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发电厂集成控制系统助Westar Energy平衡智能电网电流量
发布时间:2012-04-02    
摘要:Westar Energy公司的天然气调峰电厂能够帮助处理不稳定的风能输入,通过集成电厂控制系统平衡智能电网中的电流量,为企业减少了12%的成本。

        为了满足美国堪萨斯州日益增长的电力需求,作为该州最大的电力供应商——Westar Energy公司实施了一套能源计划,它包括在多领域发电的投资,既包括可再生能源发电也有传统燃料发电。
        “Emporia能源中心是考虑到Westar公司许多不同的需求而设计的,该项目考虑到了当前和未来风力能源的扩展、环境的管理、未来用户负荷的增长、以及目前和未来能源市场的变化”, Emporia能源中心的电厂经理Larry Graves说,“Westar决定构建一设施,它能够在整个电厂基本负荷665兆瓦的运行条件下至少产生10兆瓦电量(如果航改式燃气轮机运行在最小负载)。”
        为了支持整体的能源计划,Westar Energy公司在Emporia能源中心建成了一个新的、简易循环的发电厂。此设施的设计采用了航改式燃气轮机,在用户需求的高峰期,尤其是在炎热的夏天,可作为天然气调峰电厂运转。
        Emporia能源中心航改式燃气轮机的快速启动能力也使得这个电厂连同其他的Westar设施,成为可再生能源快速发展的推动者。除了燃气和燃煤发电外,Emporia能源中心还将帮助Westar公司处理在堪萨斯州购买或产生的近300兆瓦的风能。
        Emporia电厂比预算提前两个月完成,这样使得每千瓦安装成本比计划降低了12%。电厂虽然设计的是625兆瓦,现在标定功率能达到665兆瓦,足够堪萨斯州40万家庭使用。


在Emporia能源中心的GE LM6000 Sprint航改型燃气轮机,并配有GEMark VI的涡轮机控制系统。图片来源:GE Energy公司。

        电厂的一期工程于2008年6月完工,已开始发电以满足用户需求。二期工程于2009年2月底完工,比预期提前两个月左右。工程总造价约3.05亿美元,比原先预计的要减少约1300万美元。
        这个集成系统的一个独到之处是航改型和重型燃气轮机的结合。电厂包括四个航改型燃气轮机,每个站点标称功率为41兆瓦;三个重型燃气轮机,每个站点标定功率为154兆瓦。Westar Energy公司需要确保电厂自动化和分布式控制系统(DCS)有效地与涡轮发电机控制结合在一起。
        此外,Westar公司想尽可能的利用它们的共同特征,从而减少接口,缩短工程和安装周期,并提供一个简单的升级路径。
        电厂集成控制系统是实现工程执行周期短、降低资本成本、降低维护成本等各个目标的关键因素。
        涡轮机供应商安装了整套的设备控制系统,以满足Westar Energy公司的进度和性能目标。三个重型燃气轮机连带涡轮机控制系统已交付,同一厂商带有不同的控制系统的四个航改型燃气轮机也已交货,还有一套用于电厂控制的。
        此控制系统能够通过最新的控制技术,把涡轮机和电厂配套设施(BOP)集成到一个系统里,从而有助于提高电厂的性能。不论是为了满足调峰任务所需求的快速启动能力,还是为Westar公司的风力发电提供后备电源,控制系统的高可靠性对电厂来说都是至关重要的。
        控制、保护和监控系统采用分布式体系结构,可支持本地I/O或者100兆光纤以太网。双冗余控制器和单冗余的I/O用于DCS。三重冗余控制用于汽轮机控制系统和安全系统。I/O分布可根据需要实现单一,双重或三重冗余组态。
        控制系统有一个共同的时间相关数据库。该数据库还包含其他在集成控制系统里控件的数据,如励磁,静态起动器和PLC。共同的数据库,简化了系统配置,并为操作和诊断分析提供质量数据。
        集成控制优势
        电厂集成控制系统包括主控制室柜,人机界面,工程工作站,厂房历史数据,主要的DCS机柜,I/O机柜和网络交换机。整个工厂中使用通用的硬件,降低备件和培训成本,以及启动的时间和相关费用。将所有的设备操作屏幕、过程数据、报警和事件、流程和趋势数据形成统一的界面,有助于提高运行的生产率和操作意识。系统工具可以通过一个数据库更充分地分析数据。这种方法淘汰了传统的电厂和单元级控制的集成,从而降低了系统的复杂性和项目风险,减少了启动问题和调试时间。这些特性有助于简化工厂设备生命周期的维护和人员培训。
        通过一个中央控制系统,使得在工厂的任何控制台都能够看到工厂的运营成为可能。这使得操作员能够在物理地址上位于1单元终端,便可查看和控制所有的其他单元。集成BOP控制可对单元和工厂涡轮机的控制和自动化供应商之间进行协调的转换,还包括集成的工厂验收测试(FAT)。
        电厂设计经验,加上先进的控制技术,更加有利于全厂的运行操作。这种自动化的电厂控制系统从厂外给DCS系统信号,相应单元对这些信号做出响应。
        Westar公司也在快速启动和高效性方面感兴趣,航改型燃气轮机能够在约8分钟内达到基本负载运行,增加了发电机组合的灵活性。2008年,运行预期在夏季达到了最大幅度,表1显示了实际运行数据。

        由于航改型燃气轮机的快速启动、低热率、低启动耗费,使得运行曲线在中间运行能力更接近峰值。现在预期每年每个单元运行在高峰曲线重型汽轮机的启动次数将小于40次(表2)。
        能源中心,原本配备有一个电厂经理和三个燃气涡轮技术人员。经过约一年高于预期的负荷曲线的运营,为了适应较长的运行时间增加了两名技术人员。自动化让这个扩展的能源中心在每个安排的人工时间里安全地提供更多的服务。
        此外,Graves说,这个设施“能够在不到10分钟的时间内把165兆瓦提于电网上,在接下来的20分钟内余留500兆瓦,并具有创建一个储备池或对高于300兆瓦的能量进行调解的能力。”