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    • 信息技术在生物燃料发电的应用

        摘    要:

        分析表明,生物质能的各种转换技术,生物质发电具有转化效率高、经济社会效益好等优势。阐述生物质发电技术及进展,以及信息化技术在提高生物质发电厂燃料管理水平中的应用。

        资源和生态环境问题是当今世界面临的战略性问题,综观其他可再生能源,发展环境友好的生物质能源是保障生态链良性循环、实现经济社会可持续发展的战略需求。

        目前我国已初步形成了以生物质发电、沼气利用、生物质固体成型燃料、燃料乙醇、生物柴油等多种形式的生物质能源利用模式。其中,生物质发电技术对于改善能源结构、节能减排、环境保护、服务“三农”等方面都具有深远意义。

        在生物质电厂运营管理中,燃料成本约占发电总成本的 60%~70%,燃料收加储运环节是生物质发电企业管理的关键。在互联网、大数据、信息化高速发展的背景下,利用现代化高科技手段提高生物质电厂燃料管理水平具有重要的研究意义。本文通过调研,列举了地理信息系统、智能监控系统、手持智能终端、无线测温及消防自动灭火系统在生物质电厂燃料管理领域的应用和建议。

        1 生物质发电技术及进展

        生物质发电技术主要有三种: (1)直接燃烧发电技术;(2)秸秆/煤混合燃烧发电技术;(3)生物质气化发电技术。

        1.1 直燃发电技术

        生物质直燃发电技术,是将生物质直接送往锅炉中燃烧,产生高温高压蒸汽推动汽轮机做功、发电,生物质能转化成热能、机械能,进而转化成电能的过程。与常规的火力燃煤电厂相比,主要差别和难点在于生物质燃料的收储用以及锅炉燃烧技术方面。生物质直燃发电技术主要有两种:(1)水冷式振动炉排燃烧技术,以国能生物发电集团有限公司为代表;(2)循环流化床燃烧技术,以武汉凯迪生物发电企业为代表。

        1.2 混合燃烧发电技术

        秸秆/煤混合燃烧发电技术,是将秸秆掺混于煤粉中,输送到锅炉燃烧产生蒸汽,通过汽轮机驱动发电机发电。混燃发电技术在燃料输送、锅炉燃烧器设计与制造方面与常规火力发电不同。2005 年 12 月 16 日,我国第一个农作物秸秆/煤粉混燃发电项目在山东枣庄十里泉发电厂竣工投产,是我国生物质混燃发电技术的里程碑标志。

        1.3 气化发电技术

        生物质气化发电是把生物质转化为可燃气,再利用可燃气推动燃气发电设备进行发电的过程。我国典型的生物质气化发电项目是江苏省兴化5.5MW 整体气化联合循环发电项目。该项目创新性地提出了生物质气化—内燃机—蒸汽联合循环系统的工艺路线。

        2 信息技术在生物质电厂运营管理中的应用

        2.1 地理信息系统、导航电子地图的应用

        鉴于燃料分布不均衡、电厂布局不当是制约生物质发电行业发展的重要因素,2014 年发表的一篇文章提出,可以借助地理信息系统,助力生物质电厂选址和燃料资源量预测问题。

        导航和电子地图技术具有实时跟踪定位功能,可应用于燃料市场资源调研过程。在生物质发电行业建立之初,市场人员都是拿着纸板的地图手册开展资源调研工作。而现在一部手机就能解决所有问题,可以随时查看电子地图,在手机软件上电子标注燃料资源地,便于存储和汇总信息。

        文章作者提议建立生物质发电项目的数据库,在电子地图上标注已投产电厂的地理位置,服务于新建电厂的选址,以防止电厂布局过于密集,造成区域性资源紧俏、无序争抢的局面。通过卫星影像可以清楚地看到农林作物分布区域情况,借助系统提供的区域选定及面积计算功能,可以精确计算某种类型农林作物的面积,进而预测生物质燃料的产量及可收集量。

        整合了电子地图、导航定位、卫星影像和辅助图形功能的地理信息系统[5,6],可以应用于生物质发电行业,辅助生物质发电项目的选址、燃料资源量的预测,以及燃料市场调研工作。

        2.2 远程智能监控系统在产业集群中的应用

        2017年的一篇文章提出了“生物质发电产业集群”的概念,近年来很多区域的生物质发电或热电厂已初具规模,逐渐形成了以生物质发电为主的产业集群。远程智能监控系统可以实现运行数据显示、数据分析、智能预警和远程故障诊断等功能。

        燃料管理是整个生物质发电集群产业链中的难点,远程监控系统将各个电厂和燃料加工厂纳入监控管理,使燃料在合同、进场、卸车、化验、结算、报表、加工、配送等各个过程中都实现了数据化、智能化,从而规范和优化燃料管理流程。通过对燃料厂的信息监控,可以平衡各个燃料厂的生物质收储量,实现统一调度、合理分配的目的。

        2.3 无线测温和消防自动灭火系统在料场安全管理中的应用

        安全生产是生物质电厂运行管理的第一要务,由于生物质燃料易燃、料场存储量大等特点,在存储过程中,容易引发自燃或其他火灾事件。2018 年一篇文章对生物质直燃发电厂料场消防设计进行了探讨。文章提出为预防料垛内部温升引起的火灾,可在料垛内设置料垛无线测温监控系统,以实现对料垛温度远程自动监测报警功能,可有效预防料场火灾的发生。针对生物质电厂存储燃料的重要构筑物——干料棚,文章提出了在干料棚内安装消防自动灭火系统,可有效监控和扑灭初期火情炮。

        料垛无线测温监控系统和干料棚消防自动灭火系统,对于提升生物质料场的安全防火能力起到了积极作用。

        2.4 手持智能终端在生物质电厂中的应用

        为提高生物质发电厂燃料收购过磅计量、现场质检、安排卸车等环节工作的智能化水平,实现无纸化办公,2018 年的一篇文章介绍了一种用安卓平台、集成红外扫描硬件和 GPRS、WiFi 无线技术设计的移动手持终端设备,主要完成燃料采购自动识别、燃料种类甄别、杂质鉴定以及数据上传功能,结合其他部门的信息化系统,共同构建了生物质发电厂燃料采购自动化系统,提高了生物质发电厂燃料采购的信息化程度,为进一步建设“智慧电厂”打下了坚实基础。

        3 信息技术提升生物质发电厂的燃料管理水平

        生物质料场面积大、存储燃料多、安全风险大,料场巡检工作需要的人力多、工作量大,建议采用无人机等科技装备代替人工来进行料场巡检工作,提升料场巡检的智能化程度,同时也节省了劳动力和人工费用。针对生物质料场防火的关键环节,需时刻紧绷安全弦,除了人员巡检之外,可借助“萤石云视频”等手机软件,将料场的监控视频连接到管理者手机上,达到实时监控的目的。

        生物质电厂的燃料管理涉及燃料收、加、储、运四个环节,而运输费用在燃料成本测算中占有相当大的比重,如何避免出现以近距离的低价燃料冒充远距离的高价燃料,更好的管控供应商运输环节是值得研究的重要课题。建议在供应商手机或运输车辆上安装监控定位设备,通过与电信运营商合作,实现供应商运输路线的监控。

        4 结语

        生物质发电是我国集约化利用农作物秸秆、服务“三农”、提供清洁能源、助力生态环境保护和乡村振兴发展的重要方式之一,利国利民,具有广阔的发展前景。在当今科技信息化时代,互联网、大数据、区块链等先进技术和管理概念推动了国民经济的迅猛发展,希望更多的科技和信息技术能够应用于生物质发电行业,助力生物质发电行业平稳、健康的发展。

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