【张文亮-《电网技术》编辑部】在全球能源结构深度调整的背景下,一条贯穿电力工程全生命周期的隐性逻辑正被重新书写:水系统不再是发电主机的被动配套,而是决定机组能效、碳排强度与极端气候适应性的核心变量。长期以来,火电、风电项目的给排水设计独立于发电系统运行,导致冷却水循环与机组出力脱节、极端工况下水热失衡、碳核算遗漏水循环环节——这些结构性缺陷在双碳目标与极端天气频发的双重压力下暴露无遗。

　　电力设计院高级工程师刘丽琴,以近三十年的工程实践与原创研发为根基,率先构建起覆盖"设计-运行-运维-核算"全链条的水-电协同优化体系。该体系以5项专利、20套技术系统著作权、3套智能软件为核心支撑,通过主辅机耦合冷却、气候自适应设计、数字孪生运维与一体化碳核算四大模块的深度耦合,实现了发电负荷与水循环参数的实时联动。经国内14个省份32个重大工程、57台机组的规模化验证,这一体系将电力水系统综合故障率稳定控制在0.5%以下,年均可为单座大型电站创造数千万元的综合效益,为全球火电、风电项目的降本减碳提供了标准化、可复制的工程路径。

　　从"配套系统"到"耦合中枢":水电关系的范式重构

　　传统电力工程设计中,给排水专业与发电主机专业长期处于"各自为政"的状态。设计阶段,水系统按最大负荷静态配置,无法随机组出力波动动态调节;运行阶段,冷却水流量、温度与机组背压、效率缺乏联动,低负荷时大流量空转、高负荷时供水不足成为常态;运维阶段,北方冬季防冻、沿海高盐腐蚀、西部高海拔缺水等问题依赖被动防护,缺乏与发电数据协同的前瞻预警。

　　刘丽琴在长期的工程实践中发现,这种割裂不仅造成资源浪费,更在极端气候下直接威胁电网安全。2021年美国德州寒潮导致大量电厂因水系统冻损被迫降载,经济损失逾百亿美元;国内北方风场冬季因管线冻堵年均停机超150小时,单座百万千瓦级风场额外运维成本高达数百万元。这些事故的共同根源在于:水系统与电系统从未被当作一个统一的能量网络来设计。

　　基于这一认知,刘丽琴提出了"水-电协同优化"的核心理念:将给水排水系统从静态配套升级为与主机出力、环境温度、碳排强度实时耦合的动态中枢。她牵头编制的三项技术标准(Q/ZQGC 001-2023至003-2025)首次将气候自适应设计、碳足迹核算与水电联动参数纳入统一规范,填补了电力工程在"极端环境+低碳核算"交叉领域的标准空白。目前,这三项标准已被12家电力设计院纳入强制设计依据,推动行业设计变更率从40%降至16%,从源头上减少了数十亿元的工程返工浪费。

　　四维技术矩阵:破解全气候区运行瓶颈

　　刘丽琴的技术体系并非单一设备的改良,而是针对火电、风电全场景的系统重构,其核心可概括为四个维度。

　　负荷联动冷却系统 打破了主辅机冷却独立运行的传统架构。通过原创的冷热介质双向交换结构(专利号:ZL 2023 2 1057050.4),系统可根据机组实时出力自动切换顺流与逆流冷却模式,满负荷时扩大换热面积,低负荷时自动关停冗余辅冷设备。在绥中2×800MW超临界火电机组的应用中,该系统使夏季机组出力提升4.2%,全年冷却用电下降19.5%,单厂年节约标准煤近1.5万吨。

　　极端气候自适应系统 则针对全球四大气候区开发了差异化解决方案。在北方严寒地区,光伏辅热主动防冻系统利用风机就地光伏发电为防冻管网供热,替代高耗能的全时段电伴热,使通辽1GW风场冬季防冻能耗降低38%,管线冻堵故障率从行业平均12.3%降至0.47%。在沿海高盐雾地区,四级梯度防腐体系将管线年腐蚀速率从0.1mm降至0.015mm,设备寿命从8年延长至25年。这一技术已在科特迪瓦桑贡372MW燃气电站等海外项目中通过ASME标准验证,成为中国技术出海的标杆。

　　数字孪生智能运维平台 构成了体系的"神经中枢"。平台自研的SVM水质预测与CNN故障识别算法,可打通机组SCADA系统与全域给排水传感器数据,提前72小时预判因水电不匹配引发的停机隐患。传统故障排查需4小时以上,该平台将平均处置时间压缩至28分钟,非计划停机时长下降91%。吉林白城300MW热电厂应用后,连续18个月实现水系统零非计划停机。

　　一体化碳核算系统 则解决了全球低碳政策下的合规痛点。自研的LCA-IB混合碳核算模型同步统计发电与水循环全链条的水耗、碳排放,计算误差低于2.9%,完全匹配美国EPA统计规范与IRA补贴申报要求。这意味着美国电厂采用该体系后,可精准核算碳减排量以获取税收抵免,单座660MW机组每年可申领超150万美元的政策红利。

　　从工程现场到行业基础设施

　　技术价值的终极衡量,在于其能否超越单个项目,成为行业公共品。刘丽琴的水-电协同体系已完成了从企业技术到行业基础设施的跃迁。

　　在商业化层面,该体系通过第三方企业实现授权落地,覆盖火电、风电、石化、煤化工等7大基础产业。国家知识产权局实施清单显示,相关技术已部署于14个省份、32个工业项目、57台机组,涵盖严寒、干旱、高温、高海拔全部四类极端气候区。中国电力规划设计协会独立核验报告指出,该体系累计创造经济效益12.36亿元,年均节电4.23亿千瓦时、节水806万立方米、减少二氧化碳排放34.7万吨。

　　在标准层面,刘丽琴主导编制的两项国家级行业规范已被纳入全国电力工程设计通用标准,成为新建项目的推荐设计依据。在人才层面,依托万企千校产业教授身份,她将整套技术转化为6门核心实训课程,被高校引进,使毕业生岗位适配率从48%提升至91.6%。在评审层面,作为中科盛创国家级平台首席评审专家,她将水电协同量化指标纳入行业技术成果评审标尺,近两年完成的15项国家级评审均参照该体系优化,引导行业研发从单一设备改良转向系统化成套方案。

　　结语

　　从东北电力设计院的一线工程师,到国家级技术标准制定者、国际技术输出者,刘丽琴用近三十年的实践证明了:在电力工程中,水与电的协同优化不是锦上添花,而是决定系统能效、安全与碳排强度的底层架构。她的水-电协同体系不仅为中国能源基建的精细化升级提供了工具,更以其对全球极端气候的适应性、对美国IRA政策的精准对接,成为新型电力系统建设中的标准化解决方案。随着更多国内外项目的落地,这套源自工程现场的原创技术,正在重塑全球火电与风电的运行逻辑。(文/张文亮-《电网技术》编辑部)