國家電力投資集團有限公司 華志剛
目前,國內(nèi)專家學(xué)者和研究人員已對智慧電廠的概念、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,結(jié)合火電企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的頂層設(shè)計與各關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展的實際情況,探討目前整個行業(yè)重點關(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。
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)用場景劃分以及目前典型火電廠的組織機構(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、智慧綜合五大技術(shù)領(lǐng)域。
標(biāo)準(zhǔn)化、統(tǒng)一化、一體化的全廠數(shù)據(jù)融合平臺是智慧電廠建設(shè)的基礎(chǔ)。在設(shè)計建設(shè)和生產(chǎn)運營階段,可以分別重點關(guān)注數(shù)字化設(shè)計和數(shù)據(jù)平臺一體化兩個方向。
1.數(shù)字化設(shè)計。
智慧電廠的數(shù)字化設(shè)計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,可實現(xiàn)三維模型與全廠設(shè)備數(shù)字化檔案聯(lián)動,實現(xiàn)生產(chǎn)運營數(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)用場景,可以將數(shù)字化設(shè)計劃分為數(shù)字化檔案、三維數(shù)字化交互、三維建模設(shè)計、全廠四碼合一、數(shù)字化移交、三維模型實時數(shù)據(jù)展示等功能。
2.一體化數(shù)據(jù)平臺。
建立一體化數(shù)據(jù)平臺的目的是打通生產(chǎn)經(jīng)營多個環(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)庫系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)管理、實時數(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。通過建立開放統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來構(gòu)建集數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、分析為一體的數(shù)據(jù)平臺,深入挖掘數(shù)據(jù)價值,實現(xiàn)火電廠運行、設(shè)備、燃料、經(jīng)營等數(shù)據(jù)的融合互通。
火電智慧安全的目的在于確?;痣姀S基建、生產(chǎn)過程中的人員和設(shè)備安全,以及網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)交互過程的安全。根據(jù)時間階段和應(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、移動化的基建安全管理技術(shù),將會帶來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、進度、造價等因素綜合考慮,將四大控制、智能門禁、電子圍欄、施工機械設(shè)備管理、人員三維定位、外包工管理、車輛自動識別、違章行為識別管理等功能進行合理的部署與實施,將顯著提高基建過程的安全管理水平。
2.生產(chǎn)安全管理。
生產(chǎn)過程的智慧安全管理包括人臉識別、智能兩票、智能門禁、外包工管理、防止走錯間隔、自動安全警示提醒等,與工程建設(shè)不同的地方在于,生產(chǎn)安全對技術(shù)監(jiān)督、智能兩票作業(yè)和現(xiàn)場違章行為鑒別的執(zhí)行要求更高。
3.網(wǎng)絡(luò)信息安全。
目前國內(nèi)各發(fā)電集團都在爭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)、計劃經(jīng)營和生產(chǎn)管理的所有數(shù)據(jù),這項工作可以有效地推動火電企業(yè)的大數(shù)據(jù)應(yīng)用,但同時也向發(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。
通過對火電生產(chǎn)的不同階段綜合考慮,可將火電智慧生產(chǎn)劃分為智能測量及控制、智能檢修、智能運行、智能供熱等四個方向,通過相關(guān)先進技術(shù)的實施,優(yōu)化機組運行的安全性、經(jīng)濟性、可靠性和環(huán)保性,最終實現(xiàn)生產(chǎn)效益最優(yōu)。
1.智能測量及控制。
智能測量及控制的目的是將先進技術(shù)運用于火電廠測量和控制全過程,實時獲得難以直接測量的重要參數(shù);利用智能機器人解決人工難以解決的問題,從而提高一次參數(shù)測量和設(shè)備故障檢測的實時性;通過運用先進算法與控制策略,實現(xiàn)被控參數(shù)的調(diào)節(jié)品質(zhì)遠優(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,可以將智能測量及控制劃分為智能測量、智能設(shè)備、智能控制、智能機器人等功能。
2.智能檢修。
智能檢修通過將智能設(shè)備、先進測量、智能預(yù)警、智能診斷、遠程診斷等技術(shù),應(yīng)用于狀態(tài)檢修策略的制定、檢修過程的實施與管理,從而改變傳統(tǒng)檢修模式,實現(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、專家診斷、遠程診斷、狀態(tài)檢修等功能。
3.智能運行。
智能運行的目的是通過將一體化信息平臺、全廠數(shù)據(jù)融合、運行優(yōu)化、人工智能等技術(shù),應(yīng)用于機組運行靈活性、環(huán)保設(shè)施優(yōu)化,從而改變傳統(tǒng)運行和巡檢模式,用機器固化人的智慧,實現(xiàn)精細化運行。智能運行可劃分為主輔機運行優(yōu)化、機組經(jīng)濟性耗差分析、機組靈活性與深度調(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、收費和客服等各類系統(tǒng)進行數(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,強化業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的協(xié)同共享,通過源網(wǎng)荷協(xié)同調(diào)度,實現(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)營的目的是實現(xiàn)燃料管理、市場營銷、全廠經(jīng)營決策的智慧化,使得燃料采購、電力營銷以及經(jīng)營決策更準(zhǔn)確、迅速、高效。
根據(jù)專業(yè)領(lǐng)域的不同,可以將其劃分為智能燃料和智能營銷兩個方向。
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人化采制樣、數(shù)字化煤場、精準(zhǔn)配煤摻燒、煤價分析及預(yù)測等功能。在燃料管理領(lǐng)域,智能燃料應(yīng)重點關(guān)注的關(guān)鍵技術(shù)包括數(shù)字化煤場和無人化采制樣等。
2.智能營銷。
通過將大數(shù)據(jù)分析與人工智能預(yù)測技術(shù)結(jié)合,應(yīng)用于電力市場的負(fù)荷預(yù)測、市場電價預(yù)測、競價輔助及智能經(jīng)營決策,實現(xiàn)市場營銷的智慧化。
考慮電力市場改革的趨勢與火電廠經(jīng)營情況的特點,可以將智能營銷劃分為負(fù)荷預(yù)測、度電成本分析、電價預(yù)測、競價輔助、經(jīng)營決策等功能。
現(xiàn)階段,火電廠在營銷領(lǐng)域重點關(guān)注關(guān)鍵技術(shù)包括負(fù)荷預(yù)測技術(shù)和度電成本分析等。
智慧綜合管理的目的是實現(xiàn)電廠日常綜合管理過程的智慧化。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)、智能倉儲、智能信息和智能互聯(lián)四個方向。
1.數(shù)字化培訓(xùn)。
數(shù)字化培訓(xùn)通過全三維場景的設(shè)備拆解、設(shè)備工藝過程仿真模型、基于虛擬現(xiàn)實(VR)/增強現(xiàn)實(AR)/混合現(xiàn)實(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),為運行人員提供數(shù)字化工況仿真培訓(xùn)和運行指導(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.智能倉儲。
智能倉儲是火電廠物資和物料智能管理的重要基礎(chǔ)。通過先進管理策略和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù),構(gòu)建倉儲管理控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),對倉儲信息進行收集、加工、分析和交換,實現(xiàn)從運輸?shù)絻Υ娴幕邮街悄芄芾砣^程。
根據(jù)火電廠倉儲管理的特點,可以將智能倉儲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)儲聯(lián)備等功能。將移動應(yīng)用、無線射頻識別、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)儲聯(lián)備以及廢舊物資管理等各個環(huán)節(jié)中,實現(xiàn)降低物料倉儲成本,減少人員工作量,達到最終降低倉儲管理成本的效果。
3.智能信息。
智能信息融合“數(shù)據(jù)接入、文本解析、移動發(fā)送”與“調(diào)度策略、精準(zhǔn)推送、跨平臺移動客戶端”等技術(shù),能夠?qū)崿F(xiàn)消息自動推送,有針對性和目的性地將關(guān)鍵信息主動精準(zhǔn)送達所需用戶。
根據(jù)火電廠信息類型的不同,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)營信息推送等功能。
4.智能互聯(lián)。
通過電力聯(lián)網(wǎng)、能源高效輸送、冷熱電解耦與優(yōu)化等技術(shù),促進電力能源供應(yīng)系統(tǒng)扁平化、快捷化,推動能源生產(chǎn)與消費的模式變革,提高可再生能源消納比例,進一步推動節(jié)能減排,實現(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、網(wǎng)源荷互動等功能。
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)營需求,同時考慮技術(shù)成熟度與實施的經(jīng)濟性,并有所側(cè)重;二是應(yīng)符合當(dāng)?shù)氐碾娏κ袌稣?,包括競價上網(wǎng)、電力輔助服務(wù)、電網(wǎng)兩個細則、環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)等不同要求,分階段有序推進,要充分調(diào)研、不要冒進;三是在試點電廠實施的基礎(chǔ)上,總結(jié)建設(shè)經(jīng)驗,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。