未来智能发电厂愿景

摘要：发电厂是电力生产中的重要环节，随着智能电网的建设的启动，智能发电厂的建设势在必行。文章对未来智能发电厂进行了大胆设备，设想了未来智能发电厂的主要特征，提出了未来智能发电厂可能遇到的关键技术，设想了未来智能发电厂发展可能面临的障碍，对未来智能发电厂的前景进行了美好设想。

关键词：智能发电厂；主要特征；关键技术；发展障碍

中图分类号：TM6文献标识码： A

引言

进入二十一世纪以来，化石燃料发电所带来的环境问题和气候变化日益引起国际国内的关注，化石燃料的日益减少促使人们考虑国家能源安全问题，而人们对电能可靠性、供电质量、用电量的要求却在不断增长。随着电力市场的不断发展，市场竞争鼓励发电厂增效节能，发展创新新技术。我国在2009特高压输电技术国际会议上的宣言，标志着智能电网已经开始进入实质性的全面启动阶段，智能电网已成为21世纪电力系统的发展趋势。发电厂是电力生产重要环节，传统的发电厂势必不能适应智能电网的发展需要。在未来智能电网中建设智能电厂，实现智能电网中发电环节的安全可靠、经济高效、清洁环保，实在是势在必行。

一、 未来智能电厂的主要特征

1.1运行更安全，更可靠

未来智能发电厂无论何时都可快速响应电网的需求，为电网提供合格的电能。在承受物理或网络的攻击时并不用付出太大的代价，受到的损坏更小，且能很快从损害中恢复。在受到损害时，未来智能电厂的设备具有“治愈”自己的功能，无需或仅需少量人为干预，就可以实现故障设备或故障元器件的隔离。设备自我检测、自我诊断、自我修复的能力很强，采用了智能传感与控制设备及高级控制方法，设备具有先进的预警功能，通过连续不断的评估从而分析和发现问题，有问题时采取正确的措施来消除它，需要时还可以快速修复某些故障部件，使其快速恢复到正常工作状态。许多对人来说太快或太大的问题，都可以妥善应对。

1.2更加经济高效，运行成本更低

未来智能电厂采用了新的发电技术和管理技术，比如先进储能手段的采用，可以极大提高设备运行效率，降低损耗。规划人员和电厂工程师有足够的知识指导电厂在最经济状态下运行，延长资产的使用寿命，实现状态检修，对工作队伍进行更有效的管理，减少电厂运行、检修、管理和资本费用，极大地提高资产利用、运行、检修、管理的效率。这样，随着运行、检修与资产费用减少，发电成本也将不断降低。

1.3环境更友好

未来智能电厂通过效率提升可以节省能源，提高能源使用效率，另外采用可再生能源并网发电，大幅减少化石能源（煤、石油等）的使用量，减少温室气体排放量，加强对排放物的治理，进行相应的技术革新和改造，减少对环境的负面影响。

未来智能电厂的关键技术设想

2.1 清洁煤发电技术

火力发电（尤指煤炭燃烧发电）一直是世界上最重要的电力来源，我国煤炭资源丰富，能源结构以煤为主，一次能源消费中煤炭占70%左右，发电结构中燃煤发电量占80%左右，均比世界平均水平高出40个百分点左右，即使在大力发展可再生能源的背景下，在我国发电量构成中，火电仍将占到７０％－７５％。由此带来的环境问题不容忽视。

在这种情况下，为了达到智能电网节能减排的目标，必须大力发展清洁煤发电技术，尽量降低煤炭燃烧造成污染、减少温室气体排放，将火力发电的不利因素降至最低。下面介绍两类有大规模应用潜力的清洁煤发电技术：整体煤气化联合循环机组（ＩＧＣＣ）和增压流化订燃烧联合循环机组（ＰＦＢＣ－ＣＣ）。

增压流化床是在较高压力下进行燃烧的一种燃煤发电技术，它具有热效率高、污染排放低、能组成蒸汽燃气联合循环等特点。增压流化床的燃烧效率可达９９％，联合循环发电效率可达４０％～４２％。ＳＯX、ＮＯX和粉尘的排放量低，同时增压流化床非常适合老旧电厂设备改造时应用。

2.2可再生能源发电

开发利用清洁能源是世界能源发展的新趋势。清洁能源发展将带来一场能源革命。有发展潜力的可再生能源主要包括水能、风能、太阳能、生物质能、地热能等。国家将可再生能源的开发列为能源发展的优先领域，并将可再生能源开发的科学技术研究和产业化发展纳入国家科技发展和高技术产业发展规划。其它新能源发电技术还有如：潮汐能发电，燃料电池发电技术等。

2.3先进的电力电子技术

先进的电力电子技术可使发电机和电动机变频运行，提高电力系统的整体效率，提高电能质量，也可提高高压输电线路的输送能力。大部分新能源发电技术所发出的电能在频率和电压水平上均不能满足现有互联电网的要求，不能采用直接接入电网的方式，需要电力电子设备才能接入电网。对于一些发电形式为直流电的新能源发电方式如燃料电池、太阳能以及一些储能装置如超级电容器、钠硫电池等，由于其发电方式为直流电，因此通常需要经过逆变器接入交流电网。

2.4储能技术

储能技术是指将电能通过某种装置转换成其他便于存储的能量并高效存储起来，在需要时，可以将所储存的能量方便地转换成所需形式电量的一种技术。它包括两方面的内容，一是高效大容量存储能量的方法，二是快速高效的能量转换技术。在新能源发电技术快速发展的大背景下，如果能在风力发电、太阳能光伏发电或者太阳能热发电等新能源发电设备中都配备储能装置，第一可以解决新能源发电自身出力不可控的问题，通过储能元件对机组的出力曲线进行调整，减少出力变化对电网的冲击，第二也可在电力充沛时，储存电能，在负荷高峰期释放电能，可以有效地削峰填谷，减少系统备用需求，减少由火电厂调峰时反复时高时低响应调整带来的效率低下和产生更多污染。目前主要的电能储存形式有机械储能、电磁储能、电化学储能、相变储能等。

2.5人工智能得到广泛应用

未来智能发电厂中的智能设备或许能够理解人类语言，或者用人类语言同操作者对话，它具有“学习”能力，它能“意识”到自己及系统内部实际情况的详尽模式,它能分析出现的情况，能针对外界条件的变化适时调整自身，在一定范围内自行修改程序。总结经验来获得修改程序的原则，不依赖任何外部控制，完全自主地执行一定的任务。它们能根据环境的变化，调节自身的参数及处理紧急情况。

2.6先进的二次侧技术

先进的传感技术如光学传感器取代了传统的以电磁原理为基础的电磁式互感器。一种新的量测监控系统——广域测量系统逐步形成，因为数据精度高、采样速度快、技术先进将取代传统的SCADA远动功能。先进量测体系适用于远程监控、分时电价、需求侧管理及大量数据的处理和通信功能。统一的数据共享平台和自适应通信平台整合各类数据来源，形成统一的数据共享，支持多任务的合作协同、信息资源的实时在线互操作、动态处理。

三、未来智能发电厂的发展障碍

3.1新技术面临着投资大、技术不成熟、性能不稳定的问题

许多新技术受价格、技术和性能等的制约，目前尚不能全面应用。例如，太阳能发电的成本在过去25年已下降了10倍，但目前成本仍是入网电价的3~5倍。储能设备受价格、技术和性能的制约。电力电子器件的发展还需在理论及工艺上有所突破，有待提高现有器件的容量和性能，开发新的集成化、智能化、基于新材料的电力电子器件。影响光学互感器大规模应用的主要问题，一是测量精度受环境温度的影响；二是长期运行的可靠性问题。

3.2新能源接入对电网带来不利影响

新能源发电技术大多受气候和天气影响较大，出力难于控制，会对电力系统造成不利影响。如果电力系统不能保证发电及负荷之间的平衡，轻则电能质量恶化，系统频率和电压不稳，重则引发停电事故，影响电力系统的安全稳定问题。目前的电网调度和控制技术尚不能满足可再生能源大规模并网发电。

结束语

智能电厂具有更安全可靠、经济高效和环境友好的特点，它是一个多美好的愿景。在智能电网中建设智能发电厂，相信是每一位电力工作者都喜闻乐见的。在政府和世界各国研究机构的积极参与下，在每一位电力工作者的努力下，相信在不久的将来，智能发电厂的美好梦想一定会变成现实。