潮汐发电是清洁、无污染的新型发电模式,它与普通水力发电原理类似,通过出水库,在涨潮时将海水储存在水库内,以势能的形式保存;然后,在落潮时放出海水,利用高、低潮位之间的落差,推动水轮机齿轮旋转,带动发电机发电。由于潮汐发电机组常年在海洋中工作,工程师远程实现对机组的维护、调整便成为了一项重要工作,尤其是发电机组齿轮箱运行系统,由于齿轮不间断的摩擦,致使温度升高,若不进行降温处理,将影响发电效率、系统寿命。解决机组冷却系统的自动化调控问题是重中之重,它也是制约我国开展大型潮汐发电机组建设的因素之一。
利用智能定制化装备解决机组冷却难题
潮汐发电机组的结构长度往往沿海岸线数百米,仅针对发电机组齿轮箱的冷却系统自动化调控课题,新建大型潮汐电站显然不切实际。那就需要根据课题需求,进行工艺设备的研制及小试,科学研究,装备先行。作为中国智能定制装备的领导者,北钢联早在年就开启了海工定制装备的研制工作,利用自身技术储备和专家级研发团队,先后完成了多项复杂海洋环境下的装备研制项目,积累了丰富的海工装备研制经验,国家课题组借助他们的力量完成了潮汐发电机组冷却试验设备的研制。该设备智能化程度高,不仅可以模拟实际潮汐发电的工况、环境温度,还能实现发电机组齿轮箱冷却系统的自动化控制,确保发电设备正常运行。试验设备采用圆柱形设计,共由十大部分组成:上、下两部罩体、四套冷却淋浴系统、冷却水放流装置、冷却水加压分控装置、操作平台、控制系统。设备总发热量21kw,其中齿轮箱11kw,发电机10kw,运行温度不大于30℃,整机均采用不锈钢制作,耐腐蚀、强度高,利用循环水系统可实现冷却系统的连续动态调节。
图1潮汐发电机组冷却设备示意图
潮汐发电机组冷却实验设备各机构简介
1、上下罩体部分,是淋浴部件的安装固定平台,具有内外隔热、防止喷淋冷却水飞溅、液体导流的作用,框架整体由不锈钢钢板焊接而成。
(1)端部防漏密封解决方案(防水帘及迷宫密封防漏)
(2)固定定位及防漏密封解决方案(锥形定位销及迷宫密封防漏)
(3)电缆进出密封防漏解决方案(延长及收口橡胶挡片防漏)
(4)传动轴密封防漏解决方案(延长及收口橡胶挡片防漏)
2、冷却系统一、冷却系统二用于发电机淋浴冷却时的冷却水细化喷淋;冷却系统三、冷却系统四用于齿轮箱的细化喷淋,采用多组喷淋淋浴方式,提高冷却效果及降低冷却水的消耗量,与DCS控制系统协同构成智能化喷淋体系。由主管道、喷头、主管道流量检测流量开关、安装座等组成。
3、冷却水放流装置
用于喷淋冷却后的冷却水的集中放流,采用自放流方式,由集中水槽、电动切断阀、管道等组成。
4、冷却水加压分控装置:用于冷却淡水的过滤、加压、分流控制,采用恒压加压供给方式。该装置由:变频加压泵、压力测量装置、流量传感器、链接管道、分控电磁阀、过滤器、安装座等组成。
5、操作平台:用于设备的操作、维护、实验前装配、实验后拆除等作业的智能化辅助平台。
6、控制系统
通过DCS的控制方式实现淋浴冷却加压控制、分流控制等使设备稳定运行。控制系统由:电力控制部分、仪表控制部分组成。控制柜采用施耐德标准GGT控制柜,低压电气部件采用施耐德电压电气产品(空气断路保护器、小型断路保护器、交流接触器、中间继电器、热继电器、接线端子、按钮、指示灯等);动力驱动控制部分采用变频器、交流接触器等;传感器方面采用OMRON系列产品,使用国际一流品牌保证控制系统精确可靠。
主要控制流程如下
冷却水过滤→加压→分控→水降温冷淋浴→冷却水集中放流,连续运行。
潮汐发电机组冷却实验设备智能化程度高,可根据科研人员的条件设定,在模拟实际环境的前提下,根据温度变化,调控循环水进行齿轮箱的冷却,并能自动进行一系列参数的测定、记录、反馈。该定制化设备集成了海工科技领域的前沿技术,从结构的先进性、工艺的可行性、控制系统的稳定性上综合考虑,测量了水冷机组的效率、控制、温度场等数据,为大型潮汐发电机组的研制提供了难能可贵的理论依据,并且在未来将进行中试放大研究,更进一步的贴近实际发电冷却环境。北钢联集智能制造技术,踊跃参与海工智能定制装备相关的科学研究,为我国综合高效的利用海洋资源、海工科技的长期稳定发展奠定了良好的装备基础。