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有專家預計，“十二五”期間火電在新增裝機中仍占主導地位，到2015年全國煤電裝機將達到9.2億千瓦，占總裝機容量64%以上，2020年將達到10.3億千瓦左右，占總裝機容量57%~61%。所以，即便是在國家大力提倡新能源發(fā)電的今天，受既有能源結構的影響，火電依然是我國重要的發(fā)電來源。

DCS在我國火電行業(yè)中的應用雖然不是最早，卻是規(guī)模最大、數(shù)量最多的，說火電是DCS的應用“大戶”并不為過。原電力規(guī)劃設計總院教授級高工侯子良在發(fā)表的《21世紀第二個十年火電廠自動化》一文中，將20世紀90年代定義為火電行業(yè)發(fā)展DCS標志的十年。DCS應用在這個階段實現(xiàn)了從試點、推廣到成熟的過程，通過對世界先進DCS技術的引進與吸收，我國火電行業(yè)的DCS國產(chǎn)化工作取得了突破性的進展，同時，我國火電廠自動化技術水平也逐步達到和接近世界先進水平。

我國電廠自動化裝備和技術已經(jīng)達到國際先進水平

更值得一提的是，不同于其它行業(yè)，我國火電行業(yè)控制系統(tǒng)在近些年中取得了很大的進步，國產(chǎn)化水平不斷提升。侯子良表示：“毫不夸張的說，我國電廠自動化裝備和技術總體上已經(jīng)達到國際先進水平。”

事實的確如此。

首先，以超臨界、超超臨界機組為代表的控制技術已經(jīng)達到國際先進水平。到目前為止，我國已投產(chǎn)1000MW超超臨界機組46臺，是世界上裝設最多的國家。

第二，我國自主研發(fā)和生產(chǎn)的DCS已經(jīng)成功應用于600MW、1000MW超超臨界機組，進入電力市場高端領域。從整體技術水平看，根據(jù)中國電力顧問集團公司對全國300MW及以上637臺火電機組DCS調研，以北京國電智深控制技術公司和北京和利時自動化公司為代表的主流國產(chǎn)DCS，無論從故障率，還是設備損壞率方面看，均處于在華多家跨國公司DCS的中上游水平。

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

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

從控制技術上看，反映火電機組總體水平的機組自啟停系統(tǒng)(AUS，國外也稱APS)技術，國內(nèi)只有少數(shù)電廠達到，這方面與處于世界領先地位的日本和德國仍有不少差距，燃燒和熱力系統(tǒng)優(yōu)化控制等高級應用軟件工程化也有不少差距。

從自動化裝備上看，現(xiàn)場總線和安全系統(tǒng)方面工程化應用剛剛起步，DCS的可靠性與處于世界領先水平的少數(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測控設備(例如煤質在線分析，爐膛溫度測量等)與國外比差距更大。

侯子良認為，目前這種差距主要集中在技術密集型的前沿高端技術領域。如果想要縮短差距，就必須具備超前意識，轉變思路，國家和行業(yè)機構要迅速制定具有先瞻性的目標和規(guī)劃，集中組織和支持攻關、試點及工程推廣應用，要加大對企業(yè)的支持力度，在市場上營造一個充分認可高技術價值的氛圍和水平等。

節(jié)能減排是火電廠賴以生存的關鍵

目前國家正處在重新考慮能源發(fā)展戰(zhàn)略的關鍵時期。圍繞實現(xiàn)現(xiàn)代化，要求調整我國能源發(fā)展戰(zhàn)略，優(yōu)化能源結構，提高能源利用效率，進一步明確和貫徹節(jié)能優(yōu)先的長期能源戰(zhàn)略。

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

事實上，隨著風能、太陽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”。如何緊跟形勢，實現(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鍵，”侯子良說道。據(jù)某電廠600MW機組實際運行數(shù)據(jù)評估顯示，僅運行優(yōu)化的節(jié)能減排潛力就高達2%~4%，即6~12g/kWh。因此，火電的節(jié)能減排勢在必行。“這也使得發(fā)展優(yōu)化控制系統(tǒng)成為當前的一項迫切任務。”

下一個十年的發(fā)展方向

21世紀第一個十年是以發(fā)展SIS為中心實現(xiàn)全場網(wǎng)絡化的十年，那么，接下來的第二個十年，我國火電廠又將朝向什么目標發(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)化自動化系統(tǒng)；大力提高電廠智能化程度，建設智能化電廠；提高憂患意識，完善和發(fā)展相關安全技術。”他還補充，技術服務將逐步發(fā)展成為一個主要產(chǎn)業(yè)。自動化技術發(fā)展將促使社會分工的精細化，會有一批知識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服務領域中，逐步形成一個產(chǎn)業(yè)群，DCS廠家包攬硬件、軟件和工程技術服務的時代將成過去。一些復雜的高技術監(jiān)控儀表的調整、維修、更新等將社會化，用戶將委托供應商專家服務。

綜上所述，我們看到，無論是我國電力體制改革的深入使得電廠走向市場的嚴峻趨勢，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營和精細化管理的要求越來越迫切，常規(guī)自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足日益增長的管理和技術要求。控制系統(tǒng)供應商的任務不再僅僅是打造一個技術先進或造價低廉的電廠，而應當是成就一個面向市場、具有競爭力的電廠。

呂冬寶：核電，控制系統(tǒng)為安全運行提供多層次縱深防御

研究員級高級工程師，畢業(yè)于西安交通大學反應堆控制專業(yè)，現(xiàn)任中國核電工程有限公司副總工程師，主要研究方向為儀表控制。長期從事核電廠儀表和控制系統(tǒng)的設計研究，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注的焦點，許多國家甚至出現(xiàn)了“談核色變”的現(xiàn)象。也因為此，隨著國務院核電“國四條”的出臺，我國一度發(fā)展勢如破竹的核電項目暫停了審批，開始全面安全檢查，加強核電運行和建設管理。

在這一年多的時間里，關于核電在中國未來前景的討論從未間斷過，但有專家分析，調整放緩應該是暫時的，我國發(fā)展核電基本方針沒有改變。核電在我國能源結構調整、應對氣候變化、保障能源安全方面具有不可替代的作用，是我國新能源戰(zhàn)略不可或缺的、重要的組成部分。因此，對我國核電“十二五”后幾年以及中長期的發(fā)展前景應該是樂觀的。

事實也證明確實如此。

隨著《國家民用核設施綜合安全檢查報告》和《國家核安全與放射性污染防治中長期規(guī)劃》兩份文件向社會公開征求意見，中國核電工程有限公司副總工程師呂冬寶認為，恢復核電新項目審批已不存在原則性障礙。

核電技術不斷提升

中國自1985年開工建設第一座核電站──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，核電技術在不斷升級中。與此同時，發(fā)展中的核電技術也對控制系統(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)在核電站對設備的鑒定要求更加嚴格，強調電磁兼容要求和嚴重事故工況后的設備可用性；強調在嚴重事故工況下儀控系統(tǒng)的監(jiān)控能力和措施；強調設計過程中的第三方評定和可靠性分析的工作；信息安全問題日益得到重視。同時，如現(xiàn)場總線，遠程I/O等新技術在核電廠開始得到比較廣泛的應用。

他進一步補充：“這些要求并不是第三代核電技術本身特有的要求，而是隨著工控領域的技術發(fā)展而帶來的必然結果，比如：數(shù)字化儀控系統(tǒng)的應用、現(xiàn)場總線和遠程I/O的應用、工控領域信息安全等。即便是二代改進型核電站目前也已經(jīng)應用了這些技術。”

核電控制系統(tǒng)的國產(chǎn)化

可靠、先進的DCS設備本身是儀控系統(tǒng)數(shù)字化的基礎，也是數(shù)字化儀控系統(tǒng)實現(xiàn)國產(chǎn)化的基礎。核電用DCS設備分為兩類，一類是通用DCS設備，從設備可靠性角度來講，其要求是滿足一般的工業(yè)標準，與電力、石化等行業(yè)采用的DCS設備要求基本一致。呂冬寶表示，目前階段，非安全級DCS已經(jīng)能夠完全實現(xiàn)國產(chǎn)化，如和利時公司的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控制系統(tǒng)上的應用能力。

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DCS(安全系統(tǒng)平臺)，核級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)標準，還要滿足核安全相關的標準和法規(guī)。據(jù)呂冬寶介紹，相對非安全級DCS而言，安全級DCS技術門檻高，研發(fā)成本高。但可喜的是，目前國內(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系統(tǒng)平臺研制已經(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)為電廠的安全運行提供多層次的縱深防御

我國核電站采取縱深防御策略，正常運行的時候有一套控制系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)事故，反應堆會停止運行，然后有其它安全系統(tǒng)來進行保護。第一道防線假如失利了還有第二道、第三道防線保護它的安全。呂冬寶認為，控制系統(tǒng)為電廠的安全運行提供多層次的縱深防御，能夠在核電站正常運行、預期運行事件、事故以及事故后工況下對工藝過程進行監(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)濟性。在超設計基準事故和嚴重事故工況下能夠為嚴重事故緩解提供必要的監(jiān)控功能。

儀控系統(tǒng)采用一體化的計算機控制，其控制和監(jiān)測功能覆蓋了核電廠的所有過程系統(tǒng)，執(zhí)行相應的監(jiān)督功能和控制保護功能。

其中，信息監(jiān)督功能包括：運行狀態(tài)監(jiān)測和診斷、機組安全相關參數(shù)的監(jiān)測、對機組停堆、事故和事故后的監(jiān)測、對運行操作人員的支持。控制保護功能包括：正常運行時主要進行工藝過程的控制，保證電廠運行的經(jīng)濟性；維持運行參數(shù)在設計規(guī)定的范圍內(nèi)；異常運行時進行過程控制和限制，使運行參數(shù)返回到正常值；并適時觸發(fā)必要的保護限制動作，保護安全屏障，維持和限制運行參數(shù)在設計邊界范圍內(nèi)；在設計基準事故(DBA)工況下進行停堆、停機；啟動必要的專設安全設施，保護安全屏障，維持和限制運行參數(shù)在最大設計邊界范圍內(nèi)；在超設計基準事故(BDBA)和嚴重事故工況下，進行必要監(jiān)督、啟動和控制緩解措施，保障安全殼系統(tǒng)的完整性，防止和減緩放射性釋放。

呂冬寶補充道，保護系統(tǒng)是保證電廠安全的重要安全系統(tǒng)，保護系統(tǒng)的設計采用了多重冗余，防止共因故障，多樣性，故障安全等設計準則，設備經(jīng)過嚴格的質量鑒定，軟件設計經(jīng)過完整的獨立V&V，并在電廠運行階段能夠進行定期試驗，保證了系統(tǒng)的高可靠性。

盡管經(jīng)歷了1年多的調整期，新項目暫時受到延緩，但無論從在建核電機組規(guī)模和核電發(fā)電能力增長趨勢來看，還是從保障能力提升和科技研發(fā)投入方面看，我國核電仍然保持了較為強勁的發(fā)展態(tài)勢。在建工程按計劃向前推進，不久的將來，隨著在建機組陸續(xù)建成投產(chǎn)，我國運行核電機組將達到41臺。《核安全規(guī)劃》里明確提出，“十二五”期間，核電重點項目投資需求約798億元。中國的核電事業(yè)在經(jīng)歷了近一年的“冬眠”，或將迎來盎然春意。