據(jù),該界面可將信息轉(zhuǎn)換為交互式直觀可視的實體畫面。所有這些分析都會報告給預(yù)測模型,以識別并診斷出未來可能會出現(xiàn)故障的組件,使維修程序盡可能順利、快捷。

        iCMS已用于支持位于法國西南的由EDSB公司運行管理的蓬特鮑爾迪(Pont Baldy)水電站。自2015年12月起,iCMS每月會收集和分析大概2 TB的原始數(shù)據(jù),并分析處理公司早前收集的歷時3 a的溫度、維修和停機等數(shù)據(jù)。因此,GE公司能生成對水輪機組件剩余壽命診斷性的評價,計算電站的健康指數(shù),并提出運行和維護方面的建議。

        2016年年初,艾默生公司(Emerson)宣布推出全面資產(chǎn)測控平臺,以提高可靠性及電站發(fā)電效率。

        AMS ARES設(shè)備管理平臺是設(shè)計用來按優(yōu)先順序排列并發(fā)布資產(chǎn)及設(shè)備健康數(shù)據(jù)的平臺,使維護決策能夠改善運行狀況,并提高資產(chǎn)的利用率。該公司表示,無論何時何地,用戶都能在安裝有資產(chǎn)健康概要分析程序的傳統(tǒng)臺式電腦、筆記本電腦、智能手機、電站內(nèi)外的平板電腦上安全訪問、共享關(guān)鍵數(shù)據(jù)。

        AMS ARES設(shè)備管理平臺的引入代表著AMS技術(shù)和服務(wù)朝著新現(xiàn)代投資組合演變,集中提供數(shù)字智能工具來幫助客戶更有效地運行管理其電站和資產(chǎn)。作為艾默生公司電網(wǎng)數(shù)字生態(tài)系統(tǒng)的一部分,AMS ARES設(shè)備管理平臺利用多項傳感技術(shù)收集數(shù)據(jù)并整體評估廠房設(shè)備資產(chǎn)當(dāng)前的健康狀況。

        基于Persona開發(fā)的信息準入程序能確保具備相應(yīng)資格的電站工作人員即時獲得明晰的資產(chǎn)健康狀況概要。根據(jù)危機程度分配優(yōu)先級的流線型儀表盤和嵌入式工具,便于用戶快速確定問題的危機程度,促使工作流程加快,增加電站效益。

        電站工作人員在需要時要適時掌握資產(chǎn)健康狀況。艾默生公司自動化解決方案業(yè)務(wù)開發(fā)部副主席表示,公司致力于提供問題出現(xiàn)前的預(yù)防性問題信息的解決方案。通過提供一個安全、靈活、易于部署,且能就多類資產(chǎn)問題進行溝通的平臺,能以最少的努力并在合適的時間向所有相關(guān)人員提供資產(chǎn)健康數(shù)據(jù)。

        AMS ARES平臺標(biāo)志著一個從數(shù)據(jù)管理到輸送決策見解的顯著轉(zhuǎn)變。資產(chǎn)可視化程度越高,并非意味著能獲取更多的數(shù)據(jù)。AMS ARES平臺根據(jù)職責(zé)發(fā)布信息,因此每個人都只會看到與自己職責(zé)相關(guān)的數(shù)據(jù)。

        作為與工業(yè)生產(chǎn)過程同步演變的設(shè)計平臺,AMS ARES平臺充分利用了OPC UA開源架構(gòu)。該平臺可為用戶提供人機界面、整合歷史數(shù)據(jù)、獲取商業(yè)情報與報表工具,使資產(chǎn)健康真正成為業(yè)務(wù)操作系統(tǒng)界面中的一部分。

        劉可薇柯學(xué)莎譯

        (編輯:朱曉紅)

        TV731

        A

        2017-05-21

        1006-0081(2017)09-0031-03

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