近年來，電網運行模式邁入了一個新階段，呈現出更加分散化且難以預測的特點。這一變化主要源于可再生能源在能源結構中的占比越來越高，同時，隨著供暖和交通領域電氣化進程的加速，電力需求也變得更加復雜和多變。

在過去，傳統發電廠，如聯合循環發電廠、水電站和核電站，主要承擔基荷發電的角色，其輸出功率調整相對穩定且可預測。而調峰電廠、抽水蓄能水電站以及需求響應策略則主要負責實時平衡電網負荷。

如今，可再生能源的興起改變了電網的運行模式，不僅帶來了更多不確定性因素，還提高了對可調度傳統發電廠的依賴程度。由此引發的頻繁啟停、關機和快速負荷增減，給這些發電廠及其設備帶來了顯著的壓力。這可能導致汽輪機變形，鍋爐和換熱器出現頻繁的熱循環，以及管道和閥門遭受有害的熱沖擊。其中，聯合循環發電設施受到的影響尤為顯著，可能會面臨運營和維護成本上升、安全跳閘事件增加、運行效率降低以及排放量增加等諸多問題。

為什么說現代化改造迫在眉睫

短期的波動通常可以通過靈活的資產來管理。然而，更大范圍的系統級挑戰，例如與“鴨子曲線”（即一天中峰值負載與可再生能源發電量之間的落差）相關的傍晚負荷陡然增長，需要傳統發電廠提供快速且靈活的響應。此外，市場結構正在發生變化，輸電系統運營商正在對靈活性給予獎勵。這些因素共同構成了一個有力的理由，促使公用事業部門投資于短期資產和長期現代化戰略。

發電廠的現代化可以涵蓋從升級控制系統和軟件，到更換機械和電氣資產，甚至是整個機組的更新換代。在許多傳統發電廠（如水電或聯合循環發電廠）中，控制和安全系統在設計之初并沒有考慮到當今動態的運行條件。

為了保持競爭力，電廠運營商需要更智能、以數據為驅動的系統，這些系統能夠實時優化性能，降低成本和排放，適應不斷變化的市場條件，并避免大規模的翻新改造。

傳統控制系統有何不足之處？

數十年來，發電廠一直依賴于傳統的控制系統，這些系統主要圍繞簡單的比例-積分-微分（PID控制系統）回路構建，用于管理關鍵變量的設定點輸出并維持推薦的運行閾值。這些系統是為發電廠穩定運行在基荷狀態且電網需求較為可預測的時代而設計的。

然而，由于PID回路僅支持單變量控制，它們在處理實時性能優化所需的復雜多變量交互時顯得力不從心。特別是在可再生能源整合所帶來的動態條件下，這種情況尤為明顯，導致電廠運營商在運行設備時往往采取保守的方式。

這樣一來雖然降低了風險，但也限制了性能，并導致以下幾個關鍵問題：

•   響應遲緩：缺乏預測能力，發電廠無法快速適應可再生能源發電的突然激增或驟降。

•   手動調整：隨著條件的變化，如燃料組合、負荷需求或環境溫度，操作員頻繁手動調整，這不僅導致效率低下，還容易引發操作員疲勞。

•   燃料利用效率低下：雖然增減負荷是必要的，但如果沒有協調，會導致溫度和壓力等變量不穩定，加速設備磨損，并增加燃料消耗。

•   排放增加：超出最佳運行條件的波動會增加碳和氮氧化物的排放。

•   電網罰款：無法滿足快速響應要求的發電廠，在現代能源市場中會失去寶貴的靈活性獎勵。

先進過程控制系統成為電廠現代化轉型的理想之選

EcoStruxure APC先進過程控制系統改變了這一局面。盡管APC先進過程控制系統在煉油、石油天然氣以及化工等行業已經應用了數十年，但近年來的技術進步使其在發電廠的應用也愈發廣泛。如今的APC先進過程控制系統變得更加靈活、易于集成，并且更適合實時電網需求，使其成為傳統發電廠現代化改造的理想選擇。

EcoStruxure APC先進過程控制系統并非依賴保守的設定點和手動干預，而是安裝在現有的DCS分布式控制系統之上。其預測模型能夠識別真正的最佳運行區域，并推動過程向最佳區域靠攏。它在尊重操作員和工程師定義的約束條件的同時，優化安全性、效率和靈活性。APC并不是取代發電廠的核心控制系統，而是對其加以增強。

我們可以將EcoStruxure APC先進過程控制系統當成一位智能助手，它能夠持續監測工廠狀況并進行預測性的實時調整。它不再依賴操作員手動修正，而是分析燃料和空氣需求、空氣分配或負荷增減等因素如何與工廠的關鍵變量（如壓力、溫度或排放）相互作用，然后同時對它們進行優化，以實現最大效率、安全性和靈活性。

實現從被動響應到主動預測

與傳統系統不同，EcoStruxure APC先進過程控制系統能夠主動調整操作，并在電網條件波動時幫助維持最佳性能，具體表現為：

•   同時微調多個變量：該解決方案考慮工廠內復雜的多變量關系，而不僅僅是一次調整一個參數，從而將操作推向最佳點。

•   多功能處理：比人工處理能力更強，同時平衡效率、靈活性和排放。

•   預測變化而非被動響應：預測模型分析實時狀況，并在效率低下出現之前主動調整工廠操作。

這有助于實現以下目標：

•   提高效率，降低燃料消耗：工廠使用更少的燃料，延長設備使用壽命，穩定運行并減少不必要的波動。

•   無需大規模基礎設施變更即可集成：先進的優化解決方案被疊加在現有的DCS分布式控制系統上，無需停機或大規模改造。

•   更快的投資回報（ROI）：即使是1-2%的小效率提升，也能轉化為每年數十萬美元的節省，投資回報通常在一年內實現。

現代先進過程控制系統設計用于與任何現有的DCS配合工作。它們獨立運行，并對操作員保持透明。一旦配置完成，該系統直觀易用，易于監控，且幾乎無需手動干預，使其成為一個值得信賴的工具，而非一個“黑箱”。

帶來實際可衡量的收益

這些好處已經在全球各地的發電廠中得到驗證。例如，美國一家400兆瓦的燃煤電廠部署了EcoStruxure APC先進過程控制系統進行預測性過程優化，效率提升了0.7%，每年減少1.5萬噸二氧化碳排放，氮氧化物排放減少了24%，每年節省近70萬美元。

此外，西班牙一家生物質發電廠也取得了類似的成果。他們的燃料節省達到了每年15萬美元，排放減少了10%，操作員手動干預顯著減少，減輕了員工和電廠自身的壓力。

有助于贏得未來競爭優勢

我們見證了先進過程控制系統如何能夠轉變發電廠的運營。如今，我們的EcoStruxure APC先進過程控制系統解決方案已在全球超過300個安裝點投入使用，幫助運營商減少能源消耗、降低排放并提高盈利能力。

隨著能源轉型的加速，可再生能源將繼續增長，電力生產進一步分散化，電網需求將變得更加動態。這為發電廠運營商提供了一個絕佳的機會，去擁抱實時優化和預測性控制，以提高效率和可持續性，并在一個日益復雜的市場中獲得競爭優勢。