《基于卡琳娜循環(huán)的電站模擬機》可行性報告

1、附件 1-22022 年度上海市重大技術裝備研制專項電廠余熱發(fā)電電站仿真系統(tǒng)研制項 目 計 劃 書上海工業(yè)自動化儀表爭辯院 二一一年五月九日0目錄一、工程的根本狀況1、工程背景與必要性2、國內(nèi)外市場分析3、國內(nèi)外相關技術現(xiàn)狀與進展趨勢二、工程主要開發(fā)內(nèi)容1、總體目標和主要內(nèi)容2、工程依托工程狀況3、主要技術性能指標4、關鍵核心技術5、技術水平和自主學問產(chǎn)權狀況三、工程實施的現(xiàn)有根底1、工程擔當單位及合作單位概況2、已有技術開發(fā)力氣與條件3、已有技術成果4、工程組織機構和人員安排四、工程實施的進度打算 五、工程資金需求及來源六、工程經(jīng)濟和社會效益分析七、其它需要說明的事項八、附件有關證明材料等

2、PAGE 7一、工程的根本狀況1、工程背景與必要性目前，在全球地熱發(fā)電量已達2022多萬千瓦，其中美國的地熱發(fā)電后來居上， 已位居世界第一，菲律賓、意大利位居其次、第三。我國很多地區(qū)也擁有極為豐富的地熱資源，并且我們也建立了很多自己的地熱發(fā)電站，目前我國最大的地熱電站是西藏羊八井地熱電站，裝機容量為1.3萬千瓦。但是，無論是國內(nèi)還是國際上，雖然都在利用地熱資源進展發(fā)電，但是對于地熱資源的利用率都不是很高，有的甚至是直接利用地熱井噴出的過熱蒸汽送入汽輪機驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，大大降低了對地熱資源的使用，此次我方參與的基于卡琳娜循環(huán)的地熱發(fā)電工程，引入了“實現(xiàn)200 以下熱電轉(zhuǎn)換最有效的途徑卡琳娜循環(huán)技

3、術”，該項技術經(jīng)美國能源部長達15年的開發(fā)，已實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。我國是一個進展中國家，地域?qū)掗?，人口眾多，處在高速進展時期，如何節(jié)約能源，優(yōu)化能源構造，保障能源安全，開發(fā)利用能源和可再生能源，是當前我國的戰(zhàn)略性任務，對經(jīng)濟的可持續(xù)性進展關系重大?；鹆Πl(fā)電在我國電力裝機容量中占據(jù)著確定優(yōu)勢。火力發(fā)電廠發(fā)電效率之所以低的根本緣由是被循環(huán)水帶走的熱損失高達505615，且這局部損失的過冷蒸汽釋放的汽化熱，其溫度已遠低于水的沸點，水已失去了作為換熱介質(zhì)的意義， 因此，要利用，就必需選擇一種的換熱介質(zhì)，即在常溫下是液體，稍高于常溫時就能汽化的介質(zhì)，則利用汽機排汽余熱發(fā)電的理論問題就解決了?；贙allina

4、循環(huán)余熱發(fā)電站既滿足這種介質(zhì)的要求。在的進展階段，國家主見大力進展能耗低、效率高、污染少、甚至是無污染的能源工程。因此把Kallina循環(huán)技術應用于火力發(fā)電站的余熱發(fā)電，利用火電廠的這局部余熱進展發(fā)電，那么會大大提高燃煤電廠的發(fā)電效率，具有環(huán)保，節(jié)能減排的重大意義，進展?jié)摿薮?。工業(yè)過程仿真指利用模型復現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)實際系統(tǒng)中發(fā)生的本質(zhì)過程，并通過對系統(tǒng)模型的試驗來爭辯存在的或設計中的系統(tǒng)，又稱工業(yè)過程模擬。廣泛應用于工業(yè)生產(chǎn)的設計、試驗、爭辯、培訓、優(yōu)化等各個領域。電廠的牢靠性可以由改善設計和加強維護來改善, 但它只占提高牢靠性的20%30%, 另外 70%80%依靠于運行人員。因此建立模擬機是

5、對運行人員進展培訓，防止誤操作的重要途徑。電廠余熱發(fā)電電站仿真系統(tǒng)，是基于Kallina循環(huán)技術的卡琳娜動力循環(huán)的模擬仿真系統(tǒng)，為培訓電廠運行人員供給工具和手段，當操作流程更改時，可進展模擬試驗并且簡潔變更呈現(xiàn)系統(tǒng)的原型，可先行模擬運行操作和試驗。因此模擬機的研制具有重要意義。2、國內(nèi)外市場分析此項技術的引進在余熱發(fā)電承受的技術方面是一個質(zhì)的飛躍，對于中國的能源領域是一次很好的嘗試，我部門進展電廠余熱發(fā)電電站仿真系統(tǒng)的研制，對部門的經(jīng)濟效益的增長必定帶來樂觀地影響，同時也可以提高我所在能源領域的知名度，找到的增長點。卡琳娜循環(huán)這一技術，由作為卡琳娜循環(huán)技術的擁有者，全球地熱Global Geo

6、thermal Ltd.下稱GGL及其子公司可再生能源工程有限責任公司Recurrent Engineering LLC下稱RE已將該項技術以排它性技術許可證方式，轉(zhuǎn)讓給上海盛合能源科技，盛合公司對于這一技術進展了買斷，這樣大大有利于產(chǎn)業(yè)化的形成，同時也利于國際市場和國內(nèi)市場的拓展，所以我部門開發(fā)的電廠余熱發(fā)電電站仿真系統(tǒng)，正是為卡琳娜循環(huán)技術在火電廠余熱發(fā)電上的應用做更深入的探討，也有利于我們業(yè)務和市場的拓展，將使我部門在該領域的技術水平和市場方面具有肯定的領先地位。3、國內(nèi)外相關技術現(xiàn)狀與進展趨勢Kalina Cycle 發(fā)電技術是由上海盛合能源科技從美國 Recurrent Engnin

7、eering (簡稱 R E )公司引進的，R E 公司設計的 Kalina Cycle 試驗發(fā)電機組早在 10 多年前已在國外投入運行，國外的幾個先例證明是可行的，但在國內(nèi)尚無試驗成功的先例。此次基于卡琳娜循環(huán)技術的火電廠余熱發(fā)電模擬機的研制勢必對能源的再利用起到重要推動作用，進展?jié)摿薮?。二、工程主要開發(fā)內(nèi)容1、總體目標和主要內(nèi)容依據(jù)盛合能源科技卡琳娜模擬機的功能及要求，以KCS34g系統(tǒng)為原型呈現(xiàn)系統(tǒng)運行和培訓運行人員，并標準KCS34g電站運行操作盤。以下為模擬機的總體目標和主要內(nèi)容。模擬機研制的主要目標，成為培訓電廠運行人員供給工具和手段，使運行人員了解、生疏并標準操作流程。模擬并生

8、疏機組運行狀態(tài)和過程。模擬運行過程中的故障，把握分析、排解故障的方法。可以實現(xiàn)對試驗室實體系統(tǒng)的的實時監(jiān)控，并留有采集試驗室數(shù)據(jù)至模擬機的接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析提煉更準確地數(shù)學模型。對余熱的利用效率進展考核。當操作流程更改時，可在模擬機上進展模擬試驗，并當呈現(xiàn)系統(tǒng)的原型變更時， 可先行模擬運行操作和試驗。模擬機的主要內(nèi)容是，工藝過程、工藝設備通過軟件模擬/仿真實現(xiàn)。把握系統(tǒng)的操作組態(tài)、修改、操作等與實際工況操作相像。設備的操作通過模擬操作屏實物模擬+顯示屏的模擬操作完成。儀表信號通過信號模擬屏實物模擬+顯示屏的模擬實現(xiàn)。2、工程依托工程狀況依據(jù)盛合能源科技卡琳娜模擬機的功能及要求，以KCS34g系

9、統(tǒng)為原型，在盛合試驗基地研制卡琳娜動力循環(huán)發(fā)電模擬機，工程正在前期方案制作中。3、主要技術性能指標培訓運行人員生疏系統(tǒng)，生疏操作界面，生疏正確的操作流程，及生疏系統(tǒng)運行工況。建立完善的系統(tǒng)數(shù)學模型，完善系統(tǒng)參數(shù)(液位、溫度、流量、密度等)與系統(tǒng)運行的變化關系，更真實的反映現(xiàn)場運行工況，可以到達培訓運行人員通過調(diào)整可變量，使系統(tǒng)處于最正確的平穩(wěn)狀態(tài)。自動演示系統(tǒng)運行，模擬機可以實現(xiàn)系統(tǒng)的一鍵啟動，只需一鍵式操作即可自動啟動系統(tǒng)受控設備，穩(wěn)定系統(tǒng)熱平衡，自動調(diào)整系統(tǒng)參數(shù)，以到達最大發(fā)電量。模擬機可以實現(xiàn)系統(tǒng)的一鍵停機，只需一鍵式操作即可自動停頓系統(tǒng)受控設備，使 系統(tǒng)安全停頓發(fā)電。并可以自動演示啟動

10、流程及手動分步啟動流程，使運行人員得 到各方面的培訓。初始狀態(tài)點的選擇，操作員可便利地通過計算機操作設置初始工況，或選擇所需的初始狀態(tài)，并能使仿真機的運行狀態(tài)處于已選擇好的狀態(tài)點。設置系統(tǒng)緊急故障，并可以通過操作員的正常干預，到達穩(wěn)定運行，以培訓運行人員分析和解決系統(tǒng)正常運行過程中系統(tǒng)設備出錯的力量。畫面選擇，操作員能通過鍵盤操作選擇各個工況畫面，畫面可以通過菜單方式索引選擇，對于多頁畫面，應具有向前向后翻頁功能，并以窗口方式完成。軟件修改，軟件工程師可以通過工程師站實現(xiàn)軟件修改。實時/歷史報警，對模擬時產(chǎn)生的特別狀況進展報警，操作員可通過監(jiān)控畫面進展報警查詢。實時/歷史趨勢，可將實時的模擬數(shù)

11、據(jù)和曲線記錄下來，日后可由操作員調(diào)出。外部參數(shù)的修改，由信號模擬屏的操作，轉(zhuǎn)變某些過程變量和狀態(tài)。如改變液位、溫度、流量、密度等，系統(tǒng)可以自動調(diào)整，穩(wěn)定熱平衡。遠程監(jiān)控，可以在互聯(lián)網(wǎng)絡上，通過 IE 掃瞄器遠程監(jiān)控模擬機操作畫面?；赝斯δ埽涸试S教練員停頓培訓練習并準時返回，這樣能使操作員重復同樣的練習很多遍，返回的時間范圍最小 60 秒，最大 24 小時。在此范圍之內(nèi)應允許教練員依據(jù)過程的時間特性任憑選擇返回時間。重演功能：允許教練員在仿真盤臺上以正常、快速、慢速為學員重演過去24 小時以內(nèi)的操作過程。再現(xiàn)與追憶：將運行人員在操作過程中全部有關參數(shù)按時間挨次保存起來， 當教練員需要時，可發(fā)出命

12、令進入再現(xiàn)狀態(tài)，按時間挨次將所保存的前一段時間的全部輸出參數(shù)再次顯示在相應的屏幕上；也可進入追憶狀態(tài)，將所保存的輸入?yún)?shù)按時間挨次重參與模型運算，結果顯示在相應屏幕上。再現(xiàn)或追憶的時間不少于30 分鐘。4、關鍵核心技術關鍵技術是卡琳娜循環(huán)技術，其中系統(tǒng)熱平衡的計算，系統(tǒng)參數(shù)之間的工藝關系并與發(fā)電效率之間的數(shù)學模型是模擬機研制的關鍵技術。節(jié)能減排已成為我國保持國民經(jīng)濟可持續(xù)進展的國策。余熱利用率又是評判節(jié)能技術優(yōu)劣的重要指標。在余熱利用領域中，把熱能轉(zhuǎn)換成電能是實現(xiàn)能級提升的通用途徑和有效手段。 在實現(xiàn)把熱能轉(zhuǎn)換成電能的過程中，傳統(tǒng)的朗肯循環(huán)幾乎是當今唯一的、使用最普遍和典型的循環(huán)方式。在正規(guī)火

13、力發(fā)電中，其循環(huán)效率隨機組的參數(shù)和容量大致在 2543%范圍之中。對大容量超超臨界機組，該效率通?？蛇_4143%；對大容量超臨界機組，該效率約為40%左右；對大容量亞臨界機組，該效率可達 3840%，對小容量低參數(shù)機組，其效率僅為 2030%。而對余熱發(fā)電系統(tǒng)來說，由于熱力參數(shù)低，其熱力循環(huán)效率更低，通常只達 8-12%。換言之，對這類小容量低參數(shù)機組，在發(fā)電過程中超過 8090%的熱能被廢棄?？梢娫谟酂崂妙I域中， 由于余熱發(fā)電機組的參數(shù)低，容量小，在實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換過程中熱能的利用率是很低的?？漳妊h(huán)是在朗肯循環(huán)根底上的一種“改進”，它將“純”的循環(huán)介質(zhì)通常為水變成了氨和水的“混合物”。由于

14、氨-水混合物的物理特性既不同于純水，又不同于純氨。該混合物的物理特性就像是一種全的物質(zhì)。它具有四個根本特點：1、 氨-水混合物的沸點和分散點溫度不固定，而純水是固定的；2、 氨-水混合物的熱物理特性隨氨濃度的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，而純水和純氨的物理特性是固定不變的；3、 氨-水混合物的熱容量不隨混合物溫度的變化而變化，如果沒有能量的變化， 純水和純氨的溫度是不會轉(zhuǎn)變的；4、 純水的冰點溫度為 0，而純氨卻為-78。氨-水混合物溶液的冰點溫度隨氨濃度而變，比水要低很多。工質(zhì)的這種轉(zhuǎn)變，同歷時一個世紀之久常規(guī)的朗肯循環(huán)相比，卡琳娜循環(huán)機組可以向諸如溫度為 149450的低能級熱源供給比前者效率高出 50%的

15、循環(huán)效率； 對諸如直燃式鍋爐和燃氣-蒸汽聯(lián)合循環(huán)電廠中的燃氣輪機廢氣等高溫熱源，循環(huán)效率約可提高 20%；使得余熱利用效率大幅提高。5、技術水平和自主學問產(chǎn)權狀況余熱發(fā)電工程，在國內(nèi)屬于創(chuàng)技術，首次研制火電廠余熱發(fā)電電站模擬機， 在國內(nèi)屬首創(chuàng)，處于領先地位?？傮w水平：行業(yè)首創(chuàng)，國內(nèi)領先水平。三、工程實施的現(xiàn)有根底1、工程擔當單位及合作單位概況余熱發(fā)電模擬機由上海工業(yè)自動化儀表爭辯院工程總部電站部擔當，(概況略) 合作單位上海盛合能源科技是由上海國盛集團和上海盛太投資治理共同投資組建，注冊資本人民幣一億元，公司被上海市科學技 術委員會批準為高科技企業(yè)。公司從事的節(jié)能領域除針對常規(guī)火力發(fā)電行業(yè)外，

16、 還致力于各種能源工程的節(jié)能效勞：它們包括對垃圾發(fā)電、風能、生物質(zhì)能、太 陽能、海洋能、地熱能、潮汐能、小水電及再生能源等工程的工程總包、工程工程 投資、工程詢問、技術和產(chǎn)品開發(fā)、節(jié)能市場詢問、能源與環(huán)保領域的實業(yè)投資、 節(jié)能和環(huán)保技術及產(chǎn)品的開發(fā)和技術效勞、與節(jié)能環(huán)保有關的高技術設備的研發(fā)、技術引進和制造、資本運作和資產(chǎn)經(jīng)營等。公司引進的卡琳娜(Kalina)動力循環(huán)技術有望能使目前在常規(guī)火力發(fā)電和余熱發(fā)電系統(tǒng)中使用的朗肯循環(huán)的循環(huán)效率大幅提 高。該技術正在太陽能光熱發(fā)電、地熱發(fā)電、水泥余熱發(fā)電、浮法玻璃、鋼鐵行業(yè)、火電廠提高循環(huán)效率、焦炭行業(yè)和鐵合金爐的余熱發(fā)電及余熱利用領域全面應用。卡琳

17、娜循環(huán)這一技術，由作為卡琳娜循環(huán)技術的擁有者，全球地熱Global Geothermal Ltd.下稱 GGL及其子公司可再生能源工程有限責任公司Recurrent Engineering LLC 下稱 RE已將該項技術以排它性技術許可證方式，轉(zhuǎn)讓給上海盛合能源科技，2、已有技術開發(fā)力氣與條件工程依托上海盛合能源科技的卡琳娜循環(huán)電站模擬機，設在凌光試驗基地2樓，現(xiàn)建立前提要求已建成。工程專家小組中碩士爭辯生以上學歷有2人以上，高級工程師職稱有2人以上。3、已有技術成果我方針對上海盛合能源科技的 Kallina 動力循環(huán)技術發(fā)電站設計的儀控島 DCS 把握系統(tǒng)，由現(xiàn)場監(jiān)測熱控儀表和把握系統(tǒng)組成，

18、我方儀控島把握系統(tǒng)監(jiān)控便利，能準確地顯示現(xiàn)場實時數(shù)據(jù)，并具有大量的治理功能，實時/歷史報警，實時/歷史曲線，及報表功能，便于數(shù)據(jù)查詢，為系統(tǒng)的進一步優(yōu)化供給依據(jù)。2022 年 3 月 7 日上午，卡琳娜循環(huán)電站發(fā)電機組在中國第一次成功運轉(zhuǎn)，發(fā)電機并網(wǎng)成功，并網(wǎng)運行 24 小時，系統(tǒng)能夠穩(wěn)定連續(xù)運行。2022 年 5 月9 月，在 2022 年世博會的浦西 D 片區(qū)上海企業(yè)聯(lián)合館成功展出。2022 年 9 月拆往臺灣，實施“清水地熱發(fā)電運轉(zhuǎn)測試評估”專案，已于 2022 年12 月成功投運。以上三個技術成果的儀控島把握系統(tǒng)，均是上海工業(yè)自動化儀表爭辯院系統(tǒng)總部電站部為上海盛合能源科技配套完成，并

19、參與了工程調(diào)試投運工作。對模擬機的研制供給重要的數(shù)據(jù)和閱歷積存。4、工程組織機構和人員安排工程負責人：譚志明，高級工程師，上海工業(yè)自動化儀表爭辯院副總工，上海工業(yè)自動化儀表爭辯院系統(tǒng)總部部長。在此工程中主要負責工程的整體規(guī)劃設計，和人員治理。工程成員：劉華煒，高級工程師，在工程中負責軟件總體的設計，數(shù)學模型的建立，軟件開發(fā)與實現(xiàn)，現(xiàn)場調(diào)試投運工作。工程成員：陸鋒，高級工程師，在工程中負責硬件總體的設計，模擬機的搭建， 信號的采集，現(xiàn)場調(diào)試投運工作。工程成員：寧偉偉，碩士爭辯生學位，畢業(yè)于上海海事大學檢測技術與自動化專業(yè)，在工程中負責上位機監(jiān)控軟件的設計，實現(xiàn)模擬機的治理功能，現(xiàn)場調(diào)試投運工作。

20、工程成員：畢曉娟，碩士爭辯生學位，畢業(yè)于東華大學把握理論與把握工程專業(yè)， 在工程中負責系統(tǒng)數(shù)據(jù)的記錄、分析，建立數(shù)學模型，現(xiàn)場調(diào)試投運工作。四、工程實施的進度打算第一階段，通過各方面調(diào)研，完成模擬機方案的制作。其次階段，實現(xiàn)訓練模擬機的要求。第三階段，實現(xiàn)技術開發(fā)關心模擬機的要求。第一階段：完成模擬機方案的制作實施時間：2022.32022.7工作內(nèi)容：整理之前工程資料和調(diào)試閱歷，并進展各方面的調(diào)研，廣泛收集查找資料。驗收標準：方案充實，完整，考慮周全，可實施性強。其次階段：實現(xiàn)訓練模擬機的要求實施時間：2022.92022.2工作內(nèi)容：完成模擬機的硬件搭建，建立系統(tǒng)參數(shù)之間的數(shù)學模型，完成軟

21、件的初步編制驗收標準：(1)訓練模擬機的作用為培訓電廠運行人員供給手段和工具了解、生疏操作流程；模擬并生疏機組運行狀態(tài)和過程；模擬運行過程中的故障，把握分析、排解故障的方法。當操作流程更改時，可進展模擬試驗(2)訓練模擬機的特點工藝過程、工藝設備通過模擬/仿真軟件實現(xiàn)；把握系統(tǒng)的操作組態(tài)、修改、操作等與原操作相像；設備的操作通過模擬操作屏實物/顯示屏模擬操作完成；儀表信號通過信號模擬屏實物實現(xiàn)。(3)訓練模擬機的設備組成培訓師操作站計算機；受訓人員操作站計算機；大屏幕液晶顯示器；PLC 把握系統(tǒng)或基于 PC 的 IO 擴展箱；信號模擬屏/信號發(fā)生器/調(diào)整手操器/開關等；設備模擬操作屏/模擬操作

22、器等；(4)訓練模擬機的軟件構成：系統(tǒng)平臺軟件；組態(tài)軟件；把握軟件；模擬/仿真軟件。(5)訓練模擬機運行說明通過模擬/仿真軟件的編程，生成工藝系統(tǒng)的構造模塊；通過組態(tài)軟件，生成系統(tǒng)運行圖；大屏幕顯示器顯示系統(tǒng)運行圖；通過計算機操作設置初始工況；通過設備模擬操作屏和操作站計算機的操作開頭過程運行；由信號模擬屏的操作，轉(zhuǎn)變某些過程變量和狀態(tài)；模擬機在運行狀況下，由系統(tǒng)運行圖模擬顯示整個工藝設備和流程的運行狀況。第三階段實現(xiàn)技術開發(fā)關心模擬機實施時間：2022.32022.12工作內(nèi)容：完善模擬機系統(tǒng)參數(shù)之間的數(shù)學模型，實現(xiàn)模擬機高級功能，可以優(yōu)化火電廠余熱發(fā)電系統(tǒng)技術參數(shù)，提高發(fā)電效率。驗收標準：建立完善的系統(tǒng)數(shù)學模型，完善系統(tǒng)參數(shù)(液位、溫度、流量、密度等)與系統(tǒng)運行的變化關系，更真實的反映現(xiàn)場運行工況，可以到達培訓運行人員通過調(diào)整可變量， 使系統(tǒng)處于最正確的平穩(wěn)狀態(tài)。自動演示系統(tǒng)運行，模擬機可以實現(xiàn)系統(tǒng)的一