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        電網(wǎng)溫室氣體減排能力提升的研究與應用

        2023-05-17 10:54:14國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學研究院羅超朱峰董王朝趙躍
        電力設備管理 2023年3期
        關鍵詞:凈化管控氣體

        國網(wǎng)安徽省電力有限公司電力科學研究院 羅超 朱峰 董王朝 趙躍

        1 引言

        隨著2020 年9月中國首次提出碳達峰、碳中和目標,全社會正加速朝向綠色低碳、高質量轉型和發(fā)展。作為關系國計民生的骨干企業(yè),電網(wǎng)公司低碳減排行動刻不容緩。SF6氣體因具有優(yōu)良的絕緣和滅弧特質,被廣泛應用于電氣設備中,隨著國家電網(wǎng)尤其是高電壓等級輸配電線路的飛速發(fā)展[1],特別是GIS等組合電器的不斷增多,電力系統(tǒng)的SF6氣體用量也大量增加。然而,作為《京都協(xié)議書》中限制排放的六種溫室氣體之一,SF6具有極強的溫室效應,生態(tài)環(huán)境部在《中央企業(yè)負責人任期經(jīng)營業(yè)績責任書》 中明確要求“2021年,SF6氣體回收率達到96.5%,比2018年上升1.5%”。

        因此,控制SF6氣體的排放、提高其回收利用效率是提高電網(wǎng)溫室氣體減排能力的重中之重。同時,隨著國家政策的轉變,SF6由自主減排快速切換到強制性減排階段,其減排潛力以及管控也面臨更為嚴峻的挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在以下兩個方面。

        一是目前部分現(xiàn)場回收裝置存在極限真空度不達標的問題,回收后的GIS 設備無法滿足真空保壓的要求;SF6開關大修時采用德國DILO 移動式SF6氣體回收裝置,只能對設備中SF6氣體進行簡單的干燥處理,無法凈化,剩余廢氣被直接排入大氣。這些SF6氣體若不回收及再生處理,將對環(huán)境產(chǎn)生極大危害。

        二是電網(wǎng)公司各種電氣設備繁多,導致SF6氣體來源多,且大部分在運設備銘牌缺少用氣量和設備容積標注,無法對設備的充氣量進行準確判斷;部分新投運的設備銘牌標注的SF6氣體充氣量存在誤差,實際運行壓力普遍高于額定壓力值;另外,設備在檢修、退役時的氣體回收率無法管控。因此,難以掌握新電氣設備SF6用氣量的準確數(shù)據(jù),存在廢棄氣體量無法預估的情況,最終導致氣體回收率不達標,嚴重影響SF6氣體減排效率和質量。

        針對上述問題,本文借助數(shù)字化、智能化手段賦能電網(wǎng)溫室氣體減排工作,通過搭建氣體處理中心、裝置智能化改造、建設全生命周期管控平臺,綜合硬件裝置、管理組織以及數(shù)字管控的優(yōu)勢,構建電網(wǎng)溫室氣體減排能力提升體系,有效提升減排效能,推動電網(wǎng)綠色低碳發(fā)展,助力實現(xiàn)“雙碳”目標。

        2 建立SF6氣體處理中心

        為了解決因電氣設備眾多、氣體無法集中管控、氣體回收困難的問題,實現(xiàn)對SF6氣體的統(tǒng)一系統(tǒng)化管理,公司建立SF6氣體處理中心,對SF6氣體的監(jiān)督管理以及回收凈化工作進行統(tǒng)一管控。

        2.1 配備先進基礎設備

        氣體處理中心采用達到了國際先進水平的SF6小型集中處理回用凈化系統(tǒng),模塊化設計,組合式流程,根據(jù)SF6源氣質量相應調整流程,以最經(jīng)濟的方式處理舊氣,組合使用變壓吸附、空氣分離、機械制冷式深冷分離等三種處理方法,達到處理流程全過程“零污染”排放。將其建設成為氣體采購、凈化、發(fā)放和存儲的中心環(huán)節(jié),將回收工作納入處理中心的業(yè)務范疇,統(tǒng)一負責基建、檢修、運維、退役過程中的氣體使用與回收,由處理中心運維單位負責氣體的全過程、全局管控。

        2.2 逐步完善管理職能

        按照“分散回收、集中處理、統(tǒng)一檢測、循環(huán)利用”的原則,強化以處理中心為核心單位的統(tǒng)一管控,逐步完善管理職能。一是完善制度規(guī)范,氣體處理中心堅決落實國家電網(wǎng)公司《SF6氣體回收處理和循環(huán)再利用監(jiān)督管理辦法》,建立覆蓋SF6氣體流轉全過程的監(jiān)督和管理的制度體系;二是強化技術支撐,處理中心建立SF6監(jiān)督所必需的檢測手段、SF6回收和處理的基本條件,承擔基層單位不能完成的測試項目和氣體回收處理工作,并指導、培訓各市供電公司的技術和分析化驗人員;三是加強經(jīng)驗總結,分析、整理、上報因氣體質量引起的事故中的技術問題,并不斷總結、完善監(jiān)督管理經(jīng)驗,創(chuàng)新監(jiān)督方式,全面提升SF6回收凈化效能。

        3 回收凈化裝置智能化改造

        為提高氣體處理中心管理質量和效率、提高SF6減排能力,解決現(xiàn)有凈化處理裝置陳舊、難以滿足GB/T 12022—2014 和實際生產(chǎn)需求的問題,公司將“大云物移智鏈”等現(xiàn)代信息網(wǎng)絡技術與減排工作深度融合,進行裝置智能化改造,通過全景可視化和遠程智能控制呈現(xiàn)方式,實現(xiàn)人與設備的智能交互,以信息全流程貫通升級SF6管控模式,全面提升SF6凈化裝置智慧化管理水平。

        3.1 改進待處理氣、尾氣凈化處理系統(tǒng)

        待處理氣、尾氣凈化處理系統(tǒng)如圖1所示。

        圖1 待處理氣、尾氣凈化處理系統(tǒng)

        通過處理單元、動力單元、深冷容器、低溫液體泵等設備,構建氣體系統(tǒng)處理流程,使源氣鋼瓶中的氣體經(jīng)過系統(tǒng)處理后成為合格氣[2]。氣體經(jīng)過處理單元成為濕度合格氣,濕度合格氣在進入動力單元后,通過壓縮或自然進氣的方式進行循環(huán)抽氣,隨后進入深冷容器,成為純度合格氣,經(jīng)過低溫液體泵后的純度合格氣成為合格氣,將其放置到真空鋼瓶中,即完成待處理氣、尾氣凈化處理。

        3.2 升級充氮再生系統(tǒng)

        升級后的充氮再生系統(tǒng)需要工作人員連接氮氣鋼瓶,打開手動閥V25/V28/V24,通過減壓閥與流量計控制氮氣充入速度。鉑電阻裝入底部探測氮氣出口實時溫度,通過溫度巡檢儀控溫控制。兩只吸附塔長度為1300mm,加熱絲插入吸附塔內1100mm 位置。通過邊加熱邊充氮方式,將吸附飽和的吸附劑進行再生。

        充氮再生系統(tǒng)如圖2所示。

        圖2 充氮再生系統(tǒng)

        3.3 改進系統(tǒng)氣路

        深冷單元進氣、抽氣、抽真空及回氣接口合為深冷容器凈化接口,各功能采用耐低溫電動球閥進行轉換。系統(tǒng)各單元閥門采用電動球閥與部門手動閥控制方式,提高了系統(tǒng)氣路的可操作性,降低了氣體泄漏的可能性,保障了SF6回收凈化過程的安全性。

        3.4 改造電氣控制

        系統(tǒng)電氣控制采用觸摸屏+PLC控制方式,自動進行一次、二次處理,操作簡單方便。工作人員通過觸摸屏一鍵式操作系統(tǒng)(換SF6鋼瓶、灌瓶除外),流程動態(tài)顯示系統(tǒng)運行狀況。保留深冷單元手動按鈕控制,低溫液體泵控制采用手動控制,進行手動灌瓶。冷水塔改為冷水機組,防止寒冷天氣水上凍。

        通過對SF6氣體凈化處理裝置的待處理氣/尾氣凈化處理系統(tǒng)、充氮再生系統(tǒng)、系統(tǒng)氣路和電氣控制的改造,凈化處理速率達到150kg/h 以上,大幅提升氣體處理水平和凈化效率,實現(xiàn)回收過程智能化處理。

        4 開展SF6碳資產(chǎn)數(shù)字化管控技術研究

        為實現(xiàn)SF6氣體碳資可視化管理和SF6氣體碳資產(chǎn)全過程監(jiān)督執(zhí)行,搭建SF6碳資產(chǎn)數(shù)字化管控平臺,對SF6采購、出入庫、使用以及回收和凈化的全生命碳資產(chǎn)周期進行數(shù)字化管理,推動SF6氣體的循環(huán)利用和減排工作精細化,提高SF6氣體減排工作的智能化水平,將減排成本轉化為減排效益,既承擔社會責任,又獲得經(jīng)濟收益。

        4.1 采集多源氣體碳資產(chǎn)數(shù)據(jù)

        基于省市二級建立統(tǒng)一SF6碳資產(chǎn)臺賬管理[3],通過智能化手段和人工方式相結合的方式,完成SF6氣體出入庫、充補氣、回收及凈化處理等碳資產(chǎn)多維數(shù)據(jù)錄入收集。同時,各單位及時更新完善本單位氣體設備臺賬及檢測、監(jiān)測儀器臺賬信息,并及時錄入檢修設備的基礎信息,包括凈化氣回用和檢修剩余回用氣體出入庫重量碳轉換信息。

        4.2 搭建SF6碳資產(chǎn)數(shù)字化管控平臺

        為了更好地實現(xiàn)溫室氣體SF6的碳資產(chǎn)管理,通過SF6碳資產(chǎn)數(shù)字化管控平臺的搭建,從SF6氣體采購、運輸、出入庫、使用、回收、凈化、提純、檢測和退役等環(huán)節(jié)來確定SF6碳資產(chǎn)來源;通過對各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)信息采集、上傳、匯總分析,根據(jù)各環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)流轉特點建立電網(wǎng)企業(yè)SF6碳排放核算指標清單,實現(xiàn)對碳資產(chǎn)信息采集和SF6碳資產(chǎn)全流程數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理,為減排能力提升提供數(shù)據(jù)基礎和保障,實現(xiàn)SF6碳資產(chǎn)流轉信息快速識別,促進SF6碳資產(chǎn)管控工作的開展。

        5 應用成果

        針對回收、凈化裝置存在的問題,通過對現(xiàn)有技術的革新,實現(xiàn)裝置智能化改造升級,提升了SF6氣體回收凈化技術水平,提高了凈化處理裝置的處理水平,實現(xiàn)氣體減排的基礎設施配備,減少廢氣排放、提高氣體利用率。響應國家“雙碳”目標,達到減少溫室氣體排放的目的,為國家電網(wǎng)公司“致力環(huán)境保護、建設綠色電網(wǎng)”的優(yōu)秀企業(yè)做出自己應盡的責任和貢獻[4]。

        通過建設SF6氣體處理中心和SF6氣體碳資產(chǎn)數(shù)字化管控平臺,對氣體流轉進行全過程管理,并建立臺賬模式,保障氣體流轉過程中的信息完整性,推動SF6氣體過程管理規(guī)范化,實現(xiàn)SF6氣體的多級場景統(tǒng)一管控,確保循環(huán)利用過程數(shù)據(jù)的真實性、可靠性,提升SF6氣體再利用全過程的數(shù)據(jù)管理及可視化、智能化水平,提高了氣體管理效率,節(jié)省人工數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計時間,極大提高了經(jīng)濟效益。

        通過處理中心統(tǒng)一部署調配、裝置智能化改造,將SF6碳資產(chǎn)數(shù)字化管控平臺系統(tǒng)應用到各地市公司,滿足不同業(yè)務場景便捷化使用。統(tǒng)一管理各單位氣體信息,規(guī)范各單位SF6氣體管理過程,提升SF6整體減排能力提升,可在各網(wǎng)省公司推廣使用,提升設備、氣體供應商、回收服務公司等主體工作效率以及SF6氣體凈化率,具備良好的環(huán)保效益。

        6 結語

        本文總結了電網(wǎng)溫室氣體減排綜合能力提升的研究與實踐,將人、物通過數(shù)據(jù)管控平臺連接起來,建立氣體處理中心統(tǒng)一管理模式,在裝置智能化的基礎上,構建SF6碳資產(chǎn)數(shù)字化管控平臺以及從上至下的數(shù)字化SF6減排框架,從而達到公司減排綜合能力提升的目的。本文通過綜合考量SF6電氣設備的應用和管理兩個層面,為進一步提升溫室氣體減排能力提供了系統(tǒng)的實踐路徑,為電網(wǎng)溫室氣體減排數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化管理提供了借鑒思路,其構建的減排升級管理模式不局限于電網(wǎng)內部,具有實用及推廣價值。

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