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正文內(nèi)容

畢業(yè)設(shè)計(jì)電力行業(yè)節(jié)能減排技術(shù)報(bào)告(編輯修改稿)

2025-01-07 08:01 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 存起來(lái)。目前風(fēng)力發(fā)電機(jī)用的蓄電池多為鉛酸蓄電池。 風(fēng)機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電技術(shù)進(jìn)步的關(guān)鍵核心風(fēng)力機(jī)部件,其良好的設(shè)計(jì)、可靠的質(zhì)量和優(yōu)越的性能是保證機(jī)組正常穩(wěn)定運(yùn)行的決定因素。我國(guó)風(fēng)機(jī) 葉片行業(yè)的發(fā)展是伴隨著風(fēng)電產(chǎn)業(yè)及風(fēng)電設(shè)備行業(yè)的發(fā)展而發(fā)展起來(lái)的。由于起步較晚,我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片最初主要是依靠進(jìn)口來(lái)滿足市場(chǎng)需求的。隨著國(guó)內(nèi)企業(yè)和科研院所的共同努力,我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片行業(yè)的供給能力迅速提升。 目前,我國(guó)風(fēng)機(jī)葉片市場(chǎng)已經(jīng)形成外資企業(yè)、民營(yíng)企業(yè)、研究院所、上市公司等多元化的主體投資形式。外資企業(yè)主要有 GE、 LM、 GAMESA、 VESTAS 等,國(guó)內(nèi)企業(yè)以時(shí)代新材、中材科技、中航惠騰、中復(fù)連眾為代表。截至到 2021 年 5月,中國(guó)境內(nèi)的風(fēng)電機(jī)組葉片廠商共有 31 家。其中,已經(jīng)進(jìn)入批量生產(chǎn)階段的公司有 10 家。 2021 年,已經(jīng)批量生產(chǎn)的葉片公司生產(chǎn)能力為 460 萬(wàn)千瓦。預(yù)計(jì)2021 年,這些葉片公司全部進(jìn)入批量生產(chǎn)階段后,綜合生產(chǎn)能力將達(dá)到 900 萬(wàn)千瓦。 燃料電池發(fā)電的技術(shù)燃料電池發(fā)電是將燃料的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能的過(guò)程,其發(fā)電效率不受卡諾循環(huán)的限制,發(fā)電效率可達(dá)到 50%~ 70%,被譽(yù)為21 世紀(jì)重要的發(fā)電新技術(shù)之一。目前,國(guó)際上磷酸型燃料電池已進(jìn)入商業(yè)化,其它幾種燃料電池預(yù)計(jì)在 2021~ 2021 年容量在 200kW 及以上的將全面進(jìn)入商業(yè)化。燃料電池發(fā)電是在一定條件下使燃料 主要是 H2 和氧化劑 空氣中的 O2 發(fā)生化學(xué)反應(yīng),將化 學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能和熱能的過(guò)程。與常規(guī)電池的不同:只要有燃料和氧化劑供給,就會(huì)有持續(xù)不斷的電力輸出。與常規(guī)的火力發(fā)電不同,它不受卡諾循環(huán)的限制,能量轉(zhuǎn)換效率高。與常規(guī)發(fā)電相比燃料電池具有以下優(yōu)點(diǎn): 1 理論發(fā)電效率高,發(fā)展?jié)摿Υ?。燃料電池本體的發(fā)電效率可達(dá)到 50%~60%,組成的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)在 10~ 50 MW 規(guī)模即可達(dá)到 70%以上的發(fā)電效率。 2 污染物和溫室氣體排放量少。與傳統(tǒng)的火電機(jī)組相比, CO2 排出量可減少 40%~ 60%。 NOX 2mg/kg 和 SOX 1mg/kg 排放量很少。 3 小型高效,可提高供電可靠性。燃料電池的發(fā)電效率受負(fù)荷和容量的影響較小。 4 低噪聲。在距發(fā)電設(shè)備 3 英尺 處噪聲小于 60dB A 。 5 電力質(zhì)量高。電流諧波和電壓諧波均滿足 IEEE519 標(biāo)準(zhǔn)。 6 變負(fù)荷率高。變負(fù)荷率可達(dá)到( 8%~ 10%) /min,負(fù)荷變化的范圍 20%~120%。 7 燃料電池可使用的燃料有氫氣、甲醇、煤氣、沼氣、天然氣、輕油、柴油等。 8 模塊化結(jié)構(gòu),擴(kuò)容和增容容易,建廠時(shí)間短。 9 占地面積小,占地面積小于 1m2/kW。 10 自動(dòng)化程度高,可實(shí)現(xiàn)無(wú)人 操作。 電力系統(tǒng)發(fā)展燃料電池發(fā)電技術(shù)提高化石燃料發(fā)電效率的重要途徑之一有效降低火力發(fā)電的污染物和溫室氣體排放量提高供電的靈活性和可靠性燃料電池是一種高效、潔凈的發(fā)電方式,既適合于作分布式電源,又可在將來(lái)組成大容量中心發(fā)電站,是 21 世紀(jì)重要的發(fā)電方式。制約燃料電池走向大規(guī)模商業(yè)化的主要因素是:高價(jià)格和壽命問(wèn)題。柔性交流輸電技術(shù)柔性交流輸電技術(shù)( FACTS)又稱為靈活交流輸電技術(shù),它是美國(guó)電 orani 于 1986 年提出來(lái)的新技術(shù),它曾將 FACTS 定義為 除了直流輸電之外所有將電力電子技術(shù)用于輸電的實(shí)際應(yīng)用技術(shù) 。 該新技術(shù)是現(xiàn)代電力電子技術(shù)與電力系統(tǒng)相結(jié)合的產(chǎn)物,其主要內(nèi)容是在輸電系統(tǒng)的主要部位,采用具有單獨(dú)或綜合功能的電力電子裝置,對(duì)輸電系統(tǒng)的主要參數(shù)(如電壓、相位差、電抗等)進(jìn)行靈活快速的適時(shí)控制,以期實(shí)現(xiàn)輸送功率合理分配,降低功率損耗和發(fā)電成本,大幅度提高系統(tǒng)穩(wěn)定和可和可靠性。FACTS 的主要功能可歸納為:①較大范圍地控制潮流;保證輸電線輸電容量接近熱穩(wěn)定極限;在控制區(qū)域內(nèi)可以傳輸更多的功率,減少發(fā)電機(jī)的熱備用。(在美國(guó)可以由通常的 18%降低到 15%或以下)依靠限制短路和設(shè)備故障的影響來(lái)防止線路串級(jí)跳閘;阻尼電 力系統(tǒng)振蕩。隨著電力電子技術(shù)的飛速發(fā)展,新的高電壓、大功率的電力電子器件不斷出現(xiàn),它為靈活交流輸電技術(shù)的實(shí)現(xiàn)打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。目前已成功應(yīng)用的或正在開(kāi)發(fā)研究的 FACTS 裝置有十幾種,如: ( 1)靜止無(wú)功補(bǔ)償器( SVC)。 SVC 使用晶閘管來(lái)快速調(diào)整并聯(lián)電抗器的大小及投切電容器組,并可兼有事故時(shí)的電壓支持作用,維護(hù)電壓水平,消除電壓閃變、平息系統(tǒng)振蕩等??梢造o態(tài)或動(dòng)態(tài)地使電壓保持在一定范圍內(nèi),從而提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 ( 2)直流輸電( HVDC)。直流輸電中的交、直流轉(zhuǎn)換器是最早應(yīng)用晶閘管技術(shù)的裝置之一。 ( 3)靜止調(diào)相器( statcon)。這是對(duì) SVC 改進(jìn)后的裝置,它由三相逆變器構(gòu)成,整個(gè)裝置的無(wú)功功率的大小或極性都由它通過(guò)的電流來(lái)調(diào)整,故其整體功能類似于同步調(diào)相機(jī)。其調(diào)節(jié)無(wú)功的能力比 SVC 強(qiáng),因?yàn)?SVC 的無(wú)功量由電壓平方除以阻抗決定,而 Statcon 的輸出無(wú)功則取決于輸出端的電流和電壓乘積。因此,在事故時(shí)電壓降低的情況下, Statcon 比 SVC 可提供更大的無(wú)功支持能力,具有一定的事故過(guò)載能力。如果并聯(lián)電容電蓄電池組或超導(dǎo)儲(chǔ)能電抗器所取代,則事故支持的時(shí)間還可延長(zhǎng)。 ( 4)超導(dǎo)蓄能器,( SMES)。此裝 置由電力電子器件( SCR 或 GTO 等)控制一個(gè)大容量超導(dǎo)蓄能線圈所組成,幾乎無(wú)損耗。放電 /充電的效率在 95%以上,但造價(jià)昂貴。 SMES 作為蓄能器,可快速供幾秒的備用電力;瞬時(shí)提供同步或阻尼功率以提高輸電的靜態(tài)和暫態(tài)穩(wěn)定性;提高遠(yuǎn)距離輸電的輸送能力;延長(zhǎng)發(fā)電設(shè)備壽命;提供無(wú)功功率以改進(jìn)電壓穩(wěn)定性:改進(jìn)電壓質(zhì)量等。采用 GTO 元件后,可將 SMES 輸出的有功和無(wú)功功率彼此獨(dú)立地進(jìn)行控制,故不僅對(duì)短期,而且對(duì)中期動(dòng)態(tài)過(guò)程可產(chǎn)生良好影響。 ( 5)固態(tài)斷路器( SSCB)。如果采用晶閘管型的斷路器,則由于斷路器只能在交流第 一次過(guò)零時(shí)斷開(kāi),其開(kāi)斷延時(shí)將達(dá)幾個(gè)毫秒。如果采用 GID、 MCT 或 MTD_等電力電子元件,則電流可瞬時(shí)被切斷,效果將大為提高。美國(guó) SPCO 工廠所生產(chǎn)的 SSCB 樣機(jī),已達(dá)到 15 千伏、 600 安,可在 4 微秒內(nèi)完成開(kāi)斷。 ( 6)可控串聯(lián)電容補(bǔ)償( TCSC)。 TCSC 有下列功能:潮流控制,由于可以連續(xù)改變線路電抗,因此可用來(lái)進(jìn)行潮流控制,改變電網(wǎng)中的潮流分布;阻尼線路功率振蕩,可以阻尼由于系統(tǒng)阻尼不足或由于系統(tǒng)大擾動(dòng)引起的低頻功率振蕩;提高電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定,在系統(tǒng)受到大的沖擊時(shí),可迅速調(diào)整晶閘管的觸發(fā)角,改變串聯(lián)電容 的補(bǔ)償度,以提高暫態(tài)穩(wěn)定性;抑制次同步振蕩( SSR),當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生 SSR 時(shí),迅速調(diào)整串聯(lián)電容器容抗至最小值,對(duì)于次同步頻率, TCSC 呈感抗,這樣便會(huì)對(duì) SSR 起很強(qiáng)的阻尼作用。 盡管靈活交流輸電技術(shù)已在多個(gè)輸電工程中得到應(yīng)用,并證明了它在提高線路輸送能力、阻尼系統(tǒng)振蕩、快速調(diào)節(jié)系統(tǒng)無(wú)功、提高系統(tǒng)穩(wěn)定等方面的優(yōu)越性能,但其推廣應(yīng)用的進(jìn)展步伐比預(yù)期的要慢。主要原因有:工程造價(jià)比常規(guī)的解決方案高,因此,只有在常規(guī)技術(shù)無(wú)法解決的情況下,用戶才會(huì)求助于 FACTS 技術(shù) 。FACTS 技術(shù)還需要進(jìn)一步完善。目前 FACTS 技術(shù)的應(yīng) 用還局限于個(gè)別工程,如果大規(guī)模應(yīng)用 FACTS 裝置,還要解決一些全局性的技術(shù)問(wèn)題,例如:多個(gè) FACTS 裝置控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)配合問(wèn)題 。FACTS裝置與已有的常規(guī)控制、繼電保護(hù)的銜接問(wèn)題 。FACTS 控制納入現(xiàn)有的電網(wǎng)調(diào)度控制系統(tǒng)問(wèn)題等等。也有專家認(rèn)為, FACTS 技術(shù)尚不能更快推廣應(yīng)用是因?yàn)殡娏Σ块T(mén)對(duì)新技術(shù)持謹(jǐn)慎觀望態(tài)度,只有相當(dāng)成熟的技術(shù)才會(huì)大規(guī)模應(yīng)用。 國(guó)內(nèi)電力節(jié)能減排自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展?fàn)顩r透析在電力企業(yè),無(wú)論是其生產(chǎn)效率的提高還是節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn),都和企業(yè)的信息化及自動(dòng)化水平密切相關(guān)。所有的生產(chǎn)工藝和環(huán)保工 藝都離不開(kāi)自動(dòng)化。我國(guó)電力企業(yè)經(jīng)過(guò) 20 多年尤其是近 10 多年的快速發(fā)展,自動(dòng)化和信息化水平已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。分散控制系統(tǒng)( DCS)、基于計(jì)算機(jī)的專用控制系統(tǒng)和各類優(yōu)化軟件控制系統(tǒng)的實(shí)施和應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、快速控制和優(yōu)化運(yùn)行。多種信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用以及與自動(dòng)化系統(tǒng)的有效集成,實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程和企業(yè)管理的一體化。 實(shí)時(shí) /歷史數(shù)據(jù)庫(kù)能實(shí)時(shí)采集并儲(chǔ)存電廠 DCS、其他專用控制系統(tǒng)和輔助控制系統(tǒng)等各自動(dòng)化系統(tǒng)的實(shí)時(shí)和歷史數(shù)據(jù),建立全廠信息共享數(shù)據(jù)平臺(tái),并基于數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)全電廠生產(chǎn)過(guò)程的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、經(jīng)濟(jì)指 標(biāo)計(jì)算與分析等高級(jí)應(yīng)用功能,可以為發(fā)電廠節(jié)能降耗提供分析和安全性評(píng)估服務(wù)。 自動(dòng)化技術(shù)的提高及廣泛應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的關(guān)鍵隨著國(guó)內(nèi)自動(dòng)控制技術(shù)的大力開(kāi)發(fā)和成功應(yīng)用,自動(dòng)化技術(shù)在電廠的應(yīng)用取得了重要突破。 第一是電廠主機(jī)組的集中控制實(shí)現(xiàn)了多機(jī)一控。目前國(guó)內(nèi)眾多的運(yùn)行電廠,絕大多數(shù)是一個(gè)控制室控制兩臺(tái)機(jī)組,也有一個(gè)控制室控制一臺(tái)機(jī)組的。隨著電廠自動(dòng)化水平的提高,近幾年開(kāi)始發(fā)展到三臺(tái)機(jī)組一個(gè)控制室、四臺(tái)機(jī)組一個(gè)控制室,甚至開(kāi)始嘗試更多臺(tái)的機(jī)組一個(gè)控制室。比較典型的成功實(shí)例是華能玉環(huán)電廠,由中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華東 電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的自動(dòng)控制系統(tǒng),已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了四機(jī)一控方式,取得了很大成功如圖 2 所示。 第二,就是電廠輔助車間系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化集中控制。電廠除了主機(jī)即鍋爐、汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)及相關(guān)系統(tǒng)外,還有許多輔助系統(tǒng),包括煤處理系統(tǒng),水處理系統(tǒng),灰渣處理系統(tǒng),燃油系統(tǒng)等,這些輔助系統(tǒng)往往需要一個(gè)單獨(dú)的控制系統(tǒng),需要單獨(dú)的控制室來(lái)控制它。隨著設(shè)計(jì)水平的提高和控制技術(shù)的進(jìn)步,逐步把地理位置相近和工藝性質(zhì)相同的輔助系統(tǒng)實(shí)施集中控制。例如本世紀(jì)初建設(shè)投運(yùn)的湖南益陽(yáng)電廠,把十幾個(gè)輔助系統(tǒng)的十幾個(gè)控制室,縮成三個(gè)控制室,前進(jìn)了一大步。 再如由中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的大唐王灘電廠,把所有的輔助控制系統(tǒng)都整合到一起,集和成一個(gè)控制系統(tǒng),自動(dòng)控制水平得到了很大提高。 第三是基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)已開(kāi)始得到應(yīng)用?,F(xiàn)場(chǎng)總線在電廠的應(yīng)用已有近十年的時(shí)間,開(kāi)始是局部的零星小系統(tǒng),后來(lái)發(fā)展到完整的輔助車間系統(tǒng)如華能玉環(huán)電廠的水處理系統(tǒng),最近則開(kāi)始在主機(jī)組中大規(guī)模運(yùn)用。例如,由中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)華東電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的華能金陵電廠和由中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)東北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的華能九臺(tái)電廠,已將基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制系統(tǒng)全面應(yīng)用于主機(jī)組的設(shè)計(jì)中,目前 這兩個(gè)項(xiàng)目正在建設(shè)中。 第四是本土自動(dòng)化企業(yè)自動(dòng)控制技術(shù)的進(jìn)步。近 10 年來(lái),以和利時(shí)股份有限公司為代表的幾家本土自動(dòng)化企業(yè)發(fā)展很快,他們敢于創(chuàng)新,研發(fā)能力很強(qiáng),持續(xù)投入力度大,后勁足,加上國(guó)家和一些國(guó)有電力公司的支持,當(dāng)然最根本的原因是本土企業(yè)自身能夠開(kāi)發(fā)出電廠需要的自動(dòng)化產(chǎn)品,這一切使得本土自動(dòng)化企業(yè)的電廠業(yè)務(wù)進(jìn)展很快。由中國(guó)電力工程顧問(wèn)集團(tuán)西北電力設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的國(guó)華錦界電廠,采用了和利時(shí)股份有限公司的 DCS,實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn) DCS 在 600MW 機(jī)組的首次成功應(yīng)用。目前, 1000MW 機(jī)組采用國(guó)產(chǎn) DCS 的時(shí)代也已經(jīng)拉 開(kāi)序幕。 從國(guó)內(nèi)企業(yè)的自動(dòng)化發(fā)展水平看,盡管控制技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了較高水平,但在自動(dòng)控制技術(shù)的數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化、安全儀表等幾方面仍有進(jìn)一步的發(fā)展空間。首先,數(shù)字化的發(fā)展空間較大。網(wǎng)絡(luò)化應(yīng)加強(qiáng)各系統(tǒng)的無(wú)縫鏈接,在保證信息安全的前提下,使信息交流更加通暢。智能化主要體現(xiàn)在優(yōu)化控制軟件方面,企業(yè)要開(kāi)發(fā)出更加適應(yīng)發(fā)電生產(chǎn)過(guò)程更為優(yōu)化的運(yùn)算模型來(lái)指導(dǎo)控制過(guò)程 ,以促進(jìn)節(jié)能減排。如果從電廠安全方面來(lái)講,安全儀表也是非常重要的。一旦危及電廠安全的事故發(fā)生,安全儀表可以實(shí)施自動(dòng)報(bào)警,使各種運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)及時(shí)停止,保護(hù)設(shè)備免受損 失,從而也把電廠損失減少到最小限度。 我國(guó)清潔煤發(fā)電技術(shù)的新紀(jì)元 2021 年 7 月日臨港工業(yè)區(qū)開(kāi)工建設(shè)。據(jù)了解,該電站將建成我國(guó)第一臺(tái) 25 萬(wàn)千瓦等級(jí) IGCC 發(fā)電機(jī)組,并采用華能集團(tuán)自主研發(fā)的具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的每天 2021 噸級(jí)兩段式干煤粉氣化爐,首臺(tái)機(jī)組計(jì)劃于2021 年建成,屆時(shí)該電站將成為我國(guó)最環(huán)保的燃煤示范電站,發(fā)電效率可達(dá) 48%,脫硫效率達(dá) 99%以上。 IGCC 是英文 Integrated Gasification Combined Cycle 的縮寫(xiě),即整體煤氣化聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng),是將煤氣化技術(shù)和高效的聯(lián)合循 環(huán)相結(jié)合的先進(jìn)動(dòng)力系統(tǒng)。它由兩大部分組成,即煤的氣化與凈化部分和燃?xì)?蒸汽聯(lián)合循環(huán)發(fā)電部分。第一部分的主要設(shè)備有氣化爐、空分裝置、煤氣凈化設(shè)備(包括硫的回收裝置);第二部分的主要設(shè)備有燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電系統(tǒng)、余熱鍋爐、蒸汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)。 IGCC的工藝過(guò)程如下:煤經(jīng)氣化成為中低熱值煤氣,經(jīng)過(guò)凈化,除去煤氣中的硫化物、氮化物、粉塵等污染物,變?yōu)榍鍧嵉臍怏w燃料,然后送入燃?xì)廨啓C(jī)的燃燒室燃燒,加熱氣體工質(zhì)以驅(qū)動(dòng)燃?xì)馔钙阶鞴?,燃?xì)廨啓C(jī)排氣進(jìn)入余熱鍋爐加熱給水,產(chǎn)生過(guò)熱蒸汽驅(qū)動(dòng)蒸汽輪機(jī)作功。 ?IGCC 技術(shù)把高效的燃?xì)?蒸汽 聯(lián)合循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)與潔凈的煤氣化技術(shù)結(jié)合起來(lái),既有高發(fā)電效率,又有極好的環(huán)保性能,是一種有發(fā)展前景的潔凈煤發(fā)電技術(shù)。在目前技術(shù)水平下, IGCC 發(fā)電的凈效率可達(dá) 43%~ 45%,今后可望達(dá)到更高。而污染物的排放量?jī)H為常規(guī)燃煤電站的 1/10,脫硫效率可達(dá) 99%,二氧化硫排放在 25mg/ Nm3 左右。(目前國(guó)家二氧化硫?yàn)?1200mg/ Nm3),氮氧化物排放只有常規(guī)電站的 15%20%,耗水只有常規(guī)電站的 1/21/3,對(duì)于環(huán)境保護(hù)具有重大意義。
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