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氣輪機試驗電站T-Point 2為年度最佳電廠，并且認為其可能改變未來電廠的運行方式。除了為三菱的新型燃氣輪機提供與實際電廠一樣的運維環(huán)境外，該電廠還有望推動未來燃氣輪機電廠自動化技術(shù)的發(fā)展。

T-Point 2試驗電廠于2017年底開始施工

　　像大多數(shù)復(fù)雜的設(shè)備一樣，燃氣輪機需要大量的工程設(shè)計才能確保其能夠可靠運行數(shù)十年而不會出現(xiàn)主要部件故障，因為失敗的后果可能是巨大的，除了對電廠造成停機和額外維修成本外，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間正常工作，所有燃氣輪機制造商都會進行嚴格的測試，并在一段時間內(nèi)使用同類產(chǎn)品來驗證設(shè)計。重要的是，不僅對于客戶，即便對于燃氣輪機制造商而言，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)計到驗證這一過程，全球沒有2家公司是完全相同。

　　在某些情況下，燃氣輪機制造商會以很大的折扣價出售“首臺設(shè)備”，甚至為客戶支付部分運營成本來推動在客戶現(xiàn)場驗證燃機。另一個辦法就是燃氣輪機制造商進行廣泛的試車試驗，以達到即便沒有長期實際運行仍能證明其設(shè)計可行，不幸的是，這種方法可能會導(dǎo)致某些僅在運行期間的缺點無法在試車試驗期間發(fā)現(xiàn)，從而導(dǎo)致后續(xù)不得不對相關(guān)組件進行大規(guī)模升級，導(dǎo)致整個項目虧損。

　　燃氣輪機制造商自建電廠來驗證新型燃機性能

　　三菱日立動力系統(tǒng)(MHPS)公司以一種完全不同的方式來驗證其研制的燃氣輪機。三菱重工(MHI)于1992年在日本橫濱金澤市建立了首個50 Hz示范電廠，稱為K-Point。該電廠的目標是在實際運行條件下驗證該公司旗下的新研燃氣輪機。(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，目前正在等待多個國家/地區(qū)反壟斷機構(gòu)的批準。)

　　1997年，三菱重工在其位于日本神戶以西約50公里的高砂機械制造廠開設(shè)了一個60 Hz的示范電廠，稱為T-Point。T-Point發(fā)電廠是獨特的設(shè)施，旨在對燃氣輪機聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠的運行進行長期驗證測試，同時將產(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)在接受采訪時表示：“三菱是燃氣輪機制造商里首個自建示范電廠的，這徹底改變了先進燃氣輪機的驗證方式。在T-Point試驗電廠建成之前，比如60 Hz的M501F燃氣輪機，進行了滿負荷試車測試(運行了100小時)，而50 Hz的M701F燃氣輪機，則在橫濱K-Point電廠進行了部分負荷測試(但時間有限)。由于測試時間過短，導(dǎo)致我們在F級燃氣輪機上遇到了多個問題。”

　　遭受這些經(jīng)驗教訓(xùn)后，MHPS決定在T-Point電廠上對60 Hz的M501G燃氣輪機進行長期驗證，完成后，再繼續(xù)對50 Hz的M701G燃氣輪機進行驗證，從而保證這些產(chǎn)品實現(xiàn)100%的可靠。

　　正田解釋道：“之后，我們又在T-Point電廠上對J級重型燃機進行了類似的試驗，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，由于其容量(功率)太大而無法在T-Point電廠上運行，因此我們決定新建T-Point2試驗電廠，M501JAC重型燃機的初步驗證已經(jīng)完成，我們將在T-Point2試驗電廠上對它進行長期驗證。”

　　T-Point2試驗電廠于2017年動工，大部分主要工作均按原計劃完成，包括建造余熱鍋爐(HRSG);燃氣輪機，汽輪機和發(fā)電機的安裝;HRSG的水質(zhì)測試;全區(qū)受電;燃氣輪機旋轉(zhuǎn)。MHPS在4月2日宣布開始對T-Point 2試驗電廠進行調(diào)試，計劃于2020年7月1日投入商業(yè)運營。

　　燃氣輪機交付

T-Point2試驗電廠與M501JAC燃氣輪機的容量相匹配

　　正田表示：“每個項目都有時間表，其中包括針對不可預(yù)見問題的應(yīng)急計劃。但是，我們在T-Point2試驗電廠上的大部分活動均如期完成，因此我們無需部署應(yīng)急計劃。”

　　MHPS在2015年將蒸汽冷卻M501J升級為空氣冷卻的M501JAC。M501JAC的設(shè)計在T-Point電廠上進行了驗證，直到2019年，然后在市場上銷售。而在JAC系列重型燃氣輪機進行完全商業(yè)化運行之前，它將可以在T-Point2試驗電廠上繼續(xù)運行2年。在此期間，在T-Point2試驗電廠發(fā)現(xiàn)的任何問題都將被修改并接受驗證。這也使得MHPS的驗證方法具有獨特性，因為它不僅涵蓋原始設(shè)計，還涵蓋修改。

燃氣輪機轉(zhuǎn)子正在安裝中

　　MHPS的J系列燃氣輪機是在經(jīng)過驗證的G系列燃氣輪機設(shè)計上發(fā)展而來的。M501JAC燃氣輪機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更短的啟動時間。

　　追求更高的效率

　　像所有燃氣輪機制造商一樣，MHPS也一直在努力安全地擴大運行范圍的同時，實現(xiàn)最高效率，因為這可以為業(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試驗電廠已配備了“市場上最高效的重型燃氣輪機”。

　　燃氣輪機效率的提高主要是通過提高壓氣機壓比，最大程度地減少冷卻空氣量以及提高透平進口溫度來實現(xiàn)的。MHPS的技術(shù)具有高壓縮比(從23：1到25：1)，最佳的先進冷卻和增強的熱障涂層(TBC)的組合，可以實現(xiàn)較高的燃燒溫度。

燃氣輪機檢查

　　正田說：“在T-Point 2試驗電廠，我們記錄了目前市場上最高的透平入口溫度(1,650攝氏度)，這要歸功于具有最先進的TBC和空氣動力學(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試驗電廠測量和確認的聯(lián)合循環(huán)發(fā)電效率為64%。”

　　正田進一步解釋道：“我們還將通過使用日本國家項目開發(fā)的技術(shù)(1,700oC級超高溫燃氣輪機技術(shù)開發(fā)項目)，該項目旨在將燃氣輪機透平進口溫度提高到1,700oC，來驗證效率是否達到65%以上。”

　　證明燃氣輪機的可靠性需要時間

　　正田指出，MHPS認為在全面長期運行下驗證燃氣輪機很重要，也很必要。

　　機械故障，例如高周疲勞通常發(fā)生在運行100小時后。但是，其它故障模式，例如低循環(huán)疲勞(LCF)，僅在運行10,000小時后才會發(fā)生。實際上，LCF的主要破壞通常發(fā)生在燃氣輪機運行一到兩年后。

　　長期運行后，典型的現(xiàn)場問題還包括氧化，腐蝕，蠕變和微動。MHPS的驗證方法有助于確保將燃氣輪機安裝在客戶現(xiàn)場后獲得最佳的長期性能。除此之外，保險也要求至少8,000小時的運行時間作為機組可靠性的關(guān)鍵標準。

　　管理施工

　　盡管MHPS是一家典型的燃氣輪機制造商，但它也是一個工程，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項目由該公司的EPC團隊管理。正田指出，這項工作得到了很好的協(xié)調(diào)，因為MHPS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項目由該公司的EPC團隊管理。Masada指出，這項工作得到了很好的協(xié)調(diào)，因為MHPS在該項目上的合作伙伴很多在之前就合作過。

燃氣輪機控制室團隊

　　日本的建筑標準在世界范圍內(nèi)也得到公認。就T-Point 2試驗電廠而言，建造工作與東京奧運會的建造標準一致，日本東京奧運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試驗電廠仍準備了一支高素質(zhì)的員工隊伍，在施工高峰期，該項目每月記錄約20,000個工日。

　　正田說：“我們進行了強化培訓(xùn)，以維護工人的安全和健康，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。該項目的誤工率是驚人的0.00，可記錄的總事故率是非?？捎^的0.26。正田說：“即使我們在嚴格的時間表內(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)實技術(shù)和塊體隔熱系統(tǒng)。

　　在構(gòu)建階段使用混合現(xiàn)實來模擬裝配過程，該過程包括將實際工廠疊加在3D模型上。使用該工具，團隊能夠模擬大型設(shè)備的搬入和搬出，并以虛擬方式組裝主機。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)是一種用在燃氣輪機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)，團隊僅用240個工時就可以完成以前需要1200個工時的工作。

　　正田表示：“混合現(xiàn)實和塊絕緣系統(tǒng)解決方案非常有效，我們期望在未來的項目中使用這些技術(shù)。”

　　克服挑戰(zhàn)

　　由于T-Point 2項目的存在，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間，可能會造成嚴重的交通堵塞。

　　正田說：“我們實施了一個稱為射頻識別(RFID)的系統(tǒng)，每輛定期進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行跟蹤和登記，從而減少了入口停機時間。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，這可能是個問題。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，項目管理團隊面臨的最大挑戰(zhàn)是由于供應(yīng)商的錯誤，未能按時交付設(shè)備。T-Point2試驗電廠的設(shè)計采用風(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。但是，ACC供應(yīng)商在制造某些組件時遇到了質(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)計了一種創(chuàng)新的解決方案。我們最初的計劃是依次添加四個車道。相反，我們在短臂起重機上增加了一臺長臂起重機，能夠進行并行工作，最終趕上了進度。”

　　技術(shù)是T-Point 2試驗電廠的核心

　　可以說，T-Point 2試驗電廠最具創(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)驗為其提供了動力。它將大量的大數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為有價值的可行見解，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自動聯(lián)合循環(huán)發(fā)電廠。

　　正田說：“隨著我們進入數(shù)字時代，重要的是盡可能地利用新興技術(shù)來優(yōu)化運營，同時最大限度地提高經(jīng)濟效益。MHPS從2000年代初開始就在T-Point1電廠中實施TOMONI解決方案，從遠程監(jiān)控系統(tǒng)開始。從那時起，我們的TOMONI技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以自動進行某些功能進行遠程操作的地步。實際上，T-Point2試驗電廠的許多功能已經(jīng)實現(xiàn)了自動化。”

　　T-Point 2試驗電廠的AI-CPFM(人工智能-燃燒壓力波動監(jiān)測)系統(tǒng)是一個明顯的示例，該系統(tǒng)可以根據(jù)環(huán)境溫度，燃料成分和電網(wǎng)頻率變化進行快速參數(shù)調(diào)整，從而將燃燒波動降至最低。AI-CPFM系統(tǒng)目前正在T-Point 2試驗電廠進行系統(tǒng)驗證。

　　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計劃?，F(xiàn)在，使用AI技術(shù)可以自動執(zhí)行多個警報，以便操作員(無論是現(xiàn)場還是遠程)都可以得到適當(dāng)?shù)闹甘荆詼p輕強制性停機的情況。

　　T-Point 2試驗電廠的2020年

　　對于T-Point 2這個最先進的試驗電廠，在施工過程中出現(xiàn)意料之外的問題并不少見。對于施工團隊來說，最大的驚喜也許就是項目從頭到尾的平穩(wěn)性。然而，許多成功都可以歸因于良好的計劃。MHPS完成了多項新的設(shè)計審查，這些審查有效地反映在施工和調(diào)試活動中。

燃氣輪機總裝

　　出色的計劃是T-Point 2試驗電廠成功的關(guān)鍵。然而，讓設(shè)計團隊與項目保持緊密聯(lián)系，可以使任何必要的更改更容易及時實施。

　　正田強調(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際的施工現(xiàn)場。輕松進入施工現(xiàn)場有助于我們快速做出設(shè)計決策，以確保項目順利進行。”

　　如前所述，調(diào)試預(yù)計將在2020年7月1日完成。盡管這個復(fù)雜的建設(shè)項目涉及空間限制，但據(jù)報道調(diào)試工作進展非常順利，有4300多個傳感器，例如熱電偶，壓力傳感器和其他探測器。

　　2020年該試驗電廠取得的顯著成就還包括：

　　燃氣輪機首次點火– 2020年1月21日

　　全速空載運行– 2020年1月22日

　　25%負荷運行– 2020年1月29日

　　50%負荷運行– 2020年1月31日

　　滿負荷運行– 2020年2月5日

　　臨時拆除蒸汽管道– 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)運行開始– 2020年2月27日

　　聯(lián)合循環(huán)滿負荷運行– 2020年2月28日

　　一旦T-Point 2試驗電廠完全調(diào)試完畢，原先的T-Point電廠將退役，并已達到預(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試驗電廠將使我們能夠擴大新型燃氣輪機的試驗范圍，以滿足全球不斷變化的發(fā)電需求。”