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有專家預(yù)計(jì)，“十二五”期間火電在新增裝機(jī)中仍占主導(dǎo)地位，到2015年全國(guó)煤電裝機(jī)將達(dá)到9.2億千瓦，占總裝機(jī)容量64%以上，2020年將達(dá)到10.3億千瓦左右，占總裝機(jī)容量57%~61%。所以，即便是在國(guó)家大力提倡新能源發(fā)電的今天，受既有能源結(jié)構(gòu)的影響，火電依然是我國(guó)重要的發(fā)電來源。

DCS在我國(guó)火電行業(yè)中的應(yīng)用雖然不是最早，卻是規(guī)模最大、數(shù)量最多的，說火電是DCS的應(yīng)用“大戶”并不為過。原電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院教授級(jí)高工侯子良在發(fā)表的《21世紀(jì)第二個(gè)十年火電廠自動(dòng)化》一文中，將20世紀(jì)90年代定義為火電行業(yè)發(fā)展DCS標(biāo)志的十年。DCS應(yīng)用在這個(gè)階段實(shí)現(xiàn)了從試點(diǎn)、推廣到成熟的過程，通過對(duì)世界先進(jìn)DCS技術(shù)的引進(jìn)與吸收，我國(guó)火電行業(yè)的DCS國(guó)產(chǎn)化工作取得了突破性的進(jìn)展，同時(shí)，我國(guó)火電廠自動(dòng)化技術(shù)水平也逐步達(dá)到和接近世界先進(jìn)水平。

我國(guó)電廠自動(dòng)化裝備和技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平

更值得一提的是，不同于其它行業(yè)，我國(guó)火電行業(yè)控制系統(tǒng)在近些年中取得了很大的進(jìn)步，國(guó)產(chǎn)化水平不斷提升。侯子良表示：“毫不夸張的說，我國(guó)電廠自動(dòng)化裝備和技術(shù)總體上已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。”

事實(shí)的確如此。

首先，以超臨界、超超臨界機(jī)組為代表的控制技術(shù)已經(jīng)達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。到目前為止，我國(guó)已投產(chǎn)1000MW超超臨界機(jī)組46臺(tái)，是世界上裝設(shè)最多的國(guó)家。

第二，我國(guó)自主研發(fā)和生產(chǎn)的DCS已經(jīng)成功應(yīng)用于600MW、1000MW超超臨界機(jī)組，進(jìn)入電力市場(chǎng)高端領(lǐng)域。從整體技術(shù)水平看，根據(jù)中國(guó)電力顧問集團(tuán)公司對(duì)全國(guó)300MW及以上637臺(tái)火電機(jī)組DCS調(diào)研，以北京國(guó)電智深控制技術(shù)公司和北京和利時(shí)自動(dòng)化公司為代表的主流國(guó)產(chǎn)DCS，無論從故障率，還是設(shè)備損壞率方面看，均處于在華多家跨國(guó)公司DCS的中上游水平。

第三，電廠信息化有了很快的發(fā)展，形成我國(guó)電廠獨(dú)特而完整的MIS、SIS(SupervisoryInformationSystem)、DCS以及輔控網(wǎng)絡(luò)，在這方面，取得了諸多創(chuàng)新。

但是，我們也不能忽視，即便我國(guó)國(guó)產(chǎn)化控制系統(tǒng)近年來取得了較大發(fā)展，但仍與世界處于領(lǐng)先水平的少數(shù)品牌存在一些差距。

從控制技術(shù)上看，反映火電機(jī)組總體水平的機(jī)組自啟停系統(tǒng)(AUS，國(guó)外也稱APS)技術(shù)，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)電廠達(dá)到，這方面與處于世界領(lǐng)先地位的日本和德國(guó)仍有不少差距，燃燒和熱力系統(tǒng)優(yōu)化控制等高級(jí)應(yīng)用軟件工程化也有不少差距。

從自動(dòng)化裝備上看，現(xiàn)場(chǎng)總線和安全系統(tǒng)方面工程化應(yīng)用剛剛起步，DCS的可靠性與處于世界領(lǐng)先水平的少數(shù)DCS廠家比也有一定差距。此外，優(yōu)化控制系統(tǒng)必不可少的特殊基礎(chǔ)測(cè)控設(shè)備(例如煤質(zhì)在線分析，爐膛溫度測(cè)量等)與國(guó)外比差距更大。

侯子良認(rèn)為，目前這種差距主要集中在技術(shù)密集型的前沿高端技術(shù)領(lǐng)域。如果想要縮短差距，就必須具備超前意識(shí)，轉(zhuǎn)變思路，國(guó)家和行業(yè)機(jī)構(gòu)要迅速制定具有先瞻性的目標(biāo)和規(guī)劃，集中組織和支持攻關(guān)、試點(diǎn)及工程推廣應(yīng)用，要加大對(duì)企業(yè)的支持力度，在市場(chǎng)上營(yíng)造一個(gè)充分認(rèn)可高技術(shù)價(jià)值的氛圍和水平等。

節(jié)能減排是火電廠賴以生存的關(guān)鍵

目前國(guó)家正處在重新考慮能源發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵時(shí)期。圍繞實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化，要求調(diào)整我國(guó)能源發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)，提高能源利用效率，進(jìn)一步明確和貫徹節(jié)能優(yōu)先的長(zhǎng)期能源戰(zhàn)略。

電能是國(guó)民經(jīng)濟(jì)各生產(chǎn)部門的主要?jiǎng)恿?，電力生產(chǎn)消耗的能源在我國(guó)能源總消耗中占的比重很大，因此提高電能生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)性具有十分重要的意義。

事實(shí)上，隨著風(fēng)能、太陽(yáng)能等多種綠色能源的迅速發(fā)展，火電雖是依然處在“老大”的位置，但顯然已不如從前那般“威風(fēng)”。如何緊跟形勢(shì)，實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電的節(jié)能減排，早已不是火電錦上添花的作為，“節(jié)能減排已經(jīng)成為火電廠賴以生存的關(guān)鍵，”侯子良說道。據(jù)某電廠600MW機(jī)組實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)評(píng)估顯示，僅運(yùn)行優(yōu)化的節(jié)能減排潛力就高達(dá)2%~4%，即6~12g/kWh。因此，火電的節(jié)能減排勢(shì)在必行。“這也使得發(fā)展優(yōu)化控制系統(tǒng)成為當(dāng)前的一項(xiàng)迫切任務(wù)。”

下一個(gè)十年的發(fā)展方向

21世紀(jì)第一個(gè)十年是以發(fā)展SIS為中心實(shí)現(xiàn)全場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)化的十年，那么，接下來的第二個(gè)十年，我國(guó)火電廠又將朝向什么目標(biāo)發(fā)展呢？侯子良給出了自己的答案：“以發(fā)展AUS(APS)為綱，完善和優(yōu)化自動(dòng)化系統(tǒng)；大力提高電廠智能化程度，建設(shè)智能化電廠；提高憂患意識(shí)，完善和發(fā)展相關(guān)安全技術(shù)。”他還補(bǔ)充，技術(shù)服務(wù)將逐步發(fā)展成為一個(gè)主要產(chǎn)業(yè)。自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展將促使社會(huì)分工的精細(xì)化，會(huì)有一批知識(shí)密集型公司滲透到優(yōu)化控制、智能監(jiān)控等高端軟件和工程技術(shù)服務(wù)領(lǐng)域中，逐步形成一個(gè)產(chǎn)業(yè)群，DCS廠家包攬硬件、軟件和工程技術(shù)服務(wù)的時(shí)代將成過去。一些復(fù)雜的高技術(shù)監(jiān)控儀表的調(diào)整、維修、更新等將社會(huì)化，用戶將委托供應(yīng)商專家服務(wù)。

綜上所述，我們看到，無論是我國(guó)電力體制改革的深入使得電廠走向市場(chǎng)的嚴(yán)峻趨勢(shì)，還是各種新能源發(fā)電為傳統(tǒng)火電廠帶來的“沖擊”，使得火電廠的低成本運(yùn)營(yíng)和精細(xì)化管理的要求越來越迫切，常規(guī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日益增長(zhǎng)的管理和技術(shù)要求?？刂葡到y(tǒng)供應(yīng)商的任務(wù)不再僅僅是打造一個(gè)技術(shù)先進(jìn)或造價(jià)低廉的電廠，而應(yīng)當(dāng)是成就一個(gè)面向市場(chǎng)、具有競(jìng)爭(zhēng)力的電廠。

呂冬寶：核電，控制系統(tǒng)為安全運(yùn)行提供多層次縱深防御

研究員級(jí)高級(jí)工程師，畢業(yè)于西安交通大學(xué)反應(yīng)堆控制專業(yè)，現(xiàn)任中國(guó)核電工程有限公司副總工程師，主要研究方向?yàn)閮x表控制。長(zhǎng)期從事核電廠儀表和控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，熟悉數(shù)字化安全系統(tǒng)及一般通用控制系統(tǒng)。

自2011年3月11日日本福島核電站發(fā)生重大泄漏事故之后，核安全問題便成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)，許多國(guó)家甚至出現(xiàn)了“談核色變”的現(xiàn)象。也因?yàn)榇耍S著國(guó)務(wù)院核電“國(guó)四條”的出臺(tái)，我國(guó)一度發(fā)展勢(shì)如破竹的核電項(xiàng)目暫停了審批，開始全面安全檢查，加強(qiáng)核電運(yùn)行和建設(shè)管理。

在這一年多的時(shí)間里，關(guān)于核電在中國(guó)未來前景的討論從未間斷過，但有專家分析，調(diào)整放緩應(yīng)該是暫時(shí)的，我國(guó)發(fā)展核電基本方針沒有改變。核電在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)調(diào)整、應(yīng)對(duì)氣候變化、保障能源安全方面具有不可替代的作用，是我國(guó)新能源戰(zhàn)略不可或缺的、重要的組成部分。因此，對(duì)我國(guó)核電“十二五”后幾年以及中長(zhǎng)期的發(fā)展前景應(yīng)該是樂觀的。

事實(shí)也證明確實(shí)如此。

隨著《國(guó)家民用核設(shè)施綜合安全檢查報(bào)告》和《國(guó)家核安全與放射性污染防治中長(zhǎng)期規(guī)劃》兩份文件向社會(huì)公開征求意見，中國(guó)核電工程有限公司副總工程師呂冬寶認(rèn)為，恢復(fù)核電新項(xiàng)目審批已不存在原則性障礙。

核電技術(shù)不斷提升

中國(guó)自1985年開工建設(shè)第一座核電站──秦山一期核電站至今，核電事業(yè)已經(jīng)歷了近30年的發(fā)展，這其中，從一代到二代，再到第三代，核電技術(shù)在不斷升級(jí)中。與此同時(shí)，發(fā)展中的核電技術(shù)也對(duì)控制系統(tǒng)提出了越來越高的要求。
 

呂冬寶表示，在控制系統(tǒng)方面，現(xiàn)在核電站對(duì)設(shè)備的鑒定要求更加嚴(yán)格，強(qiáng)調(diào)電磁兼容要求和嚴(yán)重事故工況后的設(shè)備可用性；強(qiáng)調(diào)在嚴(yán)重事故工況下儀控系統(tǒng)的監(jiān)控能力和措施；強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)過程中的第三方評(píng)定和可靠性分析的工作；信息安全問題日益得到重視。同時(shí)，如現(xiàn)場(chǎng)總線，遠(yuǎn)程I/O等新技術(shù)在核電廠開始得到比較廣泛的應(yīng)用。

他進(jìn)一步補(bǔ)充：“這些要求并不是第三代核電技術(shù)本身特有的要求，而是隨著工控領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展而帶來的必然結(jié)果，比如：數(shù)字化儀控系統(tǒng)的應(yīng)用、現(xiàn)場(chǎng)總線和遠(yuǎn)程I/O的應(yīng)用、工控領(lǐng)域信息安全等。即便是二代改進(jìn)型核電站目前也已經(jīng)應(yīng)用了這些技術(shù)。”

核電控制系統(tǒng)的國(guó)產(chǎn)化

可靠、先進(jìn)的DCS設(shè)備本身是儀控系統(tǒng)數(shù)字化的基礎(chǔ)，也是數(shù)字化儀控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化的基礎(chǔ)。核電用DCS設(shè)備分為兩類，一類是通用DCS設(shè)備，從設(shè)備可靠性角度來講，其要求是滿足一般的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與電力、石化等行業(yè)采用的DCS設(shè)備要求基本一致。呂冬寶表示，目前階段，非安全級(jí)DCS已經(jīng)能夠完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，如和利時(shí)公司的HOLLYIAS，北京中核東方控制系統(tǒng)工程有限公司的NICSYS，都具備了在核電廠非安全級(jí)控制系統(tǒng)上的應(yīng)用能力。

另一類是核電專用的DCS產(chǎn)品，這也是我們通常所說的核級(jí)DCS(安全系統(tǒng)平臺(tái))，核級(jí)DCS產(chǎn)品其軟硬件本身的制造開發(fā)過程不僅必須滿足一般的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，還要滿足核安全相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)。據(jù)呂冬寶介紹，相對(duì)非安全級(jí)DCS而言，安全級(jí)DCS技術(shù)門檻高，研發(fā)成本高。但可喜的是，目前國(guó)內(nèi)幾家主要的核電DCS生產(chǎn)集成商都在積極開展這方面的研發(fā)工作，北京廣利核工程有限公司的保護(hù)系統(tǒng)平臺(tái)研制已經(jīng)取得了階段性的成果。北京中核東方控制系統(tǒng)工程有限公司和國(guó)核自儀系統(tǒng)工程有限公司的自主研發(fā)工作也正在深入開展。

控制系統(tǒng)為電廠的安全運(yùn)行提供多層次的縱深防御

我國(guó)核電站采取縱深防御策略，正常運(yùn)行的時(shí)候有一套控制系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)事故，反應(yīng)堆會(huì)停止運(yùn)行，然后有其它安全系統(tǒng)來進(jìn)行保護(hù)。第一道防線假如失利了還有第二道、第三道防線保護(hù)它的安全。呂冬寶認(rèn)為，控制系統(tǒng)為電廠的安全運(yùn)行提供多層次的縱深防御，能夠在核電站正常運(yùn)行、預(yù)期運(yùn)行事件、事故以及事故后工況下對(duì)工藝過程進(jìn)行監(jiān)督控制，保證核安全和輻射安全、電力的可靠生產(chǎn)以及生產(chǎn)過程的經(jīng)濟(jì)性。在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故和嚴(yán)重事故工況下能夠?yàn)閲?yán)重事故緩解提供必要的監(jiān)控功能。

儀控系統(tǒng)采用一體化的計(jì)算機(jī)控制，其控制和監(jiān)測(cè)功能覆蓋了核電廠的所有過程系統(tǒng)，執(zhí)行相應(yīng)的監(jiān)督功能和控制保護(hù)功能。

其中，信息監(jiān)督功能包括：運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和診斷、機(jī)組安全相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)、對(duì)機(jī)組停堆、事故和事故后的監(jiān)測(cè)、對(duì)運(yùn)行操作人員的支持。控制保護(hù)功能包括：正常運(yùn)行時(shí)主要進(jìn)行工藝過程的控制，保證電廠運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性；維持運(yùn)行參數(shù)在設(shè)計(jì)規(guī)定的范圍內(nèi)；異常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行過程控制和限制，使運(yùn)行參數(shù)返回到正常值；并適時(shí)觸發(fā)必要的保護(hù)限制動(dòng)作，保護(hù)安全屏障，維持和限制運(yùn)行參數(shù)在設(shè)計(jì)邊界范圍內(nèi)；在設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(DBA)工況下進(jìn)行停堆、停機(jī)；啟動(dòng)必要的專設(shè)安全設(shè)施，保護(hù)安全屏障，維持和限制運(yùn)行參數(shù)在最大設(shè)計(jì)邊界范圍內(nèi)；在超設(shè)計(jì)基準(zhǔn)事故(BDBA)和嚴(yán)重事故工況下，進(jìn)行必要監(jiān)督、啟動(dòng)和控制緩解措施，保障安全殼系統(tǒng)的完整性，防止和減緩放射性釋放。

呂冬寶補(bǔ)充道，保護(hù)系統(tǒng)是保證電廠安全的重要安全系統(tǒng)，保護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了多重冗余，防止共因故障，多樣性，故障安全等設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，設(shè)備經(jīng)過嚴(yán)格的質(zhì)量鑒定，軟件設(shè)計(jì)經(jīng)過完整的獨(dú)立V&V，并在電廠運(yùn)行階段能夠進(jìn)行定期試驗(yàn)，保證了系統(tǒng)的高可靠性。

盡管經(jīng)歷了1年多的調(diào)整期，新項(xiàng)目暫時(shí)受到延緩，但無論從在建核電機(jī)組規(guī)模和核電發(fā)電能力增長(zhǎng)趨勢(shì)來看，還是從保障能力提升和科技研發(fā)投入方面看，我國(guó)核電仍然保持了較為強(qiáng)勁的發(fā)展態(tài)勢(shì)。在建工程按計(jì)劃向前推進(jìn)，不久的將來，隨著在建機(jī)組陸續(xù)建成投產(chǎn)，我國(guó)運(yùn)行核電機(jī)組將達(dá)到41臺(tái)。《核安全規(guī)劃》里明確提出，“十二五”期間，核電重點(diǎn)項(xiàng)目投資需求約798億元。中國(guó)的核電事業(yè)在經(jīng)歷了近一年的“冬眠”，或?qū)⒂瓉戆蝗淮阂狻?/p>