導(dǎo)語(yǔ)：水電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，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(jí)改造技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益顯著

電力行業(yè)無(wú)法置身信息技術(shù)革命浪潮之外，智能電網(wǎng)代表未來(lái)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(shí)現(xiàn)電網(wǎng)的可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高效、環(huán)境友好和使用安全的目標(biāo)，國(guó)家電網(wǎng)公司于2007年10月正式啟動(dòng)了智能電網(wǎng)可行性研究項(xiàng)目，并于2010－01－12日，《關(guān)于加快推進(jìn)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)的意見》，確定了建設(shè)堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)的基本原則和總體目標(biāo)，將智能電網(wǎng)的建設(shè)上升至國(guó)家戰(zhàn)略層面的高度，大力推進(jìn)(圖1)。在國(guó)家電網(wǎng)公司的強(qiáng)力推動(dòng)下，近年來(lái)我國(guó)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(jí)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(biāo)準(zhǔn)，向世界輸出。技術(shù)革新帶來(lái)了能源效率的提升，同時(shí)創(chuàng)造了大量需求，2015年利潤(rùn)總額和利潤(rùn)率等指標(biāo)逆勢(shì)上揚(yáng)，遠(yuǎn)超德國(guó)意昂集團(tuán)、意大利國(guó)家電力、法國(guó)電力等世界同行營(yíng)業(yè)水平，2016年在《財(cái)富》世界500強(qiáng)排名中名列全球第二(表1)。在當(dāng)前中國(guó)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(shí)現(xiàn)降本增效，國(guó)內(nèi)發(fā)電集團(tuán)開始推進(jìn)發(fā)電環(huán)節(jié)智能化升級(jí)改造。2013年1月，華電集團(tuán)投資建設(shè)了全國(guó)第一個(gè)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(jì)，將電廠物理實(shí)體與數(shù)字模型完美結(jié)合，從設(shè)計(jì)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(shí)間通知操作員，防患于未然。為充分利用火電機(jī)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(jī)組，循環(huán)水排水實(shí)現(xiàn)勢(shì)能發(fā)電。投資近2000萬(wàn)元將循環(huán)水排水口改為水輪發(fā)電機(jī)房，安裝了2臺(tái)800kW小型水輪發(fā)電機(jī)，每年可多發(fā)電880萬(wàn)kW•h。在科技的支撐下，萊州電廠各項(xiàng)指標(biāo)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(xiàng)目，發(fā)電煤耗僅為268．5g/kW•h;熱效率達(dá)45．59%，供電廠用電率僅為4．98%，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)居世界領(lǐng)先水平。在排放方面，電廠采用封閉煤場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)“零污染、零損耗”;高效靜電除塵器效率達(dá)99．7%，脫硫效率達(dá)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(shí)現(xiàn)污水“零排放”。通過試點(diǎn)項(xiàng)目積累的先進(jìn)技術(shù)在其集團(tuán)內(nèi)部大力推廣應(yīng)用，效益顯著［2］。華電集團(tuán)在創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略引領(lǐng)下成功轉(zhuǎn)型，堅(jiān)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(xiàng)目，以及水電和風(fēng)光電，因地制宜建設(shè)燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組，同時(shí)積極推進(jìn)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(rùn)和利潤(rùn)率等經(jīng)濟(jì)指標(biāo)名列五大發(fā)電集團(tuán)之首。我國(guó)已進(jìn)入速度變化、結(jié)構(gòu)調(diào)整、動(dòng)力轉(zhuǎn)換的經(jīng)濟(jì)發(fā)展新常態(tài)，作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，電力產(chǎn)業(yè)必須按照提出的“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源戰(zhàn)略構(gòu)想，以黨的十八屆五中全會(huì)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(dòng)適應(yīng)和引領(lǐng)新常態(tài)，全面深化改革，實(shí)施創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)戰(zhàn)略，是新常態(tài)下我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿?lái)源。國(guó)家電網(wǎng)和華電集團(tuán)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(lái)了顯著的變化，企業(yè)利潤(rùn)率世界領(lǐng)先，成為電力企業(yè)標(biāo)桿。水電行業(yè)是一次性投入大，后期運(yùn)營(yíng)成本低的優(yōu)質(zhì)資產(chǎn)，因自身經(jīng)營(yíng)狀況較好而缺乏革新的動(dòng)力，需要行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)高瞻遠(yuǎn)矚的開拓進(jìn)取，積極推進(jìn)傳統(tǒng)水電站的智能化升級(jí)改造。參考文獻(xiàn)［3］中，筆者以洛陽(yáng)供電區(qū)某常規(guī)變電站的智能化改造工程為樣本進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)分析:智能化升級(jí)改造項(xiàng)目有著巨大的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。智能化升級(jí)改造后，變電站的可靠性大大提高，維護(hù)工作量統(tǒng)計(jì)相比常規(guī)變電站減少90%，智能化組合設(shè)備設(shè)計(jì)要求為15年免維修，大大節(jié)約了人力成本，其經(jīng)濟(jì)指標(biāo)的優(yōu)越性主要體現(xiàn)在節(jié)省人力，運(yùn)行維護(hù)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(shí)間，供電質(zhì)量更加可靠?jī)?yōu)質(zhì)，從而在可靠性效益以及社會(huì)效益方面體現(xiàn)出了更大的優(yōu)勢(shì)。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(yùn)行可靠性，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班和設(shè)備操作的自動(dòng)化，提高資源使用和生產(chǎn)管理效率，使得運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和環(huán)保。按照設(shè)備全壽命周期15年計(jì)算，可節(jié)約成本1000余萬(wàn)元。智能變電站是堅(jiān)強(qiáng)智能電網(wǎng)建設(shè)中實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)換和控制的核心平臺(tái)之一，是智能電網(wǎng)的重要組成部分，也是實(shí)現(xiàn)水能、風(fēng)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(lái)的38屏減少至3屏)，極大精簡(jiǎn)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(shí)際測(cè)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(yùn)行維護(hù)成本90%，二次系統(tǒng)節(jié)約總費(fèi)用達(dá)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(gè)行業(yè)滲透，在其作用下人類社會(huì)將會(huì)在未來(lái)的二三十年演變成為一個(gè)智能社會(huì)，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(jī)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(jí)提供了一個(gè)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(wú)重復(fù)的得以采集和通過數(shù)字網(wǎng)絡(luò)共享。②采集和存儲(chǔ)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)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(tái)，將電站信息系統(tǒng)與智能電網(wǎng)系統(tǒng)對(duì)接，實(shí)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(dòng)控制，主動(dòng)超前適應(yīng)電網(wǎng)對(duì)負(fù)荷控制的要求，使機(jī)組能夠運(yùn)行在最佳參數(shù)曲線附近，大大促進(jìn)水電站設(shè)備設(shè)施運(yùn)行調(diào)度與操作控制的智能自動(dòng)化，從而達(dá)到安全、高效、節(jié)能、降耗的目的。在設(shè)備維護(hù)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(cè)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(cè)是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)跟蹤而進(jìn)行的采集、識(shí)別、分類和解譯的活動(dòng)。通過連續(xù)監(jiān)測(cè)反映設(shè)備狀態(tài)變化的預(yù)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(shì)預(yù)測(cè)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(shí)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(shí)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(shì)預(yù)測(cè)通過預(yù)告與設(shè)備性能衰退相關(guān)的癥狀信息而實(shí)現(xiàn)有計(jì)劃的維修活動(dòng)，即應(yīng)該什么時(shí)候和在什么部位對(duì)設(shè)備進(jìn)行維修。它也可以從多方面對(duì)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(dǎo));②決策維修活動(dòng)的內(nèi)容和頻度;③集成維修活動(dòng)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(chǎng)運(yùn)行操作和維護(hù)人員，普及無(wú)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(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)了智能化升級(jí)。借助先進(jìn)傳感器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)功能，進(jìn)一步對(duì)傳統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行智能化改造。通過科學(xué)研究，有步驟的選取關(guān)鍵設(shè)備安全運(yùn)行的若干關(guān)鍵指標(biāo)，結(jié)合實(shí)際對(duì)應(yīng)開發(fā)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)解決方案。如在GIS組合開關(guān)及發(fā)電機(jī)出口斷路器上增加SF6氣體壓力監(jiān)測(cè)、分合闡線圈電流波形測(cè)量、儲(chǔ)能電機(jī)電流監(jiān)測(cè)、分合閘回路電阻及分合次數(shù)監(jiān)測(cè)等功能;采用智能組件方式監(jiān)測(cè)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(cè)功能?？傊ㄟ^信息技術(shù)介入提高設(shè)備可知性和可控性，首先要實(shí)現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)字化，其次在數(shù)字化的基礎(chǔ)上進(jìn)一步實(shí)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(dòng)化，減少繁重的人工信息采集、處理和反饋的工作量。當(dāng)前，先進(jìn)傳感器技術(shù)、無(wú)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(jìn)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(jìn)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)的建立。標(biāo)準(zhǔn)是基礎(chǔ)的和有價(jià)值的工具，可以使企業(yè)更好的吸收和采用新技術(shù)并進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)可參考智能化變電站的標(biāo)準(zhǔn)，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(kuò)展性，方便接入各種智能終端，實(shí)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(shí)現(xiàn)人、設(shè)備系統(tǒng)和企業(yè)應(yīng)用之間實(shí)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(diǎn)是將蘊(yùn)含在運(yùn)營(yíng)技術(shù)中的水力發(fā)電企業(yè)核心知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)、方法等企業(yè)運(yùn)營(yíng)技術(shù)進(jìn)行顯性化表達(dá)，將人的隱性知識(shí)轉(zhuǎn)化為機(jī)器語(yǔ)言，成為一種信息技術(shù)可執(zhí)行的知識(shí)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(jiān)定的認(rèn)為APP才是工業(yè)的未來(lái)，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(tái)，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(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行規(guī)范化梳理，支持各種分布式計(jì)算、大數(shù)據(jù)分析、資產(chǎn)管理、M2M通訊、移動(dòng)性在平臺(tái)上擴(kuò)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(zhǎng)，GE的科學(xué)家認(rèn)為，在消費(fèi)領(lǐng)域APP經(jīng)濟(jì)已經(jīng)創(chuàng)造超過3000億美元的市場(chǎng)價(jià)值，而工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展將遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(jí)劃分，各種系統(tǒng)建模(如設(shè)備運(yùn)行模型、智能診斷模型、預(yù)測(cè)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(fù)雜問題都需要針對(duì)具體對(duì)象提煉出對(duì)應(yīng)的運(yùn)營(yíng)技術(shù)知識(shí)體系，通過將運(yùn)營(yíng)技術(shù)知識(shí)體系模型化表達(dá)，在此基礎(chǔ)上開發(fā)和驅(qū)動(dòng)應(yīng)用軟件，集成互聯(lián)、響應(yīng)、預(yù)測(cè)之智，大規(guī)模將知識(shí)從人向智能系統(tǒng)遷移，創(chuàng)造運(yùn)營(yíng)價(jià)值。

4結(jié)語(yǔ)

企業(yè)戰(zhàn)略是技術(shù)需求的導(dǎo)向，在轉(zhuǎn)型升級(jí)過程中進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。水力發(fā)電企業(yè)引領(lǐng)智能化水電站升級(jí)改造的需求和市場(chǎng)，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(jì)指標(biāo)提升企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)開辟出智能化水電站升級(jí)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(dòng)力。智能化水電站技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益明顯，亟待行業(yè)領(lǐng)軍企業(yè)引領(lǐng)推動(dòng)，做好頂層設(shè)計(jì)，積極整合水電企業(yè)、政府組織、行業(yè)協(xié)會(huì)、科研單位、設(shè)計(jì)院所、咨詢機(jī)構(gòu)、軟件開發(fā)、解決方案廠家等各方面力量，選擇試點(diǎn)項(xiàng)目，聯(lián)合推進(jìn)科研攻關(guān)，通過科技創(chuàng)新推動(dòng)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(jī)，機(jī)不可失也責(zé)無(wú)旁貸。

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作者:黃福強(qiáng) 張輝 楊帆 張攀 趙本成 單位:溪洛渡水力發(fā)電廠