水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的dcs控制保護(hù)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)電裝置的控制保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的DCS控制保護(hù)系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]生物質(zhì)(B1mass)包括農(nóng)作物、樹(shù)木等植物及其殘?bào)w、畜禽糞便、有機(jī)廢棄物等，通過(guò)工業(yè)加工轉(zhuǎn)化，可生產(chǎn)生物基產(chǎn)品(B1basedproducts )、生物燃料(B1fuels)和生物能源(B1energy)。地球上光合作用每年生產(chǎn)約2200億噸干生物質(zhì)，相當(dāng)于全球能源消耗總量的1倍。
[0003]據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)農(nóng)作物秸桿尚有60%可用于能源用途，約合2.1億t標(biāo)煤，有約40%的森林開(kāi)采剩余物未加工利用，現(xiàn)有可供開(kāi)發(fā)的生物質(zhì)能源至少能達(dá)4.5億t標(biāo)煤，同時(shí)還有約1.33億公頃宜農(nóng)宜林荒山荒地，可以用于發(fā)展能源農(nóng)業(yè)和能源林業(yè)。
[0004]隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的加快，一方面農(nóng)村人口逐漸減少，加之農(nóng)村電氣化以電代柴的實(shí)施和大力植樹(shù)造林，我國(guó)尤其是南方地區(qū)，森林覆蓋率大幅度提高，廣大山區(qū)和丘陵區(qū)農(nóng)作物秸桿、林業(yè)廢棄物枝椏、邊角材、薪炭林等生物質(zhì)資源量越來(lái)越大。以四川西南部地區(qū)為例，隨著城鎮(zhèn)化伴隨的農(nóng)村人口的減少和以電代柴的發(fā)展，農(nóng)村閑置土地、林地流轉(zhuǎn)為規(guī)模龐大的成片經(jīng)濟(jì)林(竹)，成品材與采伐廢棄枝椏邊角材約為1: 0.6，目前已進(jìn)入間(采)伐期，大量枝椏、邊角材廢棄在林場(chǎng)內(nèi)，不僅增加下次采伐難度和成本，還會(huì)增加林地維護(hù)成本和森林火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。此外大量的薪炭林由于需求減少，無(wú)法更新，已出現(xiàn)過(guò)熟現(xiàn)象，雖對(duì)環(huán)境不至造成影響，但從資源利用來(lái)講是一種巨大的浪費(fèi)。另一方面，廣大山區(qū)和丘陵區(qū)由于農(nóng)牧民文化、技能、交通等諸多因素的制約，守著豐富的生物質(zhì)資源，長(zhǎng)期處于貧困狀態(tài)，精準(zhǔn)扶貧已上升為國(guó)家工程。
[0005]自2005年2月28日中華人民共和國(guó)第十屆全國(guó)人民代表大會(huì)常務(wù)委員會(huì)第十四次會(huì)議通過(guò)《中華人民共和國(guó)可再生能源法》以來(lái)，我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電受?chē)?guó)家鼓勵(lì)可再生清潔能源政策的引導(dǎo)，逐漸興起。按照《國(guó)家應(yīng)對(duì)氣候變化規(guī)劃(2014 — 2020年)))，到2020年我國(guó)生物質(zhì)發(fā)電裝機(jī)容量達(dá)到3000萬(wàn)kw。截至2015年底，全國(guó)生物質(zhì)能發(fā)電裝機(jī)容量已達(dá)到1300萬(wàn)kw，年發(fā)電量780億kwh。目前還主要以農(nóng)作物秸桿、蔗渣、酒糟為原料，森林開(kāi)采剩余物、薪炭林資源尚待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)利用。
[0006]常規(guī)的生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)，不僅有原料系統(tǒng)、生物質(zhì)鍋爐(或生物質(zhì)氣化爐)系統(tǒng)、汽輪發(fā)電機(jī)組(或燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組)系統(tǒng)，升壓站、輸電線(xiàn)路及控制保護(hù)系統(tǒng)和調(diào)度通訊系統(tǒng)，還需配套生活、后勤、辦公等部分或全部非生產(chǎn)性設(shè)施。綜合投資一般在10000元/kw左右，是常規(guī)燃煤火電廠(chǎng)的兩倍以上，設(shè)計(jì)年利用小時(shí)一般為7000?800011。2015年全國(guó)平均實(shí)際發(fā)電小時(shí)約在5900h左右。生物質(zhì)發(fā)電廠(chǎng)一般只發(fā)有功電量，其勵(lì)磁系統(tǒng)無(wú)過(guò)勵(lì)要求，不做調(diào)相運(yùn)行。主要存在四大問(wèn)題:一是單位千瓦投資大，導(dǎo)致其固定成本高;二是燃料成本占比高，尤其是燃料的物流成本較高，收貯的原料含水率高(40%左右)；三是原料供應(yīng)不穩(wěn)定；四是生物質(zhì)鍋爐燃燒及熱效率較低。如何降低其單位千瓦投資，降低燃料成本，尤其是燃料的物流成本，保證原料穩(wěn)定供應(yīng)，提高生物質(zhì)鍋爐燃燒效率和熱效率是生物質(zhì)發(fā)電能否健康發(fā)展壯大的關(guān)鍵。
[0007]此外，我國(guó)還是水電資源大國(guó)。截至2015年底，我國(guó)水電裝機(jī)容量突破3億Kw，占全球的27 %。我國(guó)水電資源主要集中在金沙江、雅礱江、大渡河、瀾滄江、烏江及長(zhǎng)江、黃河上游其它地區(qū)。云南、貴州、四川、西藏、重慶的水電資源量約占全國(guó)的2/3。目前我國(guó)已建成投產(chǎn)中小型水電站近10萬(wàn)座，總裝機(jī)容量近3000萬(wàn)Kw，占全國(guó)水電總裝機(jī)容量的10%，裝機(jī)利用小時(shí)平均近3000h，年發(fā)電量約900億Kwh。作為清潔能源，為我國(guó)農(nóng)村電氣化和邊遠(yuǎn)地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出了重要貢獻(xiàn)。
[0008]然而，水電發(fā)電量主要受控于天然來(lái)水，目前發(fā)電設(shè)備年利用小時(shí)低，豐水期(每年6?10月，共5個(gè)月，下同)發(fā)電量較集中，平均出力占裝機(jī)容量的40%?100%，極限出力達(dá)到105%，在水電集中區(qū)，由于區(qū)域降水集中，往往出現(xiàn)普遍超負(fù)荷發(fā)電情況，導(dǎo)致系統(tǒng)有功過(guò)量，無(wú)功不足，平水期(每年5、11月，共2個(gè)月，下同)平均出力占裝機(jī)容量的20%?50%，枯水期(每年I?4和12月，共5個(gè)月，下同)平均出力占裝機(jī)容量的8%?30%。從多年平均發(fā)電量來(lái)看，豐水期發(fā)電量約占全年發(fā)電量的60%?80%，平、枯水期發(fā)有功電量約占全年發(fā)電量的20%?40%。豐枯矛盾突出，不少水電站甚至成為季節(jié)性發(fā)電站，枯水期因來(lái)水量過(guò)小出現(xiàn)關(guān)門(mén)停產(chǎn)的狀況，水電站配套投資建設(shè)的輸變電設(shè)施在平、枯水期利用率非常低?？傮w而言，我國(guó)水電站由于平水期、枯水期發(fā)電量少和配套投資建設(shè)的輸變電設(shè)施利用率低，固定成本攤銷(xiāo)大，普遍處于微利或虧損狀態(tài)。
[0009]水電站一般地處山區(qū)和丘陵區(qū)，周邊生物質(zhì)資源十分豐富，為了利用當(dāng)?shù)刎S富且可貯存的生物質(zhì)資源，本發(fā)明人公開(kāi)了《水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的資源綜合利用方法》(專(zhuān)利申請(qǐng)?zhí)?01610071342.1)，可以在水電站內(nèi)或附近增加生物質(zhì)發(fā)電裝置，在豐水期調(diào)相運(yùn)行，平、枯水期發(fā)有功電量，從而提高水電站平水期和枯水期的供電量和資產(chǎn)利用率，盤(pán)活平、枯水期輸變電設(shè)施近乎閑置的存量資產(chǎn)，緩減電網(wǎng)豐枯矛盾，降低生物質(zhì)發(fā)電裝置投資，降低生物質(zhì)原料物流成本，既提高水電站經(jīng)營(yíng)效益，又增加水電站周邊農(nóng)牧民收入，達(dá)到精準(zhǔn)扶貧的效果，實(shí)現(xiàn)水能資源、生物質(zhì)資源以及水電站存量資產(chǎn)的綜合利用和價(jià)值最大化。
[0010]從上世紀(jì)五十年代水電站興起至今，水電站控制保護(hù)系統(tǒng)經(jīng)歷了從電磁式到DCS控制保護(hù)的漸進(jìn)發(fā)展過(guò)程，中間有多個(gè)升級(jí)版本，而生物質(zhì)發(fā)電裝置是近年才發(fā)展起來(lái)的新生事物，其控制保護(hù)系統(tǒng)直接進(jìn)入DCS控制保護(hù)階段。如何在水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置后將不同發(fā)展階段(版本)的兩種控制保護(hù)系統(tǒng)利用水電站中心控制室這一平臺(tái)整合為一個(gè)系統(tǒng)，既節(jié)約基建投資，又減少運(yùn)行人員，降低管理成本，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，業(yè)內(nèi)未見(jiàn)嘗試。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)之不足，本發(fā)明提供了一種水電站增加生物質(zhì)發(fā)電裝置的DCS控制保護(hù)系統(tǒng)(為與水電站DCS控制保護(hù)系統(tǒng)和生物質(zhì)DCS控制保護(hù)系統(tǒng)相區(qū)別，一般簡(jiǎn)稱(chēng)其為HBDCS控制保護(hù)系統(tǒng))，其包括原水電站控制保護(hù)系統(tǒng)和新增的與其網(wǎng)絡(luò)總線(xiàn)與通信協(xié)議一致的生物質(zhì)發(fā)電控制保護(hù)裝置，所述生物質(zhì)發(fā)電控制保護(hù)裝置包括生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組LCU、生物質(zhì)公用LCU以及生物質(zhì)發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控屏。
[0012]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組LCU、生物質(zhì)公用LCU以及生物質(zhì)發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控屏均連接至所述水電站控制保護(hù)系統(tǒng)中的通訊電纜上。
[0013]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述原水電站控制保護(hù)系統(tǒng)為總線(xiàn)型PLC微機(jī)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)或工業(yè)以太網(wǎng)DCS微機(jī)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)。
[0014]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述原水電站控制保護(hù)系統(tǒng)包括服務(wù)器、操作站、安防工作站、通訊管理機(jī)或以太網(wǎng)交換機(jī)、水輪發(fā)電機(jī)組LCU、水電站公用LCU、水電站發(fā)電機(jī)保護(hù)測(cè)控屏、線(xiàn)路保護(hù)屏、主變保護(hù)測(cè)控屏、安防設(shè)施、北斗或GPS授時(shí)裝置、調(diào)制解調(diào)器、打印機(jī)和通訊電纜。
[0015]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述工業(yè)以太網(wǎng)DCS微機(jī)監(jiān)控保護(hù)系統(tǒng)包括單網(wǎng)、雙網(wǎng)、單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)。
[0016]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)發(fā)電機(jī)組LCU為汽輪發(fā)電機(jī)組LCU或燃?xì)廨啺l(fā)電機(jī)組IXU。
[0017]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述生物質(zhì)公用LCU為生物質(zhì)鍋爐及原料輸送系統(tǒng)LCU或生物質(zhì)氣化爐及原料輸送系統(tǒng)IXU。
[0018]根據(jù)一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式，所述通訊電纜經(jīng)由調(diào)制解調(diào)器連接至電網(wǎng)調(diào)度中心。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]本發(fā)明中生物質(zhì)發(fā)電裝