LDHT 新闻报道 “十三五”电力及其自动化发展展望（上）
电力是一种相当灵活、实用的能源，是现代人类生活和工作的必需品。电力在已取得相当广泛应用的情况下，仍在快速扩展其使用场所。由发电、输电、变电、配电和用电等环节组成的电力工业，是其它众多国民经济、社会产业或行业的先导，是现代社会不可缺少的基础设施。因此电力工业的增长或发展已成为衡量一个国家现代化和工业化发展程度的重要指标之一。
为了准确把握“十三五”电力及其自动化技术的发展，本文首先简要分析了电力工业的发展基础及所面临挑战，接着分析了电力发展重点，预测了自动化技术发展趋势。最后阐明了数字化、网络化、智能化对电力工业的影响。
经过改革开放后三十多年的快速发展，我国电力工业取得了长足进步。特别是进入21世纪后，电力供应能力稳步增长，系统结构不断优化，清洁能源比重逐步增加，技术装备水平快速提升，节能环保取得成效，建成了世界最大的电力供应体系，有效保障了经济社会的持续发展。以电源侧为例，我国发电装机容量和发电量分别从2000年的3.19亿kW、1.37万亿kW/h跃升到2014年的13.6亿kW、5.65万亿kW/h。截至2014年底，国内火电装机容量91569万kW，水电装机容量30183万kW，核电装机容量1988万kW，并网风电装机容量9581万kW，并网太阳能发电装机容量2652万kW。在大型循环流化床发电技术、百万千瓦级压水堆核电站、特高压等先进发、输、变电技术研发应用方面已居世界领先水平。
“十三五”时期，我国既面临由能源大国向能源强国转变的难得历史机遇，又面临诸多问题和挑战。发展的长期矛盾和短期问题相互交织，资源和环境约束进一步加剧，节能减排形势严峻，能源资源对外依存度快速攀升，能源控总量、调结构、保安全面临全新的挑战。因此，在看到成绩的同时，也应清醒地认识到存在的问题。譬如在“十二五”期间，我国发电装机规模和电网规模已双双跃居世界第一位，但也成为CO2排放量最大的国家。简而言之，“十三五”电力工业所面临的挑战主要是在确保能源可利用性和满足经济和人口增长需求的同时，还需保护人类赖以生存的脆弱生态环境。
在国务院2014年发布的《能源发展战略行动计划（2014-2020年）》中明确提出，要坚持“节约、清洁、安全”的战略方针，重点实施“节约优先、立足国内、绿色低碳、创新驱动”四大战略，加快构建清洁、高效、安全、可持续的现代能源体系。
电能作为高效、优质、绿色的能源，在社会生活的方方面面起着越来越重要的作用。利用电能替代煤、油、气等化石能源，可以提高燃料的使用效率、减少污染物排放。另外，风能、太阳能、地热能、海洋能、生物质能等这些可再生能源的开发、利用，主要也是依靠转换为电能来实现。因此，积极推动电能替代战略，对于构建以安全发展、高效发展、清洁发展为目标的现代能源保障体系至关重要。
当前，我国经济社会发展的主要特征是工业化、信息化、城镇化、市场化、国际化，能源结构清洁低碳化大势所趋。这些重大社会需求决定电能绿色、低碳、智能的生产、输送、分配和使用技术，已成为电力技术发展的主导方向。
“十三五”期间，电力工业的发展重点预计
主要有以下六个方面
第一方面是发展更高容量、更高参数、更高效洁净的常规发电机组，新建燃煤发电机组供电煤耗须低于300g(标准煤)/kW/h，污染物排放应接近燃气机组排放水平。当前国际上发达国家的发电机组正在向更高容量和更高参数方向发展，以实现进一步节能、降耗、绿色环保的发展目标。概括其发展趋势为四点。其一是开发更高参数的超（超）临界常规发电机组，如欧盟的“AD700计划”，拟将汽轮机主汽温度由目前的600/620℃提高到700/720℃，发电效率由目前的45%～47%提高到52%；美国的“Vision 21”计划，拟研发主汽参数为35MPa、760℃，发电效率高于55%的超超临界发电机组。我国也正在进行700℃超超临界机组计划。其二是常压循环流化床（CFB）机组的进一步大型化和超临界化。其三是燃气轮机（CT）的大型化和高参数化，如日本MHI三菱重工已研发出透平入口温度可高达1600℃、单机ISO容量可达470MW的J系列CT发电机组。其四是开发新一代的高效洁净IGCC（整体煤气化联合循环）发电技术。如美国的“清洁煤技术计划”、日本的“新日光”计划等，与之类似，我国也在发展以煤气化为龙头，以IGCC为核心，实现动力与化工生产过程的耦合，高效、洁净、经济、灵活的多联产系统，从而使发电效率达到45%~50%，设备可用率达到85%以上，实现污染物的近零排放以及煤炭的清洁高效利用。
第二方面是大力发展分布式能源，科学发展热电联产，鼓励有条件的地区发展热/电/冷多联供，发展风能、太阳能、生物质能、地热能、海洋能等先进可再生能源发电技术。到2020年，非化石能源占一次能源消费比重达到15%，力争常规水电装机达到3.5亿kW，风电装机达到2亿kW，光伏装机达到1亿kW左右，地热能利用规模达到5000万t标准煤。与之相对应的是还需进行大容量储能技术的创新研究，并实施储能配套部署，以切实解决电网的弃风、弃水、弃光问题，提高可再生能源利用水平。
第三方面是安全发展核电，以显著降低减排压力。在采用国际最高安全标准、确保安全的前提下，适时启动沿海地区新的核电项目建设，研究论证内陆核电建设。重点推进AP1000、CAP1400、高温气冷堆、快堆及后处理技术攻关。加快国内自主技术工程验证，重点建设大型先进压水堆、高温气冷堆重大专项示范工程。到2020年，核电装机容量达到5800万kW，在建容量达到3000万kW以上。
第四方面开发利用先进的综合节能、节水技术。以节水为例，常规发电需要大量的循环冷却水、工业冷却水和化学补给水，目前火电机组平均发电水耗约为0.58m3/(s/GW)。为了进一步节约用水，加强水的重复利用，首先是深化发展大型空冷技术；其次是利用高效的水质稳定处理药剂、补充水的深度软化处理等技术手段，加大循环冷却水浓缩倍率，以提高水的重复利用率，以有效节约循环冷却水；再次是开展干式除渣技术、辅机空冷技术、活性焦干法烟气脱硫技术、废水/污水多效深度处理技术等的研发，使我国发电机组的水耗大幅度降低。
第五方面提升和完善烟气处理技术。面对经济社会快速发展需求和日趋强化的资源环境约束之间的矛盾，低碳绿色发展和节能减排，增强可持续发展能力，提高生态文明水平，建设资源节约型、环境友好型社会的理念正渐渐成为全社会的共识。因而，火力发电面临的减排压力更大，迫切需要大幅度地提高烟气处理技术水平。“十三五”期间，除尘技术发展趋势仍以高效电除尘方式为主，布袋除尘或电/袋混合除尘快速扩充，陶瓷式等其它高性能阻挡式先进除尘方式不断完善，除PM2.5排放技术的强化等；烟气脱硫技术发展趋势近期仍以石灰石—石膏湿法脱硫法为主，烟气CFB半干法脱硫工艺、旋转喷雾半干法脱硫工艺向600MW容量以上发展，活性焦烟气脱硫工艺将取得一定的市场份额，采用物理法、化学法或微生物法等的洗煤和煤气化等燃烧前脱硫技术也会获得相应发展；烟气脱硝技术仍将以选择性催化还原法（SCR）和选择性非催化还原法（SNCR）为主，但基于浓淡分离、热烟气回流、再燃烧等技术的低NOx燃烧技术也会有着广泛的应用。此外，脱汞、CCS（CO2的捕集处理）等高效烟气处理技术也会相应发展。
第六方面是智能电厂、智能电网的进一步推进。究其因：一方面是随着数字经济和信息时代的到来，电力消费者对于供电可靠性、电能质量以及多元化服务的要求越来越高；另一方面则是电力工业面临减员增效和节能减排的双重压力，因而电力的数字化、信息化、智能化将成为我国电力发展的一个重点。
近年来，我国电力行业新建或扩建的大型电厂，基本上都采用了智能仪器仪表（如带Hart协议的智能变送器、Profibus或FF现场总线仪表等）和计算机监视控制系统（如DCS分散控制系统、FCS现场总线控制系统、PLC可编程序控制器等）。自动化水平可以达到：单元机组和各辅助车间能在就地人员的巡回检查和少量操作的配合下，在集中控制室或辅助车间控制室内实现机组或辅助车间工艺系统的启停、运行工况监视和调整、事故处理等。少部分电厂还设置了机组自启停控制系统（UAS或APS），应用先进过程控制技术（如多变量模型预测控制、神经网络控制NNC等），可以实现带少量人工确认断点的发电机组自动启动和停止控制，发电过程的多目标优化控制等。总体来讲，电厂自动化系统在确保我国电力安全生产、节能降耗、经济环保运行方面发挥了重大作用。
从纵向来看，自改革开放以来我国电力行业的自动化系统发展速度很快，进步不小。当前国内电力行业的自动化发展水平符合国家产业发展规划要求，满足现行国家标准和电力行业标准相关规定。但从横向来看，我国与国外发达国家先进电力自动化水平相比，还有不小差距。例如，国外先进电站自动化水平从高到低可分为四级：第一级为无人值守；第二级为非全天值守，多机组监督；第三级为增强安全，降低操作员可用性要求；第四级为单机组全能值守。国内目前自动化水平基本上只能达到第四级。又以报警优化管理为例，欧洲EEMUA （工程设备及材料用户协会）191标准规定：操作人员可接受报警量为150个/d（即1个/10min），可管理报警量为300个/d（即1个/5min）；美国ISA（国际自动化学会） 18.2标准规定：操作人员可接受平均报警量限值为1个/10min，在大扰动后允许为10个/10min；澳大利亚电力公司规定双机组单操作人员报警量限值为1个/20min/机组。迄今为止，国内电力行业尚未见到满足EEMUA和ISA标准要求的电厂，更不用说达到澳大利亚电力公司的严格指标了。
在市场竞争压力下，减员增效是一个趋势，所以自动化水平亟需进一步提高。 “十三五”期间，在对计算机控制系统优化基础上，辅以视频远程监控和无线远程报警等手段，单循环燃机电厂和普通电厂的大部分辅助车间有条件实现无人值守；燃气-蒸汽联合循环电厂、分步式发电站或能源站、常规电厂较为复杂的辅助车间均可以实现非全天值守；其它电厂则可全部降低对操作员的可用性要求，利用厂级自动化技术，实现多机组的集中少人监控。
