為了滿足美國堪薩斯州日益增長的電力需求，作為該州最大的電力供應(yīng)商——Westar Energy公司實(shí)施了一套能源計(jì)劃，它包括在多領(lǐng)域發(fā)電的投資，既包括可再生能源發(fā)電也有傳統(tǒng)燃料發(fā)電。
“Emporia能源中心是考慮到Westar公司許多不同的需求而設(shè)計(jì)的，該項(xiàng)目考慮到了當(dāng)前和未來風(fēng)力能源的擴(kuò)展、環(huán)境的管理、未來用戶負(fù)荷的增長、以及目前和未來能源市場的變化”， Emporia能源中心的電廠經(jīng)理Larry Graves說，“Westar決定構(gòu)建一設(shè)施，它能夠在整個(gè)電廠基本負(fù)荷665兆瓦的運(yùn)行條件下至少產(chǎn)生10兆瓦電量（如果航改式燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行在最小負(fù)載）。”
為了支持整體的能源計(jì)劃，Westar Energy公司在Emporia能源中心建成了一個(gè)新的、簡易循環(huán)的發(fā)電廠。此設(shè)施的設(shè)計(jì)采用了航改式燃?xì)廨啓C(jī)，在用戶需求的高峰期，尤其是在炎熱的夏天，可作為天然氣調(diào)峰電廠運(yùn)轉(zhuǎn)。
Emporia能源中心航改式燃?xì)廨啓C(jī)的快速啟動(dòng)能力也使得這個(gè)電廠連同其他的Westar設(shè)施，成為可再生能源快速發(fā)展的推動(dòng)者。除了燃?xì)夂腿济喊l(fā)電外，Emporia能源中心還將幫助Westar公司處理在堪薩斯州購買或產(chǎn)生的近300兆瓦的風(fēng)能。
Emporia電廠比預(yù)算提前兩個(gè)月完成，這樣使得每千瓦安裝成本比計(jì)劃降低了12％。電廠雖然設(shè)計(jì)的是625兆瓦，現(xiàn)在標(biāo)定功率能達(dá)到665兆瓦，足夠堪薩斯州40萬家庭使用。
在Emporia能源中心的GE LM6000 Sprint航改型燃?xì)廨啓C(jī)，并配有GEMark VI的渦輪機(jī)控制系統(tǒng)。圖片來源：GE Energy公司。
電廠的一期工程于2008年6月完工，已開始發(fā)電以滿足用戶需求。二期工程于2009年2月底完工，比預(yù)期提前兩個(gè)月左右。工程總造價(jià)約3.05億美元，比原先預(yù)計(jì)的要減少約1300萬美元。
這個(gè)集成系統(tǒng)的一個(gè)獨(dú)到之處是航改型和重型燃?xì)廨啓C(jī)的結(jié)合。電廠包括四個(gè)航改型燃?xì)廨啓C(jī)，每個(gè)站點(diǎn)標(biāo)稱功率為41兆瓦；三個(gè)重型燃?xì)廨啓C(jī)，每個(gè)站點(diǎn)標(biāo)定功率為154兆瓦。Westar Energy公司需要確保電廠自動(dòng)化和分布式控制系統(tǒng)（DCS）有效地與渦輪發(fā)電機(jī)控制結(jié)合在一起。
此外，Westar公司想盡可能的利用它們的共同特征，從而減少接口，縮短工程和安裝周期，并提供一個(gè)簡單的升級路徑。
電廠集成控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工程執(zhí)行周期短、降低資本成本、降低維護(hù)成本等各個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵因素。
渦輪機(jī)供應(yīng)商安裝了整套的設(shè)備控制系統(tǒng)，以滿足Westar Energy公司的進(jìn)度和性能目標(biāo)。三個(gè)重型燃?xì)廨啓C(jī)連帶渦輪機(jī)控制系統(tǒng)已交付，同一廠商帶有不同的控制系統(tǒng)的四個(gè)航改型燃?xì)廨啓C(jī)也已交貨，還有一套用于電廠控制的。
此控制系統(tǒng)能夠通過最新的控制技術(shù)，把渦輪機(jī)和電廠配套設(shè)施（BOP）集成到一個(gè)系統(tǒng)里，從而有助于提高電廠的性能。不論是為了滿足調(diào)峰任務(wù)所需求的快速啟動(dòng)能力，還是為Westar公司的風(fēng)力發(fā)電提供后備電源，控制系統(tǒng)的高可靠性對電廠來說都是至關(guān)重要的。
控制、保護(hù)和監(jiān)控系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，可支持本地I/O或者100兆光纖以太網(wǎng)。雙冗余控制器和單冗余的I/O用于DCS。三重冗余控制用于汽輪機(jī)控制系統(tǒng)和安全系統(tǒng)。I/O分布可根據(jù)需要實(shí)現(xiàn)單一，雙重或三重冗余組態(tài)。
控制系統(tǒng)有一個(gè)共同的時(shí)間相關(guān)數(shù)據(jù)庫。該數(shù)據(jù)庫還包含其他在集成控制系統(tǒng)里控件的數(shù)據(jù)，如勵(lì)磁，靜態(tài)起動(dòng)器和PLC。共同的數(shù)據(jù)庫，簡化了系統(tǒng)配置，并為操作和診斷分析提供質(zhì)量數(shù)據(jù)。
集成控制優(yōu)勢
電廠集成控制系統(tǒng)包括主控制室柜，人機(jī)界面，工程工作站，廠房歷史數(shù)據(jù)，主要的DCS機(jī)柜，I/O機(jī)柜和網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。整個(gè)工廠中使用通用的硬件，降低備件和培訓(xùn)成本，以及啟動(dòng)的時(shí)間和相關(guān)費(fèi)用。將所有的設(shè)備操作屏幕、過程數(shù)據(jù)、報(bào)警和事件、流程和趨勢數(shù)據(jù)形成統(tǒng)一的界面，有助于提高運(yùn)行的生產(chǎn)率和操作意識。系統(tǒng)工具可以通過一個(gè)數(shù)據(jù)庫更充分地分析數(shù)據(jù)。這種方法淘汰了傳統(tǒng)的電廠和單元級控制的集成，從而降低了系統(tǒng)的復(fù)雜性和項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，減少了啟動(dòng)問題和調(diào)試時(shí)間。這些特性有助于簡化工廠設(shè)備生命周期的維護(hù)和人員培訓(xùn)。
通過一個(gè)中央控制系統(tǒng)，使得在工廠的任何控制臺都能夠看到工廠的運(yùn)營成為可能。這使得操作員能夠在物理地址上位于1單元終端，便可查看和控制所有的其他單元。集成BOP控制可對單元和工廠渦輪機(jī)的控制和自動(dòng)化供應(yīng)商之間進(jìn)行協(xié)調(diào)的轉(zhuǎn)換，還包括集成的工廠驗(yàn)收測試（FAT）。
電廠設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，加上先進(jìn)的控制技術(shù)，更加有利于全廠的運(yùn)行操作。這種自動(dòng)化的電廠控制系統(tǒng)從廠外給DCS系統(tǒng)信號，相應(yīng)單元對這些信號做出響應(yīng)。
Westar公司也在快速啟動(dòng)和高效性方面感興趣，航改型燃?xì)廨啓C(jī)能夠在約8分鐘內(nèi)達(dá)到基本負(fù)載運(yùn)行，增加了發(fā)電機(jī)組合的靈活性。2008年，運(yùn)行預(yù)期在夏季達(dá)到了最大幅度，表1顯示了實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)。
由于航改型燃?xì)廨啓C(jī)的快速啟動(dòng)、低熱率、低啟動(dòng)耗費(fèi)，使得運(yùn)行曲線在中間運(yùn)行能力更接近峰值。現(xiàn)在預(yù)期每年每個(gè)單元運(yùn)行在高峰曲線重型汽輪機(jī)的啟動(dòng)次數(shù)將小于40次（表2）。
能源中心，原本配備有一個(gè)電廠經(jīng)理和三個(gè)燃?xì)鉁u輪技術(shù)人員。經(jīng)過約一年高于預(yù)期的負(fù)荷曲線的運(yùn)營，為了適應(yīng)較長的運(yùn)行時(shí)間增加了兩名技術(shù)人員。自動(dòng)化讓這個(gè)擴(kuò)展的能源中心在每個(gè)安排的人工時(shí)間里安全地提供更多的服務(wù)。
此外，Graves說，這個(gè)設(shè)施“能夠在不到10分鐘的時(shí)間內(nèi)把165兆瓦提于電網(wǎng)上，在接下來的20分鐘內(nèi)余留500兆瓦，并具有創(chuàng)建一個(gè)儲備池或?qū)Ω哂?00兆瓦的能量進(jìn)行調(diào)解的能力。”
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