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摘要:近年来,我国对能源的需求不断增加,智慧能源管控工作也越来越受到重视。一方面要提升储能技术规划与开发能力,降低储能应用成本,同时还需要基于储能技术、负荷控制技术,综合考虑电力市场交易需要,建设“源网荷储”一体化的智慧能源管理体系。本文就DCS控制系统在智慧能源系统中的应用进行研究,以供参考。
关键词:综合智慧能源;清洁能源;外部环境分析
引言
基于DCS的智慧能源系统架构主要为:对能源岛前端智能感知设备的监控、LCU控制、中控系统、云平台控制系统。实现能源系统分散操作、集中控制,提高能源系统整体运行效率。
1DCS控制系统的基本组成
DCS控制系统是分布式控制系统(Distributed Control System)的英文缩写,在国内自控行业又称之为集散控制系统。它是一种以计算机为基础,以分散控制、集中操作、分级管理、配置灵活和组态方便为特点的新型计算机控制系统,综合了计算机,通信、显示和控制等4C技术。集散控制系统在发展的过程中,促进了我国工业自动化控制系统的发展,但也存在一些挑战。当前,我国经济不断提高,有效促进了网络技术和通信技术的发展,正是这些技术的进步和发展,促进集散控制系统的进步,该系统不断对PLC、工业PC、NC和相关调节器进行集成,有效满足工业自动化系统对现代性、创新性和系统性的发展需求,促进计算机控制技术和自动化控制系统的发展,随着计算机控制系统和自动化控制系统的不断完善,使这些系统逐渐达成现代化发展目标。
2DCS控制系统在智慧能源管控系统中的应用
2.1实现能源岛内设备自动化运行及运行数据自动记录
具有实时监测全岛能源设备运行参数(如温度、流量、压力等)、水质指标、电量参数,并对其进行采集、处理、储存、显示和打印。实时监测岛内主要设备的运行状态(如冷水机组、热泵/锅炉、水泵、冷却塔、风机、阀门等),并对其信号进行采集显示。对能源岛内重要能源设备(如冷水机、热泵/锅炉、水泵、冷却塔、阀门等)的启动次数和时间进行统计并生成报表,使用户能够科学合理安排生产设备检修时间。
2.2建筑围护材料
在营造建筑热舒适性的过程中,通常根据建筑所处环境和使用要求,确定合理的建筑热惯性。热惯性往往受建筑维护结构中使用的材料和结构类型影响。当采用高热惯性材料时,可以使建筑在升温时保持室内较长时间凉爽,平抑昼夜温差,有利于保持室内温度稳定。目前大多既有建筑围护结构依然存在储热容量小、热惯性小、室内温度波动大等问题。因此,有必要通过材料革新提高建筑围护的储热能力。传统利用砖等材料显热储能,但由于砖的比热容相对较低,其储能温度高,这导致对墙体围护结构的隔热要求高。为了改善储能工况,有研究将相变材料引入墙体储能中。与传统材料相比,相变储能具有潜热大、温度稳定等特点。建筑中使用的储能材料的方式,可分为被动式储能和主动式储能。被动式储能是将相变材料代替部分墙体材料,热空气不先和相变材料换热,相变材料和墙体一起起到隔热作用,不人为控制热空气和墙体相变材料的换热方式。主动式储能,热空气先与在墙体中的相变材料换热,再进入室内。墙体蓄热快,墙体可以和空调系统结合,实现主动蓄能。相变材料主要分为无机相变材料和有机相变材料。无机水合盐作为典型的相变储能材料,具有价廉易得、化学性能稳定等优点。但在实际生产应用中,其由于自身相变温度高、过冷度大、相分离严重、导热性差等缺陷制约了材料的应用。在有机类相变材料中,石蜡由于物理和化学性质稳定、熔点范围广、已工业化生产,同时具有蓄热密度大、无过冷现象、来源广泛等优点,成为近年来相变储热材料的研究热点。
2.3综合能源规划
综合能源规划是考虑综合能源全生命周期下热力、天然气、储能系统的运行情况,考虑到经济性和环保性,通过数学模型提出冷、热、储的优化组合方案,包括能源生产技术、储能技术、能源传输技术。能源生产技术主要包括太阳能光伏发电(包括光热发电)、小型风电、热泵+地热能、燃气轮机多联供、电锅炉供热、余热余压利用等相关技术;储能技术包括飞轮储能等机械储能,锂离子电池、液流电池、铅酸电池等电化学储能和电磁储能;能源传输技术则包括配电网、供热(冷)网、天然气网、水网及综合管廊等。
2.4采制化三级编码系统
采制化采取三级条形码编码管理。一级编码为送样编码,用于将原煤样桶送达制样室;二级编码为制样编码,用于制样室;三级编码为化验编码,用于化验室。在采样、制样、化验、入炉和监察环节的编码,采用条形码的方式,并对条码进行加密,防止工作人员泄漏编码信息。系统接样人员只能看到加密后的条形码,防止人为的干预。燃料智能管控系统与ERP、燃料信息系统、汽车衡、轨道衡系统进行数据对接,采样、制样、样品编码对应关系数据,由燃料ERP系统生成统一编码,燃料智能管控系统直接调用编码,燃料智能管控系统将采样、制样信息写入中间表,由燃料信息系统/ERP读取。
2.5自动控制模式
自动控制模式也称为智能控制模式,主要是指操作人员通过时间表设定功能,可由管理员设定全年365天的运行参数(温差、频率、压差、供水温度等);根据负荷预测结果,自动计算需投入的主机类型及数量;可智能调节冷冻水泵/冷却水泵/热水泵频率;智能调配供水温度设定;在无网络状况下继续自动控制,不会因网络原因影响设备运行。例如夏季建筑供冷和冬季建筑供热模式下,通过预设能源设备运行参数,全自动一键启停控制冷却水机组、热泵机组、冷冻水机组和现场阀门水泵等设备。根据操作人员是否在受控系统或过程的现场来看,全自动控制通过中央控制室DCS工程师站(ES)或操作员站(OS)上实现。
2.6氢储能
氢储能具有跨季节、跨区域和大规模存储的优势。氢储能可以实现园区微网中分布式新能源的就地消纳,并且提供比电化学能源更长的储存时间。氢能的储存方法大致分为物理储氢和化学储氢,物理储氢有高压气态储存、低温液态储存、地质储氢等,化学储氢技术有固态储存、有机液态储氢、液氨储氢等。制氢技术有化石能源制氢、工业副产制氢、可再生能源制氢。可再生能源制氢是清洁能源的重要技术路线,在可再生能源制氢中,电解水制氢则是基础。电解水制氢技术分为碱性电解水制氢、质子交换膜电解制氢和固体氧化物电解制氢等技术,碱性电解水技术最为成熟,但效率较低;固体聚合物/质子交换膜电解技术效率较高,装置结构紧凑,但成本较高;而固体氧化物电解技术的工作温度在800~1000℃,实验室条件下转化效率接近100%,但目前尚处于研究阶段。在建筑楼宇中,氢储能可以基于可再生能源制氢和氢燃料电池等技术,作为储能的重要补充手段。
结语
通过DCS控制系统的应用,实现“集中管理、分散控制、数据共享”的分层、分布式的拓扑结构,符合当前工业自动化控制系统发展潮流,能够实现能源岛内工艺参数及设备集中监测和生产过程的自动控制。该DCS集散控制系统具有操作的先进性和管理的智能化,同时集中应用了通信、大数据等先进技术,在保证能源设备正常运转的前提下,获得良好的技术、经济及社会效益,并能保证系统长期稳定高效地运行。
参考文献
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