智慧電廠技術(shù)路線探討與研究

國(guó)家電力投資集團(tuán)有限公司 華志剛

目前，國(guó)內(nèi)專(zhuān)家學(xué)者和研究人員已對(duì)智慧電廠的概念、架構(gòu)、體系以及一些關(guān)鍵技術(shù)做了一定的研究，包括對(duì)于火電智慧電廠的關(guān)鍵技術(shù)與技術(shù)路線的研究。本文在前期研究的基礎(chǔ)上，以應(yīng)用架構(gòu)為切入點(diǎn)，結(jié)合火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的頂層設(shè)計(jì)與各關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的實(shí)際情況，探討目前整個(gè)行業(yè)重點(diǎn)關(guān)注和研究的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展方向，提出火電智慧電廠建設(shè)總體技術(shù)路線。

火電智慧電廠的應(yīng)用架構(gòu)

智慧電廠的系統(tǒng)架構(gòu)通?？捎芍悄軅鞲衅髋c智能硬件、數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)融合、應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù)、功能應(yīng)用和交互等多個(gè)層次構(gòu)成，不同火電廠根據(jù)自身需求可建立相應(yīng)的應(yīng)用架構(gòu)。

考慮火電廠的典型應(yīng)用場(chǎng)景劃分以及目前典型火電廠的組織機(jī)構(gòu)設(shè)置，推薦將智慧電廠應(yīng)用架構(gòu)劃分為智慧數(shù)據(jù)、智慧安全、智慧生產(chǎn)、智慧經(jīng)營(yíng)、智慧綜合五大技術(shù)領(lǐng)域。

火電智慧電廠的技術(shù)路線

智慧數(shù)據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化、一體化的全廠數(shù)據(jù)融合平臺(tái)是智慧電廠建設(shè)的基礎(chǔ)。在設(shè)計(jì)建設(shè)和生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)階段，可以分別重點(diǎn)關(guān)注數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)平臺(tái)一體化兩個(gè)方向。

1.數(shù)字化設(shè)計(jì)。

智慧電廠的數(shù)字化設(shè)計(jì)可以伴隨著電廠的全壽命周期，它能夠提供清晰、準(zhǔn)確的三維數(shù)字化系統(tǒng)/設(shè)備/零部件的位置、參數(shù)、狀態(tài)展示，可實(shí)現(xiàn)三維模型與全廠設(shè)備數(shù)字化檔案聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一化。

考慮數(shù)字化技術(shù)和三維技術(shù)在火電廠的應(yīng)用場(chǎng)景，可以將數(shù)字化設(shè)計(jì)劃分為數(shù)字化檔案、三維數(shù)字化交互、三維建模設(shè)計(jì)、全廠四碼合一、數(shù)字化移交、三維模型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)展示等功能。

2.一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)。

建立一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)的目的是打通生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)多個(gè)環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)孤島，是智慧電廠數(shù)據(jù)治理的重要工作內(nèi)容。關(guān)鍵技術(shù)主要包括高效分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與關(guān)系數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等。通過(guò)建立開(kāi)放統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)構(gòu)建集數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理、分析為一體的數(shù)據(jù)平臺(tái)，深入挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，實(shí)現(xiàn)火電廠運(yùn)行、設(shè)備、燃料、經(jīng)營(yíng)等數(shù)據(jù)的融合互通。

智慧安全

火電智慧安全的目的在于確?；痣姀S基建、生產(chǎn)過(guò)程中的人員和設(shè)備安全，以及網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)交互過(guò)程的安全。根據(jù)時(shí)間階段和應(yīng)用的空間范圍不同，智慧安全劃分為基建安全、生產(chǎn)安全和網(wǎng)絡(luò)信息安全三個(gè)方向。

1.基建安全管理。

在火電廠基建期，規(guī)章制度的建立、人員的磨合培訓(xùn)、設(shè)備的安裝使用都處于初始階段。在基建階段建立一套成熟的工程安全支持系統(tǒng)，全面應(yīng)用智慧化、移動(dòng)化的基建安全管理技術(shù)，將會(huì)帶來(lái)基建工程安全管理水平的全面提升。

工程建設(shè)的安全、質(zhì)量、進(jìn)度、造價(jià)等因素綜合考慮，將四大控制、智能門(mén)禁、電子圍欄、施工機(jī)械設(shè)備管理、人員三維定位、外包工管理、車(chē)輛自動(dòng)識(shí)別、違章行為識(shí)別管理等功能進(jìn)行合理的部署與實(shí)施，將顯著提高基建過(guò)程的安全管理水平。

2.生產(chǎn)安全管理。

生產(chǎn)過(guò)程的智慧安全管理包括人臉識(shí)別、智能兩票、智能門(mén)禁、外包工管理、防止走錯(cuò)間隔、自動(dòng)安全警示提醒等，與工程建設(shè)不同的地方在于，生產(chǎn)安全對(duì)技術(shù)監(jiān)督、智能兩票作業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)違章行為鑒別的執(zhí)行要求更高。

3.網(wǎng)絡(luò)信息安全。

目前國(guó)內(nèi)各發(fā)電集團(tuán)都在爭(zhēng)相部署集中式的大型數(shù)據(jù)中心，融合了規(guī)劃、工程建設(shè)、計(jì)劃經(jīng)營(yíng)和生產(chǎn)管理的所有數(shù)據(jù)，這項(xiàng)工作可以有效地推動(dòng)火電企業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用，但同時(shí)也向發(fā)電企業(yè)的網(wǎng)絡(luò)信息安全提出了新的挑戰(zhàn)?；痣娖髽I(yè)需要不斷更新網(wǎng)絡(luò)信息安全技術(shù)，綜合提升網(wǎng)絡(luò)信息安全能力。

智慧生產(chǎn)

通過(guò)對(duì)火電生產(chǎn)的不同階段綜合考慮，可將火電智慧生產(chǎn)劃分為智能測(cè)量及控制、智能檢修、智能運(yùn)行、智能供熱等四個(gè)方向，通過(guò)相關(guān)先進(jìn)技術(shù)的實(shí)施，優(yōu)化機(jī)組運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、可靠性和環(huán)保性，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效益最優(yōu)。

1.智能測(cè)量及控制。

智能測(cè)量及控制的目的是將先進(jìn)技術(shù)運(yùn)用于火電廠測(cè)量和控制全過(guò)程，實(shí)時(shí)獲得難以直接測(cè)量的重要參數(shù)；利用智能機(jī)器人解決人工難以解決的問(wèn)題，從而提高一次參數(shù)測(cè)量和設(shè)備故障檢測(cè)的實(shí)時(shí)性；通過(guò)運(yùn)用先進(jìn)算法與控制策略，實(shí)現(xiàn)被控參數(shù)的調(diào)節(jié)品質(zhì)遠(yuǎn)優(yōu)于電網(wǎng)和環(huán)保的考核要求。

從生產(chǎn)流程和技術(shù)應(yīng)用角度考慮，可以將智能測(cè)量及控制劃分為智能測(cè)量、智能設(shè)備、智能控制、智能機(jī)器人等功能。

2.智能檢修。

智能檢修通過(guò)將智能設(shè)備、先進(jìn)測(cè)量、智能預(yù)警、智能診斷、遠(yuǎn)程診斷等技術(shù)，應(yīng)用于狀態(tài)檢修策略的制定、檢修過(guò)程的實(shí)施與管理，從而改變傳統(tǒng)檢修模式，實(shí)現(xiàn)檢修管理水平提升和檢修成本優(yōu)化。從檢修流程和檢修方式出發(fā)，可以將智能檢修劃分為智能預(yù)警、專(zhuān)家診斷、遠(yuǎn)程診斷、狀態(tài)檢修等功能。

3.智能運(yùn)行。

智能運(yùn)行的目的是通過(guò)將一體化信息平臺(tái)、全廠數(shù)據(jù)融合、運(yùn)行優(yōu)化、人工智能等技術(shù)，應(yīng)用于機(jī)組運(yùn)行靈活性、環(huán)保設(shè)施優(yōu)化，從而改變傳統(tǒng)運(yùn)行和巡檢模式，用機(jī)器固化人的智慧，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化運(yùn)行。智能運(yùn)行可劃分為主輔機(jī)運(yùn)行優(yōu)化、機(jī)組經(jīng)濟(jì)性耗差分析、機(jī)組靈活性與深度調(diào)峰、環(huán)保排放優(yōu)化、智能巡檢等功能。

4.智能供熱。

由于智慧園區(qū)與多能聯(lián)供技術(shù)的發(fā)展，火電廠實(shí)現(xiàn)熱電聯(lián)供功能是單一發(fā)電企業(yè)轉(zhuǎn)型的重要發(fā)展方向。將熱源、熱網(wǎng)、熱力站、用戶、收費(fèi)和客服等各類(lèi)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)整合，建設(shè)智能熱網(wǎng)大數(shù)據(jù)中心，強(qiáng)化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的協(xié)同共享，通過(guò)源網(wǎng)荷協(xié)同調(diào)度，實(shí)現(xiàn)智能供熱，是現(xiàn)代化熱電聯(lián)供電廠的發(fā)展方向。

智慧經(jīng)營(yíng)

智慧經(jīng)營(yíng)的目的是實(shí)現(xiàn)燃料管理、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)、全廠經(jīng)營(yíng)決策的智慧化，使得燃料采購(gòu)、電力營(yíng)銷(xiāo)以及經(jīng)營(yíng)決策更準(zhǔn)確、迅速、高效。

根據(jù)專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的不同，可以將其劃分為智能燃料和智能營(yíng)銷(xiāo)兩個(gè)方向。

1.智能燃料。

從燃料的管理流程考慮，可將智能燃料管理劃分為無(wú)人化采制樣、數(shù)字化煤場(chǎng)、精準(zhǔn)配煤摻燒、煤價(jià)分析及預(yù)測(cè)等功能。在燃料管理領(lǐng)域，智能燃料應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)字化煤場(chǎng)和無(wú)人化采制樣等。

2.智能營(yíng)銷(xiāo)。

通過(guò)將大數(shù)據(jù)分析與人工智能預(yù)測(cè)技術(shù)結(jié)合，應(yīng)用于電力市場(chǎng)的負(fù)荷預(yù)測(cè)、市場(chǎng)電價(jià)預(yù)測(cè)、競(jìng)價(jià)輔助及智能經(jīng)營(yíng)決策，實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)的智慧化。

考慮電力市場(chǎng)改革的趨勢(shì)與火電廠經(jīng)營(yíng)情況的特點(diǎn)，可以將智能營(yíng)銷(xiāo)劃分為負(fù)荷預(yù)測(cè)、度電成本分析、電價(jià)預(yù)測(cè)、競(jìng)價(jià)輔助、經(jīng)營(yíng)決策等功能。

現(xiàn)階段，火電廠在營(yíng)銷(xiāo)領(lǐng)域重點(diǎn)關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)包括負(fù)荷預(yù)測(cè)技術(shù)和度電成本分析等。

智慧綜合管理

智慧綜合管理的目的是實(shí)現(xiàn)電廠日常綜合管理過(guò)程的智慧化。從綜合管理的涵蓋范圍考慮，可以將其劃分為數(shù)字化培訓(xùn)、智能倉(cāng)儲(chǔ)、智能信息和智能互聯(lián)四個(gè)方向。

1.數(shù)字化培訓(xùn)。

數(shù)字化培訓(xùn)通過(guò)全三維場(chǎng)景的設(shè)備拆解、設(shè)備工藝過(guò)程仿真模型、基于虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）/混合現(xiàn)實(shí)（MR）等交互技術(shù)的應(yīng)用，為檢修人員提供設(shè)備安裝、檢修培訓(xùn)，為運(yùn)行人員提供數(shù)字化工況仿真培訓(xùn)和運(yùn)行指導(dǎo)。

從火電廠培訓(xùn)需求出發(fā)，可將數(shù)字化培訓(xùn)劃分為可視化智能培訓(xùn)、數(shù)字化仿真培訓(xùn)、VR/AR/MR應(yīng)用等功能。

2.智能倉(cāng)儲(chǔ)。

智能倉(cāng)儲(chǔ)是火電廠物資和物料智能管理的重要基礎(chǔ)。通過(guò)先進(jìn)管理策略和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，構(gòu)建倉(cāng)儲(chǔ)管理控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，對(duì)倉(cāng)儲(chǔ)信息進(jìn)行收集、加工、分析和交換，實(shí)現(xiàn)從運(yùn)輸?shù)絻?chǔ)存的互動(dòng)式智能管理全過(guò)程。

根據(jù)火電廠倉(cāng)儲(chǔ)管理的特點(diǎn)，可以將智能倉(cāng)儲(chǔ)劃分為備品備件智能管理、廢舊物資置換與處置、電廠間物資聯(lián)儲(chǔ)聯(lián)備等功能。將移動(dòng)應(yīng)用、無(wú)線射頻識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)應(yīng)用于備品備件智能管理、電廠間聯(lián)儲(chǔ)聯(lián)備以及廢舊物資管理等各個(gè)環(huán)節(jié)中，實(shí)現(xiàn)降低物料倉(cāng)儲(chǔ)成本，減少人員工作量，達(dá)到最終降低倉(cāng)儲(chǔ)管理成本的效果。

3.智能信息。

智能信息融合“數(shù)據(jù)接入、文本解析、移動(dòng)發(fā)送”與“調(diào)度策略、精準(zhǔn)推送、跨平臺(tái)移動(dòng)客戶端”等技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)消息自動(dòng)推送，有針對(duì)性和目的性地將關(guān)鍵信息主動(dòng)精準(zhǔn)送達(dá)所需用戶。

根據(jù)火電廠信息類(lèi)型的不同，可以將智能信息劃分為生產(chǎn)信息推送、作業(yè)信息推送、安全信息推送、經(jīng)營(yíng)信息推送等功能。

4.智能互聯(lián)。

通過(guò)電力聯(lián)網(wǎng)、能源高效輸送、冷熱電解耦與優(yōu)化等技術(shù)，促進(jìn)電力能源供應(yīng)系統(tǒng)扁平化、快捷化，推動(dòng)能源生產(chǎn)與消費(fèi)的模式變革，提高可再生能源消納比例，進(jìn)一步推動(dòng)節(jié)能減排，實(shí)現(xiàn)火電廠從單一發(fā)電向多能源品種協(xié)同轉(zhuǎn)變，形成多種能源智能互聯(lián)供應(yīng)及服務(wù)的生態(tài)圈。

智能互聯(lián)可劃分為多能聯(lián)供、多能互補(bǔ)、網(wǎng)源荷互動(dòng)等功能。

結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合上述智慧電廠技術(shù)路線，本文建議智慧電廠建設(shè)應(yīng)遵循三個(gè)原則：一是應(yīng)根據(jù)電廠自身數(shù)字化水平、人員狀況和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需求，同時(shí)考慮技術(shù)成熟度與實(shí)施的經(jīng)濟(jì)性，并有所側(cè)重；二是應(yīng)符合當(dāng)?shù)氐碾娏κ袌?chǎng)政策，包括競(jìng)價(jià)上網(wǎng)、電力輔助服務(wù)、電網(wǎng)兩個(gè)細(xì)則、環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)等不同要求，分階段有序推進(jìn)，要充分調(diào)研、不要冒進(jìn)；三是在試點(diǎn)電廠實(shí)施的基礎(chǔ)上，總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善智慧電廠體系架構(gòu)，持續(xù)提升智慧電廠的建設(shè)水平和管理水平。