冷却系统

随着云时代的到来，互联网的算力正在集中向云厂商和大型互联网公司的大型数据中心，在我国力争实现2030年前碳达峰、2060年前碳中和的背景下，一方面这些数据中心正面临严峻的节能降耗和温室气体排放挑战，另一方面更集中的数据中心也为更加集中高效地降低数据中心的碳排放提供了机会。在过去的十余年间，数据中心绿色化的重点更多地偏向于数据中心本身的能源有效利用率的改善，通过对散热、冷却系统和服务器性能优化等，降低PUE(PowerUsageEffectiveness电源使用效率)，让更大比例的电能被用于计算机之上，而非辅助设备的用电，截止目前，部分互联网和IDC企业的PUE可以降低到1.3左右(PUE的基准数值为2，数值越接近1表明能效水平越好)。然而，只降低PUE值并不能让软件系统的能源尽可能高效地应用于服务用户、提高用户体验上仍然有可能有算力被无谓地浪费。因此，在数据中心硬件绿色化建设的基础之上，软件也在相应地为更好的硬件运用效率做优化，在保持服务能力和用户体验的同时，尽可能地提升绿色化。也就是说通过技术手段对计算资源科学分配，可以在降低碳排放的同时，实现算力共享、错峰使用，提高单位算力的效率。蚂蚁集团作为互联网企业的代表，其服务器使用量核数远超百万，服务器规模排名世界前十。为在保证服务稳定的前提下，改变因数据中心长期资源利用率低下造成造成数据中心电力资源浪费的现象。蚂蚁集团积极探索通过技术创新实现计算资源的合理分配。提高资源的利用效率减少服务器的用量，实现”双碳”目标。

当今世界，卧式离心泵在很多工业领域广泛应用，在换流站内换流阀冷却系统的主循环泵、喷淋泵大多采用此美水泵，这些设备的运行安全可靠与否直接关系到电网的安全稳定，所以，对主泵、喷淋泵的运行工况有一个清楚的掌握是十分必要的。 轴承作为水泵的关键部件，因长期处于高速旋转的运行状态，其故障磨损率非常高，故《超高压输电公司直流输电换流阀冷却系统检修工作标准（2016版）》要求每年均须对阀冷系统主泵、喷淋泵轴承进行检查，但由于缺乏简单高效的检查手段，所以只能利用停电检修机会对水泵进行解体检查，这种方式不但费时费力（据统计常规解体检查方法单台水泵因重量较大需要4-5人工作3-4小时才可完成而且每次解体都要将昂贵的机械密封报废（《超高压输电公司直流阀冷系统易损元件定期更换工作标准（2016版）》规定机械密封每次拆卸均需更换），所以传统的作业方式不但会造成大量人力物力的损失，还会造成材料成本无畏的浪费。 本职工创新项目研发的卧式高心泵轴承内疯仪，利用微型高清摄像头配台无线传输技术，可以在不解体水泵的条件下通过水泵上方狭小的注油孔直接采集轴承图像，准确判断轴承是否存在磨损、发热等常规缺陷，实现了简单、高效、直观的轴承检查，节省了大量人力和时间成本，也避免了材料费的无谓损失。

储能电池包的热管理设计是保证储能系统安全运行的重要因素。基于STAR-CCM+平台对不同冷却方式的储能电池包进行结构优化。对比分析了传统间接式液冷、浸没式冷却以及优化后浸没式模型的散热性能，为浸没式储能电池包的设计和开发提供了重要参考。通过仿真与实验对比，验证了所提模型的准确性，所提方法可为储能锂离子电池包热管理设计提供指导。

非能动余热排出热交换器（PRHR HX）是第三代先进非能 动核电厂（AP 系列）特有的核安全一级设备，是非能动堆芯 冷却系统的关键安全设备之一，对核电厂在各种瞬态及事故 工况下堆芯衰变热导出及安全性有重要影响。本项目属于 “大型先进压水堆及高温气冷堆核电站科技重大专项”中 “CAP1400 核岛重大设备设计技术研究”课题的一个重要研 究内容，开发了非能动余热排出热交换器热工水力、结构力 学及流致振动等分析方法和试验技术，实现了该设备高精度 全尺寸安全分析及设计，为第三代先进非能动核电厂的核安 全审评和 AP 系列核电厂设备的国产化提供了重要支持。本成果对非能动余热排出热交换器结构设计、安全分析 和安全审评都有重要的参考价值，项目过程中产生的技术、 程序均具有自主知识产权，填补了国内空白，同时可以推广 应用于在役核电厂类似设备的技术改造，具有显著的经济效 益和社会效益。

本课题针对内陆电厂烟气-粉煤灰排放体系特点、海滨电厂海水循环冷却系统杀生 需求，首创性地提出旁路烟气蒸发、电解制氯资源化利用两种总体技术路线，并围绕关键装备开发、整体系统设计、设备运行控制等多项关键技术开展研究，开发了预处理-膜浓缩-旁路烟气蒸发系统设计方法、烟-水耦合自动运行控制方案和系统运行控制技术：开发了末端高盐废水膜脱氨耦合电解制氯、无软化纳滤分离耦合电解制氯技术，建成了示范工程，形成了经工程验证的成熟技术体系，可满足内陆、海滨各类电厂末端废水零排放改造的追切需求。

当前电力行业对燃机发电技术探索不系统，燃机数据的集成、分析和管理技术相对落后，数据化、智能化水平仍需提高。燃机机组起停率和故障率较高，影响机组性能与可靠性。重型燃气轮机在电力生产运行中存在：冷却密封系统异常引起停机故障频发；透平密封冷却系统主要故障类型不明、故障识别率亟待提高；边缘计算算力不足、时效性低等问题。针对上述问题，项目构建了燃机透平排气密封冷却系统故障预警诊断技术，融合了包括云计算、大数据两大基础平台和机器学习、模式识别、人机交互三大通用技术的技术体系，并首次实现了燃气轮机故障预警和性能优化的有机融合、重型燃机透平冷却密封系统故障预警诊断。 项目成果在我国特大型电力集团中开展广泛推广和工程应用，成果应用分布全国5省市，成功对5家发电企业、11台燃机机组的透平系统的运行状况进行监测诊断。有效避免了设备异常可能导致的临时消缺和非计划停运，解决了燃机透平温度异常停机故障。项目整体累计实现经济效益近6500万元，项目研发获得授权专利10件、软件注册权1项，发表科技论文5篇。经中国电力企业联合会鉴定达到国际先进水平。燃气轮机透平排气密封冷却系统故障预警诊断技术的广泛应用必将进一步推动我国人工智能相关的前沿产业持续健康发展，有力支撑数字化化、网络化、智能化发展迈上新台阶。

目前，国内外运行的大、中型变压器采用强迫油循环风冷却模式的还占有相当大的比例。尤其是我国上世纪90年代及以前投入仍在运行的变压器采用强迫油循环风冷模式的占80%以上。这种冷却方式采用多台潜油泵强迫变压器油流过变压器绕组和铁芯将变压器运行中的发热带出变压器本体，在冷却器内通过多组风机产生的强迫油循环风冷实现对流换热维持变压器绕组和铁芯温度在允许范围之内。对于大型变电所，一年内变压器冷却系统中潜油泵和风机所消耗的电能约占所用电的50% ~ 70%，同时随着国家经济的飞速发展，土地供应日趋紧张，用电需求逐年增加，变电站从原来的敞开式逐渐向室内转变，变压器容量越来越大，如今许多大容量变压器被安装在封闭的变压器室内，在节约土地同时，也带来了变压器有效散热的难题。目前解决这类问题，普遍采用在变压器室加装风机加速空气对流辅助散热，为了确保将变压器室内的热量及时排出，普遍地将风机全年强制运行，这将造成极大的电能损耗和经济损失，因此，研制新型变压器冷却系统实施节能控制具有十分重要的意义。 目前，深圳及南方电网甚至全国电力系统中在运行的大中型变压器普遍采用强迫风冷却或强迫油循环风冷却方式，这种冷却方式的运行原则是:根据变压器容量的大小，配置数组强迫油循环风冷却器，每组冷却器由1台潜油泵和2 ~ 4台风机组成。一般要求冷却器1组备用、1 ~ 2组辅助、其余冷却器全部投入运行。凡是投入运行的冷却器都是在工频下满负荷工作，这就可能造成冷却量大于变压器发热量的情况，这种不平衡造成了电能的浪费，增加了厂站用电量，提高了厂站用电率。 建设智能电网是未来我国电网的发展方向。智能电网的建设需要具有智能化的基础设施。本项目主要研究变压器冷却系统优化节能运行控制方式，研制采用Fuzzy和Fuzzy_ PID 控制技术、无触点控制技术、PLC 控制技术等高新技术的新型控制装置，用以取代现有常规控制装 置，实现变压器冷却系统的节能、优化和智能运行，为智能电网建设奠定基础。

项目属于环保节能领域，经中国电机工程学会组织鉴定，成果居国际领先水平。 近年来，随着《水污染防治行动计划》（“水十条”）等一系列法规政策相继出台，作为用排水大户的火电厂节水和废水零排放压力日益严峻。闭式循环水系统是火电厂最大取用水系统，但在浓缩倍率控制上存在滞后、波动大等问题，节水潜力极大。脱硫系统是最主要的终端废水排放系统，产生的脱硫废水成分复杂、排放量大。现有零排放技术多为终端处理技术，工艺复杂，投资运行成本高。另外，多数火电厂采用循环水排污水作为脱硫系统补水，系统之间存在水质和水量上的耦合影响。因此，针对循环水和脱硫系统开发源头减量协同治理与集成优化技术对火电厂节水和废水零排放具有重要意义。项目在循环水系统浓缩倍率高位稳定控制、脱硫废水源头治理以及系统集成优化运行等方面开展了研究。统水气指标监督体系和预警边界条件，研发了水质监督和水量调度集成优化平台，实现了循环水-脱硫系统水质监督诊断和水量优化调度。 研究成果已在大唐国际张家口发电厂等多家电厂成功应用。项目申请发明专利6项，获实用新型专利22项、软件著作权4项，主编或参编行业标准2项，发表科技论文19篇。项目显著促进了我国火电行业节能减排技术进步，为其他行业循环冷却系统节水和废水处理提供了重要借鉴，为提升我国水资源利用效率和保障经济社会持续健康发展做出了积极探索和重要贡献。

《超临界间冷机组高背压循环水供热在线切换技术》的原理是根据超临界间接空冷机组的特点，采用双温区凝汽器供热技术方案及切换方案。凝汽器采用两路独立冷却水源，各半侧运行，两个温区换热。即凝汽器半侧通过热网循环水被汽轮机低压缸排气余热加热，实现对外供热，半侧通过空冷岛冷却循环水，做为备用、调峰冷却系统。 供热系统中，热网水回水通过阀门控制，先到凝汽器的一个通道，流量大约13500-14500t/h。凝汽器背压升至33～38kPa（机组允许最高背压48kPa），对应排汽温度71～75.5℃，热网回水在凝汽器被加热到68~72℃，再经过热网循环泵升压后进入热网首站，在热网首站的加热器通过抽汽进行二次加热至热用户需要的温度后供给热网系统。 备用冷却系统中，系统利用原间冷塔的循环水系统和管道，再增加小容量变频水泵与原有的泵并联运行，通入凝汽器另一个通道，适应160MW到310MW之间的电负荷调峰或电负荷波动，还有确保热网异常时可随时投入循环水，防止热网水中断时机组背压超限，而停机。 机组高背压供热中只运行变频循环泵，变频循环泵根据汽轮机低压缸末级叶片安全监控系统给定的指令自动调节变频循环泵转速来控制冷却水流量，冷却水通过凝汽器的另一侧半边循环中带走排气部分热量，使机组背压在允许背压范，从而确保机组低压缸末级叶片在安全允许范围内运行。变频循环泵同时为凝结水换热系统提供冷却水，防止凝结水温度高而精处理树脂失效。 该技术采用超临界间冷机组双温区凝汽器供热及切换方案，回收汽轮机低压缸排气余热来对外供热，实现提高现有机组供热能力，煤耗指标大度下降。 1、该技术具有以下创新点； 1）高背压供热、抽凝供热、纯凝发电工况可在线切换，机组可连续运行； 2）最大限度减少热网对机组本身的安全，可实现停热不停机； 3）具有机组背压自动调节、控制功能； 4）具有背压供热兼具电负荷调峰功能。 2、成功授权以下4项实用新性专利，受理2项发明型专利： 1）问接空冷高背压机组电网调峰能力与供热需求的协调控制系统；（专利号：201621237597.2） 2）间接空冷机组高背压运行优化系统；（专利号：201621237839.8） 3）具有供热和纯凝双模式的凝结水精处理运行系统；（专利号：201621237838.3） 4）一种间接空冷机组高背压运行备用冷却应急系统（专利号：201621238587.0）