導(dǎo)讀：6月1日，《POWER》雜志令人意外的授予日本三菱公司的燃?xì)廨啓C(jī)試驗(yàn)電站T-Point 2為年度最佳電廠，并且認(rèn)為其可能改變未來電廠的運(yùn)行方式。除了為三菱的新型燃?xì)廨啓C(jī)提供與實(shí)際電廠一樣的運(yùn)維環(huán)境外，該電廠還有望推動(dòng)未來燃?xì)廨啓C(jī)電廠自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展。
T-Point 2試驗(yàn)電廠于2017年底開始施工
像大多數(shù)復(fù)雜的設(shè)備一樣，燃?xì)廨啓C(jī)需要大量的工程設(shè)計(jì)才能確保其能夠可靠運(yùn)行數(shù)十年而不會出現(xiàn)主要部件故障，因?yàn)槭〉暮蠊赡苁蔷薮蟮?，除了對電廠造成停機(jī)和額外維修成本外，災(zāi)難性故障還會導(dǎo)致人員受傷甚至死亡，這是不可接受的。
為了最大程度地減少出現(xiàn)故障的可能性，并證明組件可以長時(shí)間正常工作，所有燃?xì)廨啓C(jī)制造商都會進(jìn)行嚴(yán)格的測試，并在一段時(shí)間內(nèi)使用同類產(chǎn)品來驗(yàn)證設(shè)計(jì)。重要的是，不僅對于客戶，即便對于燃?xì)廨啓C(jī)制造商而言，了解組件都能承受最惡劣的服役條件也很重要。不過，對于從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證這一過程，全球沒有2家公司是完全相同。
在某些情況下，燃?xì)廨啓C(jī)制造商會以很大的折扣價(jià)出售“首臺設(shè)備”，甚至為客戶支付部分運(yùn)營成本來推動(dòng)在客戶現(xiàn)場驗(yàn)證燃機(jī)。另一個(gè)辦法就是燃?xì)廨啓C(jī)制造商進(jìn)行廣泛的試車試驗(yàn)，以達(dá)到即便沒有長期實(shí)際運(yùn)行仍能證明其設(shè)計(jì)可行，不幸的是，這種方法可能會導(dǎo)致某些僅在運(yùn)行期間的缺點(diǎn)無法在試車試驗(yàn)期間發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致后續(xù)不得不對相關(guān)組件進(jìn)行大規(guī)模升級，導(dǎo)致整個(gè)項(xiàng)目虧損。
燃?xì)廨啓C(jī)制造商自建電廠來驗(yàn)證新型燃機(jī)性能
三菱日立動(dòng)力系統(tǒng)(MHPS)公司以一種完全不同的方式來驗(yàn)證其研制的燃?xì)廨啓C(jī)。三菱重工(MHI)于1992年在日本橫濱金澤市建立了首個(gè)50 Hz示范電廠，稱為K-Point。該電廠的目標(biāo)是在實(shí)際運(yùn)行條件下驗(yàn)證該公司旗下的新研燃?xì)廨啓C(jī)。(順便說一下，三菱重工和日立公司于2014年2月合并其火電業(yè)務(wù)，合資建立了MHPS，但在2019年12月，日立宣布將退出該合資企業(yè)，而MHPS在2020年4月24日表示將更名為三菱電力，目前正在等待多個(gè)國家/地區(qū)反壟斷機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)。)
1997年，三菱重工在其位于日本神戶以西約50公里的高砂機(jī)械制造廠開設(shè)了一個(gè)60 Hz的示范電廠，稱為T-Point。T-Point發(fā)電廠是獨(dú)特的設(shè)施，旨在對燃?xì)廨啓C(jī)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的運(yùn)行進(jìn)行長期驗(yàn)證測試，同時(shí)將產(chǎn)生的電力輸送給當(dāng)?shù)仉娏尽?/p>
MHPS高級副總裁兼首席技術(shù)官正田-純一郎(Junichiro Masada)在接受采訪時(shí)表示：“三菱是燃?xì)廨啓C(jī)制造商里首個(gè)自建示范電廠的，這徹底改變了先進(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)的驗(yàn)證方式。在T-Point試驗(yàn)電廠建成之前，比如60 Hz的M501F燃?xì)廨啓C(jī)，進(jìn)行了滿負(fù)荷試車測試(運(yùn)行了100小時(shí))，而50 Hz的M701F燃?xì)廨啓C(jī)，則在橫濱K-Point電廠進(jìn)行了部分負(fù)荷測試(但時(shí)間有限)。由于測試時(shí)間過短，導(dǎo)致我們在F級燃?xì)廨啓C(jī)上遇到了多個(gè)問題。”
遭受這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)后，MHPS決定在T-Point電廠上對60 Hz的M501G燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行長期驗(yàn)證，完成后，再繼續(xù)對50 Hz的M701G燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，從而保證這些產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)100%的可靠。
正田解釋道：“之后，我們又在T-Point電廠上對J級重型燃機(jī)進(jìn)行了類似的試驗(yàn)，因此，我們今天對M501J和M701J的可靠性非常有信心。直到我們又開發(fā)出了M501JAC重型燃機(jī)，由于其容量(功率)太大而無法在T-Point電廠上運(yùn)行，因此我們決定新建T-Point2試驗(yàn)電廠，M501JAC重型燃機(jī)的初步驗(yàn)證已經(jīng)完成，我們將在T-Point2試驗(yàn)電廠上對它進(jìn)行長期驗(yàn)證。”
T-Point2試驗(yàn)電廠于2017年動(dòng)工，大部分主要工作均按原計(jì)劃完成，包括建造余熱鍋爐(HRSG);燃?xì)廨啓C(jī)，汽輪機(jī)和發(fā)電機(jī)的安裝;HRSG的水質(zhì)測試;全區(qū)受電;燃?xì)廨啓C(jī)旋轉(zhuǎn)。MHPS在4月2日宣布開始對T-Point 2試驗(yàn)電廠進(jìn)行調(diào)試，計(jì)劃于2020年7月1日投入商業(yè)運(yùn)營。
燃?xì)廨啓C(jī)交付
T-Point2試驗(yàn)電廠與M501JAC燃?xì)廨啓C(jī)的容量相匹配
正田表示：“每個(gè)項(xiàng)目都有時(shí)間表，其中包括針對不可預(yù)見問題的應(yīng)急計(jì)劃。但是，我們在T-Point2試驗(yàn)電廠上的大部分活動(dòng)均如期完成，因此我們無需部署應(yīng)急計(jì)劃。”
MHPS在2015年將蒸汽冷卻M501J升級為空氣冷卻的M501JAC。M501JAC的設(shè)計(jì)在T-Point電廠上進(jìn)行了驗(yàn)證，直到2019年，然后在市場上銷售。而在JAC系列重型燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)行完全商業(yè)化運(yùn)行之前，它將可以在T-Point2試驗(yàn)電廠上繼續(xù)運(yùn)行2年。在此期間，在T-Point2試驗(yàn)電廠發(fā)現(xiàn)的任何問題都將被修改并接受驗(yàn)證。這也使得MHPS的驗(yàn)證方法具有獨(dú)特性，因?yàn)樗粌H涵蓋原始設(shè)計(jì)，還涵蓋修改。
燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子正在安裝中
MHPS的J系列燃?xì)廨啓C(jī)是在經(jīng)過驗(yàn)證的G系列燃?xì)廨啓C(jī)設(shè)計(jì)上發(fā)展而來的。M501JAC燃?xì)廨啓C(jī)采用空氣冷卻器代替蒸汽冷卻器，從而使燃燒器具有較高的可操作性，包括比M501J更短的啟動(dòng)時(shí)間。
追求更高的效率
像所有燃?xì)廨啓C(jī)制造商一樣，MHPS也一直在努力安全地?cái)U(kuò)大運(yùn)行范圍的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)最高效率，因?yàn)檫@可以為業(yè)主節(jié)省數(shù)百萬美元的燃料成本并降低排放，該公司聲稱T-Point 2試驗(yàn)電廠已配備了“市場上最高效的重型燃?xì)廨啓C(jī)”。
燃?xì)廨啓C(jī)效率的提高主要是通過提高壓氣機(jī)壓比，最大程度地減少冷卻空氣量以及提高透平進(jìn)口溫度來實(shí)現(xiàn)的。MHPS的技術(shù)具有高壓縮比(從23：1到25：1)，最佳的先進(jìn)冷卻和增強(qiáng)的熱障涂層(TBC)的組合，可以實(shí)現(xiàn)較高的燃燒溫度。
燃?xì)廨啓C(jī)檢查
正田說：“在T-Point 2試驗(yàn)電廠，我們記錄了目前市場上最高的透平入口溫度(1,650攝氏度)，這要?dú)w功于具有最先進(jìn)的TBC和空氣動(dòng)力學(xué)的最佳冷卻氣流。所有這些都導(dǎo)致了行業(yè)領(lǐng)先的效率，在T-Point 2試驗(yàn)電廠測量和確認(rèn)的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率為64%。”
正田進(jìn)一步解釋道：“我們還將通過使用日本國家項(xiàng)目開發(fā)的技術(shù)(1,700oC級超高溫燃?xì)廨啓C(jī)技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目)，該項(xiàng)目旨在將燃?xì)廨啓C(jī)透平進(jìn)口溫度提高到1,700oC，來驗(yàn)證效率是否達(dá)到65%以上。”
證明燃?xì)廨啓C(jī)的可靠性需要時(shí)間
正田指出，MHPS認(rèn)為在全面長期運(yùn)行下驗(yàn)證燃?xì)廨啓C(jī)很重要，也很必要。
機(jī)械故障，例如高周疲勞通常發(fā)生在運(yùn)行100小時(shí)后。但是，其它故障模式，例如低循環(huán)疲勞(LCF)，僅在運(yùn)行10,000小時(shí)后才會發(fā)生。實(shí)際上，LCF的主要破壞通常發(fā)生在燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行一到兩年后。
長期運(yùn)行后，典型的現(xiàn)場問題還包括氧化，腐蝕，蠕變和微動(dòng)。MHPS的驗(yàn)證方法有助于確保將燃?xì)廨啓C(jī)安裝在客戶現(xiàn)場后獲得最佳的長期性能。除此之外，保險(xiǎn)也要求至少8,000小時(shí)的運(yùn)行時(shí)間作為機(jī)組可靠性的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)。
管理施工
盡管MHPS是一家典型的燃?xì)廨啓C(jī)制造商，但它也是一個(gè)工程，采購和建筑(EPC)公司，在全球范圍內(nèi)提供交鑰匙工程。因此，T-Point 2項(xiàng)目由該公司的EPC團(tuán)隊(duì)管理。正田指出，這項(xiàng)工作得到了很好的協(xié)調(diào)，因?yàn)镸HPS能夠與以前與日本合作的合作伙伴合作。
顯然是OEM，但它還是工程，采購和建筑(EPC)公司，在全球范圍內(nèi)提供交鑰匙工程。因此，T-Point 2項(xiàng)目由該公司的EPC團(tuán)隊(duì)管理。Masada指出，這項(xiàng)工作得到了很好的協(xié)調(diào)，因?yàn)镸HPS在該項(xiàng)目上的合作伙伴很多在之前就合作過。
燃?xì)廨啓C(jī)控制室團(tuán)隊(duì)
日本的建筑標(biāo)準(zhǔn)在世界范圍內(nèi)也得到公認(rèn)。就T-Point 2試驗(yàn)電廠而言，建造工作與東京奧運(yùn)會的建造標(biāo)準(zhǔn)一致，日本東京奧運(yùn)會定于今年夏天舉行，但由于新型冠狀病毒大流行，導(dǎo)致推遲到了2021年。盡管如此，仍為T-Point 2試驗(yàn)電廠仍準(zhǔn)備了一支高素質(zhì)的員工隊(duì)伍，在施工高峰期，該項(xiàng)目每月記錄約20,000個(gè)工日。
正田說：“我們進(jìn)行了強(qiáng)化培訓(xùn)，以維護(hù)工人的安全和健康，并提高工作質(zhì)量。一些關(guān)鍵的入門培訓(xùn)包括建筑安全，道路安全，防災(zāi)以及健康和安全培訓(xùn)。提供培訓(xùn)是為了提高工人在開始從事該項(xiàng)目之前的技能，其結(jié)果是非常正面。”
培訓(xùn)帶來了紅利。該項(xiàng)目的誤工率是驚人的0.00，可記錄的總事故率是非常可觀的0.26。正田說：“即使我們在嚴(yán)格的時(shí)間表內(nèi)工作，我們也能取得如此出色的安全成果，我們?yōu)榇烁械阶院馈?rdquo;
除培訓(xùn)外，MHPS還提供了一些對策，以維護(hù)安全和提高生產(chǎn)率。例如，在炎熱的夏季，工人使用“空調(diào)服”以保持涼爽并防止中暑。促成更安全，更高效的工作環(huán)境的其他首創(chuàng)技術(shù)還包括混合現(xiàn)實(shí)技術(shù)和塊體隔熱系統(tǒng)。
在構(gòu)建階段使用混合現(xiàn)實(shí)來模擬裝配過程，該過程包括將實(shí)際工廠疊加在3D模型上。使用該工具，團(tuán)隊(duì)能夠模擬大型設(shè)備的搬入和搬出，并以虛擬方式組裝主機(jī)。該技術(shù)使工人能夠顯著提高生產(chǎn)率和質(zhì)量控制。
專有的塊狀絕緣系統(tǒng)是一種用在燃?xì)廨啓C(jī)殼體中安裝絕緣的方法，可顯著提高生產(chǎn)率。借助這種技術(shù)，團(tuán)隊(duì)僅用240個(gè)工時(shí)就可以完成以前需要1200個(gè)工時(shí)的工作。
正田表示：“混合現(xiàn)實(shí)和塊絕緣系統(tǒng)解決方案非常有效，我們期望在未來的項(xiàng)目中使用這些技術(shù)。”
克服挑戰(zhàn)
由于T-Point 2項(xiàng)目的存在，當(dāng)?shù)厣鐓^(qū)的交通擁堵存在潛在的問題。高砂的三菱工廠本身就擁有7,000多名員工，而在電廠施工階段這一數(shù)字還有所增加。如果不采取任何措施，那么在早上通勤和其他高峰旅行時(shí)間，可能會造成嚴(yán)重的交通堵塞。
正田說：“我們實(shí)施了一個(gè)稱為射頻識別(RFID)的系統(tǒng)，每輛定期進(jìn)入高砂工廠的車輛都配備了一種裝置，以便可以在入口處對它們進(jìn)行跟蹤和登記，從而減少了入口停機(jī)時(shí)間。這樣的解決方案使我們的員工和居民感到高興。”
噪音污染是另一個(gè)障礙。為了緩解該問題，MHPS在該場所附近安裝了隔音墻。
發(fā)電廠聲音很大，當(dāng)居民區(qū)離電廠很近時(shí)，這可能是個(gè)問題。為了減少噪聲污染，MHPS安裝了隔音屏障，例如在該圖的左側(cè)建造了墻壁。
但是，項(xiàng)目管理團(tuán)隊(duì)面臨的最大挑戰(zhàn)是由于供應(yīng)商的錯(cuò)誤，未能按時(shí)交付設(shè)備。T-Point2試驗(yàn)電廠的設(shè)計(jì)采用風(fēng)冷冷凝器(ACC)而非海水冷卻系統(tǒng)，以支持海洋環(huán)境保護(hù)。但是，ACC供應(yīng)商在制造某些組件時(shí)遇到了質(zhì)量控制問題，導(dǎo)致該系統(tǒng)的交付推遲了兩個(gè)月。
正田解釋說：“為了減輕延遲，我們通過采用新的組裝方法設(shè)計(jì)了一種創(chuàng)新的解決方案。我們最初的計(jì)劃是依次添加四個(gè)車道。相反，我們在短臂起重機(jī)上增加了一臺長臂起重機(jī)，能夠進(jìn)行并行工作，最終趕上了進(jìn)度。”
技術(shù)是T-Point 2試驗(yàn)電廠的核心
可以說，T-Point 2試驗(yàn)電廠最具創(chuàng)新性的特征是MHPS-TOMONI技術(shù)的集成。TOMONI是一套由用戶驅(qū)動(dòng)的數(shù)字化電廠解決方案，其尖端的分析和MHPS的豐富經(jīng)驗(yàn)為其提供了動(dòng)力。它將大量的大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價(jià)值的可行見解，可以提高電廠的效率和盈利能力。借助TOMONI，T-Point 2有望成為世界上第一個(gè)自動(dòng)聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠。
正田說：“隨著我們進(jìn)入數(shù)字時(shí)代，重要的是盡可能地利用新興技術(shù)來優(yōu)化運(yùn)營，同時(shí)最大限度地提高經(jīng)濟(jì)效益。MHPS從2000年代初開始就在T-Point1電廠中實(shí)施TOMONI解決方案，從遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)開始。從那時(shí)起，我們的TOMONI技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以自動(dòng)進(jìn)行某些功能進(jìn)行遠(yuǎn)程操作的地步。實(shí)際上，T-Point2試驗(yàn)電廠的許多功能已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。”
T-Point 2試驗(yàn)電廠的AI-CPFM(人工智能-燃燒壓力波動(dòng)監(jiān)測)系統(tǒng)是一個(gè)明顯的示例，該系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境溫度，燃料成分和電網(wǎng)頻率變化進(jìn)行快速參數(shù)調(diào)整，從而將燃燒波動(dòng)降至最低。AI-CPFM系統(tǒng)目前正在T-Point 2試驗(yàn)電廠進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證。
TOMONI還可以通過研究組件壽命預(yù)測，和預(yù)先預(yù)測可能的故障來分析維護(hù)計(jì)劃?，F(xiàn)在，使用AI技術(shù)可以自動(dòng)執(zhí)行多個(gè)警報(bào)，以便操作員(無論是現(xiàn)場還是遠(yuǎn)程)都可以得到適當(dāng)?shù)闹甘?，以減輕強(qiáng)制性停機(jī)的情況。
T-Point 2試驗(yàn)電廠的2020年
對于T-Point 2這個(gè)最先進(jìn)的試驗(yàn)電廠，在施工過程中出現(xiàn)意料之外的問題并不少見。對于施工團(tuán)隊(duì)來說，最大的驚喜也許就是項(xiàng)目從頭到尾的平穩(wěn)性。然而，許多成功都可以歸因于良好的計(jì)劃。MHPS完成了多項(xiàng)新的設(shè)計(jì)審查，這些審查有效地反映在施工和調(diào)試活動(dòng)中。
燃?xì)廨啓C(jī)總裝
出色的計(jì)劃是T-Point 2試驗(yàn)電廠成功的關(guān)鍵。然而，讓設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)與項(xiàng)目保持緊密聯(lián)系，可以使任何必要的更改更容易及時(shí)實(shí)施。
正田強(qiáng)調(diào)道：“我們感到驚訝的是，我們沒有看到任何重大‘驚喜’，鑒于設(shè)計(jì)辦公室位于數(shù)分鐘之遙，因此，一旦出現(xiàn)問題，我們就能立即訪問實(shí)際的施工現(xiàn)場。輕松進(jìn)入施工現(xiàn)場有助于我們快速做出設(shè)計(jì)決策，以確保項(xiàng)目順利進(jìn)行。”
如前所述，調(diào)試預(yù)計(jì)將在2020年7月1日完成。盡管這個(gè)復(fù)雜的建設(shè)項(xiàng)目涉及空間限制，但據(jù)報(bào)道調(diào)試工作進(jìn)展非常順利，有4300多個(gè)傳感器，例如熱電偶，壓力傳感器和其他探測器。
2020年該試驗(yàn)電廠取得的顯著成就還包括：
燃?xì)廨啓C(jī)首次點(diǎn)火– 2020年1月21日
全速空載運(yùn)行– 2020年1月22日
25%負(fù)荷運(yùn)行– 2020年1月29日
50%負(fù)荷運(yùn)行– 2020年1月31日
滿負(fù)荷運(yùn)行– 2020年2月5日
臨時(shí)拆除蒸汽管道– 2020年2月8日至24日
管道鏡檢查– 2020年2月14日
聯(lián)合循環(huán)運(yùn)行開始– 2020年2月27日
聯(lián)合循環(huán)滿負(fù)荷運(yùn)行– 2020年2月28日
一旦T-Point 2試驗(yàn)電廠完全調(diào)試完畢，原先的T-Point電廠將退役，并已達(dá)到預(yù)期目的。MHPS總裁兼首席執(zhí)行官Ken Kawai表示：“多年來，我們已經(jīng)證明了我們有能力開發(fā)和制造用于發(fā)電行業(yè)的最前沿解決方案。在原始T-Point電廠的基礎(chǔ)上，T-Point 2試驗(yàn)電廠將使我們能夠擴(kuò)大新型燃?xì)廨啓C(jī)的試驗(yàn)范圍，以滿足全球不斷變化的發(fā)電需求。”
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