【行业动态】三菱新型燃气轮机发展的试验场，T-Point 2即将调试完毕

导读：6月1日，《POWER》杂志令人意外的授予日本三菱公司的燃气轮机试验电站T-Point 2为年度最佳电厂，并且认为其可能改变未来电厂的运行方式。除了为三菱的新型燃气轮机提供与实际电厂一样的运维环境外，该电厂还有望推动未来燃气轮机电厂自动化技术的发展。

T-Point 2试验电厂于2017年底开始施工

像大多数复杂的设备一样，燃气轮机需要大量的工程设计才能确保其能够可靠运行数十年而不会出现主要部件故障，因为失败的后果可能是巨大的，除了对电厂造成停机和额外维修成本外，灾难性故障还会导致人员受伤甚至死亡，这是不可接受的。

为了最大程度地减少出现故障的可能性，并证明组件可以长时间正常工作，所有燃气轮机制造商都会进行严格的测试，并在一段时间内使用同类产品来验证设计。重要的是，不仅对于客户，即便对于燃气轮机制造商而言，了解组件都能承受最恶劣的服役条件也很重要。不过，对于从设计到验证这一过程，全球没有2家公司是完全相同。

在某些情况下，燃气轮机制造商会以很大的折扣价出售“首台设备”，甚至为客户支付部分运营成本来推动在客户现场验证燃机。另一个办法就是燃气轮机制造商进行广泛的试车试验，以达到即便没有长期实际运行仍能证明其设计可行，不幸的是，这种方法可能会导致某些仅在运行期间的缺点无法在试车试验期间发现，从而导致后续不得不对相关组件进行大规模升级，导致整个项目亏损。

燃气轮机制造商自建电厂来验证新型燃机性能

三菱日立动力系统（MHPS）公司以一种完全不同的方式来验证其研制的燃气轮机。三菱重工（MHI）于1992年在日本横滨金泽市建立了首个50 Hz示范电厂，称为K-Point。该电厂的目标是在实际运行条件下验证该公司旗下的新研燃气轮机。（顺便说一下，三菱重工和日立公司于2014年2月合并其火电业务，合资建立了MHPS，但在2019年12月，日立宣布将退出该合资企业，而MHPS在2020年4月24日表示将更名为三菱电力，目前正在等待多个国家/地区反垄断机构的批准。）

1997年，三菱重工在其位于日本神户以西约50公里的高砂机械制造厂开设了一个60 Hz的示范电厂，称为T-Point。T-Point发电厂是独特的设施，旨在对燃气轮机联合循环发电厂的运行进行长期验证测试，同时将产生的电力输送给当地电力公司。

MHPS高级副总裁兼首席技术官正田-纯一郎（Junichiro Masada）在接受采访时表示：“三菱是燃气轮机制造商里首个自建示范电厂的，这彻底改变了先进燃气轮机的验证方式。在T-Point试验电厂建成之前，比如60 Hz的M501F燃气轮机，进行了满负荷试车测试（运行了100小时），而50 Hz的M701F燃气轮机，则在横滨K-Point电厂进行了部分负荷测试（但时间有限）。由于测试时间过短，导致我们在F级燃气轮机上遇到了多个问题。”

遭受这些经验教训后，MHPS决定在T-Point电厂上对60 Hz的M501G燃气轮机进行长期验证，完成后，再继续对50 Hz的M701G燃气轮机进行验证，从而保证这些产品实现100%的可靠。

正田解释道：“之后，我们又在T-Point电厂上对J级重型燃机进行了类似的试验，因此，我们今天对M501J和M701J的可靠性非常有信心。直到我们又开发出了M501JAC重型燃机，由于其容量（功率）太大而无法在T-Point电厂上运行，因此我们决定新建T-Point2试验电厂，M501JAC重型燃机的初步验证已经完成，我们将在T-Point2试验电厂上对它进行长期验证。”

T-Point2试验电厂于2017年动工，大部分主要工作均按原计划完成，包括建造余热锅炉（HRSG）；燃气轮机，汽轮机和发电机的安装；HRSG的水质测试；全区受电；燃气轮机旋转。MHPS在4月2日宣布开始对T-Point 2试验电厂进行调试，计划于2020年7月1日投入商业运营。

燃气轮机交付

T-Point2试验电厂与M501JAC燃气轮机的容量相匹配

正田表示：“每个项目都有时间表，其中包括针对不可预见问题的应急计划。但是，我们在T-Point2试验电厂上的大部分活动均如期完成，因此我们无需部署应急计划。”

MHPS在2015年将蒸汽冷却M501J升级为空气冷却的M501JAC。M501JAC的设计在T-Point电厂上进行了验证，直到2019年，然后在市场上销售。而在JAC系列重型燃气轮机进行完全商业化运行之前，它将可以在T-Point2试验电厂上继续运行2年。在此期间，在T-Point2试验电厂发现的任何问题都将被修改并接受验证。这也使得MHPS的验证方法具有独特性，因为它不仅涵盖原始设计，还涵盖修改。

燃气轮机转子正在安装中

MHPS的J系列燃气轮机是在经过验证的G系列燃气轮机设计上发展而来的。M501JAC燃气轮机采用空气冷却器代替蒸汽冷却器，从而使燃烧器具有较高的可操作性，包括比M501J更短的启动时间。

追求更高的效率

像所有燃气轮机制造商一样，MHPS也一直在努力安全地扩大运行范围的同时，实现最高效率，因为这可以为业主节省数百万美元的燃料成本并降低排放，该公司声称T-Point 2试验电厂已配备了“市场上最高效的重型燃气轮机”。

燃气轮机效率的提高主要是通过提高压气机压比，最大程度地减少冷却空气量以及提高透平进口温度来实现的。MHPS的技术具有高压缩比（从23：1到25：1），最佳的先进冷却和增强的热障涂层（TBC）的组合，可以实现较高的燃烧温度。

燃气轮机检查

正田说：“在T-Point 2试验电厂，我们记录了目前市场上最高的透平入口温度（1,650摄氏度），这要归功于具有最先进的TBC和空气动力学的最佳冷却气流。所有这些都导致了行业领先的效率，在T-Point 2试验电厂测量和确认的联合循环发电效率为64%。”

正田进一步解释道：“我们还将通过使用日本国家项目开发的技术（1,700^oC级超高温燃气轮机技术开发项目），该项目旨在将燃气轮机透平进口温度提高到1,700^oC，来验证效率是否达到65%以上。”

证明燃气轮机的可靠性需要时间

正田指出，MHPS认为在全面长期运行下验证燃气轮机很重要，也很必要。

机械故障，例如高周疲劳通常发生在运行100小时后。但是，其它故障模式，例如低循环疲劳（LCF），仅在运行10,000小时后才会发生。实际上，LCF的主要破坏通常发生在燃气轮机运行一到两年后。

长期运行后，典型的现场问题还包括氧化，腐蚀，蠕变和微动。MHPS的验证方法有助于确保将燃气轮机安装在客户现场后获得最佳的长期性能。除此之外，保险也要求至少8,000小时的运行时间作为机组可靠性的关键标准。

管理施工

尽管MHPS是一家典型的燃气轮机制造商，但它也是一个工程，采购和建筑（EPC）公司，在全球范围内提供交钥匙工程。因此，T-Point 2项目由该公司的EPC团队管理。正田指出，这项工作得到了很好的协调，因为MHPS能够与以前与日本合作的合作伙伴合作。

显然是OEM，但它还是工程，采购和建筑（EPC）公司，在全球范围内提供交钥匙工程。因此，T-Point 2项目由该公司的EPC团队管理。Masada指出，这项工作得到了很好的协调，因为MHPS在该项目上的合作伙伴很多在之前就合作过。

燃气轮机控制室团队

日本的建筑标准在世界范围内也得到公认。就T-Point 2试验电厂而言，建造工作与东京奥运会的建造标准一致，日本东京奥运会定于今年夏天举行，但由于新型冠状病毒大流行，导致推迟到了2021年。尽管如此，仍为T-Point 2试验电厂仍准备了一支高素质的员工队伍，在施工高峰期，该项目每月记录约20,000个工日。

正田说：“我们进行了强化培训，以维护工人的安全和健康，并提高工作质量。一些关键的入门培训包括建筑安全，道路安全，防灾以及健康和安全培训。提供培训是为了提高工人在开始从事该项目之前的技能，其结果是非常正面。”

培训带来了红利。该项目的误工率是惊人的0.00，可记录的总事故率是非常可观的0.26。正田说：“即使我们在严格的时间表内工作，我们也能取得如此出色的安全成果，我们为此感到自豪。”

除培训外，MHPS还提供了一些对策，以维护安全和提高生产率。例如，在炎热的夏季，工人使用“空调服”以保持凉爽并防止中暑。促成更安全，更高效的工作环境的其他首创技术还包括混合现实技术和块体隔热系统。

在构建阶段使用混合现实来模拟装配过程，该过程包括将实际工厂叠加在3D模型上。使用该工具，团队能够模拟大型设备的搬入和搬出，并以虚拟方式组装主机。该技术使工人能够显着提高生产率和质量控制。

专有的块状绝缘系统是一种用在燃气轮机壳体中安装绝缘的方法，可显着提高生产率。借助这种技术，团队仅用240个工时就可以完成以前需要1200个工时的工作。

正田表示：“混合现实和块绝缘系统解决方案非常有效，我们期望在未来的项目中使用这些技术。”

克服挑战

由于T-Point 2项目的存在，当地社区的交通拥堵存在潜在的问题。高砂的三菱工厂本身就拥有7,000多名员工，而在电厂施工阶段这一数字还有所增加。如果不采取任何措施，那么在早上通勤和其他高峰旅行时间，可能会造成严重的交通堵塞。

正田说：“我们实施了一个称为射频识别（RFID）的系统，每辆定期进入高砂工厂的车辆都配备了一种装置，以便可以在入口处对它们进行跟踪和登记，从而减少了入口停机时间。这样的解决方案使我们的员工和居民感到高兴。”

噪音污染是另一个障碍。为了缓解该问题，MHPS在该场所附近安装了隔音墙。

发电厂声音很大，当居民区离电厂很近时，这可能是个问题。为了减少噪声污染，MHPS安装了隔音屏障，例如在该图的左侧建造了墙壁。

但是，项目管理团队面临的最大挑战是由于供应商的错误，未能按时交付设备。T-Point2试验电厂的设计采用风冷冷凝器（ACC）而非海水冷却系统，以支持海洋环境保护。但是，ACC供应商在制造某些组件时遇到了质量控制问题，导致该系统的交付推迟了两个月。

正田解释说：“为了减轻延迟，我们通过采用新的组装方法设计了一种创新的解决方案。我们最初的计划是依次添加四个车道。相反，我们在短臂起重机上增加了一台长臂起重机，能够进行并行工作，最终赶上了进度。”

技术是T-Point 2试验电厂的核心

可以说，T-Point 2试验电厂最具创新性的特征是MHPS-TOMONI技术的集成。TOMONI是一套由用户驱动的数字化电厂解决方案，其尖端的分析和MHPS的丰富经验为其提供了动力。它将大量的大数据转化为有价值的可行见解，可以提高电厂的效率和盈利能力。借助TOMONI，T-Point 2有望成为世界上第一个自动联合循环发电厂。

正田说：“随着我们进入数字时代，重要的是尽可能地利用新兴技术来优化运营，同时最大限度地提高经济效益。MHPS从2000年代初开始就在T-Point1电厂中实施TOMONI解决方案，从远程监控系统开始。从那时起，我们的TOMONI技术已经发展到可以自动进行某些功能进行远程操作的地步。实际上，T-Point2试验电厂的许多功能已经实现了自动化。”

T-Point 2试验电厂的AI-CPFM（人工智能-燃烧压力波动监测）系统是一个明显的示例，该系统可以根据环境温度，燃料成分和电网频率变化进行快速参数调整，从而将燃烧波动降至最低。AI-CPFM系统目前正在T-Point 2试验电厂进行系统验证。

TOMONI还可以通过研究组件寿命预测，和预先预测可能的故障来分析维护计划。现在，使用AI技术可以自动执行多个警报，以便操作员（无论是现场还是远程）都可以得到适当的指示，以减轻强制性停机的情况。

T-Point 2试验电厂的2020年

对于T-Point 2这个最先进的试验电厂，在施工过程中出现意料之外的问题并不少见。对于施工团队来说，最大的惊喜也许就是项目从头到尾的平稳性。然而，许多成功都可以归因于良好的计划。MHPS完成了多项新的设计审查，这些审查有效地反映在施工和调试活动中。

燃气轮机总装

出色的计划是T-Point 2试验电厂成功的关键。然而，让设计团队与项目保持紧密联系，可以使任何必要的更改更容易及时实施。

正田强调道：“我们感到惊讶的是，我们没有看到任何重大‘惊喜’，鉴于设计办公室位于数分钟之遥，因此，一旦出现问题，我们就能立即访问实际的施工现场。轻松进入施工现场有助于我们快速做出设计决策，以确保项目顺利进行。”

如前所述，调试预计将在2020年7月1日完成。尽管这个复杂的建设项目涉及空间限制，但据报道调试工作进展非常顺利，有4300多个传感器，例如热电偶，压力传感器和其他探测器。

2020年该试验电厂取得的显著成就还包括：

• 燃气轮机首次点火– 2020年1月21日

• 全速空载运行– 2020年1月22日

• 25%负荷运行– 2020年1月29日

• 50%负荷运行– 2020年1月31日

• 满负荷运行– 2020年2月5日

• 临时拆除蒸汽管道– 2020年2月8日至24日

• 管道镜检查– 2020年2月14日

• 联合循环运行开始– 2020年2月27日

• 联合循环满负荷运行– 2020年2月28日

一旦T-Point 2试验电厂完全调试完毕，原先的T-Point电厂将退役，并已达到预期目的。MHPS总裁兼首席执行官Ken Kawai表示：“多年来，我们已经证明了我们有能力开发和制造用于发电行业的最前沿解决方案。在原始T-Point电厂的基础上，T-Point 2试验电厂将使我们能够扩大新型燃气轮机的试验范围，以满足全球不断变化的发电需求。”

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