朱佳斌，金宇航，程 波，王思敏

（中國聯(lián)合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

引言

國有企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作迫在眉睫。2020年8月，國務(wù)院國資委印發(fā)的《關(guān)于加快推進(jìn)國有企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型工作的通知》[1]中指出，要打造能源類企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型示范。2022年1月，國家發(fā)改委印發(fā)的《“十四五”現(xiàn)代能源體系規(guī)劃》[2]中提出，發(fā)展智慧電廠包括數(shù)字化三維協(xié)同設(shè)計(jì)、智能施工管控、數(shù)字化移交、先進(jìn)控制策略、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和5G通信等示范應(yīng)用。

要發(fā)展智慧電廠，那么何為智慧電廠？根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《T/CEC 164—2018火力發(fā)電廠智能化技術(shù)導(dǎo)則》[3]，火力發(fā)電廠智能化的定義為：火力發(fā)電廠在廣泛采用現(xiàn)代數(shù)字信息處理和通信技術(shù)基礎(chǔ)上，集成智能的傳感與執(zhí)行、控制和管理等技術(shù)，達(dá)到更安全、高效、環(huán)保運(yùn)行，與智能電網(wǎng)及需求側(cè)相互協(xié)調(diào)，與社會(huì)資源和環(huán)境相互融合的發(fā)展過程。本文針對國內(nèi)火力發(fā)電廠的數(shù)字化轉(zhuǎn)型應(yīng)用情況進(jìn)行分析、總結(jié)。

1 國內(nèi)主要數(shù)字化火力發(fā)電廠簡介

1.1 各大能源集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型情況

國內(nèi)各大發(fā)電集團(tuán)積極響應(yīng)國家數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展戰(zhàn)略，制定了集團(tuán)級、企業(yè)級的發(fā)展戰(zhàn)略。針對各大能源集團(tuán)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型規(guī)劃，進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，提煉出數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展要點(diǎn)，如表1所示。

表1 各大能源集團(tuán)數(shù)字化轉(zhuǎn)型情況

從表1中可以看出，幾大發(fā)電集團(tuán)對于數(shù)字化轉(zhuǎn)型主要聚焦在生產(chǎn)數(shù)字化、管理數(shù)字化、決策數(shù)字化、風(fēng)險(xiǎn)管控以及電力工控自動(dòng)化等方面。

火力數(shù)字化轉(zhuǎn)型一方面能夠提高單個(gè)電廠和發(fā)電集團(tuán)自身的運(yùn)營效率，另一方面，能夠有效提升能源產(chǎn)業(yè)數(shù)字化水平，提高生產(chǎn)效率，提升能源領(lǐng)域的自主化水平，保證國家能源安全。

1.2 典型數(shù)字化火力發(fā)電廠簡介

在數(shù)字化火力發(fā)電廠應(yīng)用方面，國有企業(yè)走在前列。本文選取國家能源集團(tuán)、大唐集團(tuán)、京能集團(tuán)、華潤電力、寶武集團(tuán)和瀚藍(lán)環(huán)境等大型集團(tuán)旗下的典型數(shù)字化電廠，按規(guī)模、機(jī)組燃料和投產(chǎn)時(shí)間等進(jìn)行分類、匯總，如表2所示。

表2 典型數(shù)字化火力發(fā)電廠情況

根據(jù)表2可以看出，數(shù)字化火力發(fā)電廠主要應(yīng)用于150 MW以上的大型燃煤或燃?xì)鈾C(jī)組。這是因?yàn)樾⌒突鹆Πl(fā)電廠在數(shù)字化電廠方面的進(jìn)展較慢，而大型燃煤燃?xì)鈾C(jī)組的投資體量大，發(fā)電功率高，數(shù)字化提升改造能夠顯著提升規(guī)模效應(yīng)。典型的火力發(fā)電廠投產(chǎn)時(shí)間都是2014年以后，2019年以后項(xiàng)目占比近75%，一方面得益于近幾年國家對于企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的支持，另一方面得益于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、視頻技術(shù)、算法理論以及機(jī)器人技術(shù)等近年來的快速發(fā)展，數(shù)字化電廠到了實(shí)際應(yīng)用的臨界點(diǎn)。

2 數(shù)字化火電廠功能應(yīng)用情況分析

數(shù)字化電廠作為一種新型技術(shù)，技術(shù)路線和實(shí)現(xiàn)方法等都具有多樣性。各種新的互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)也在不斷發(fā)展，不斷推動(dòng)數(shù)字化電廠功能的完善。對國內(nèi)典型電廠的數(shù)字化應(yīng)用的主要功能進(jìn)行分類匯總，如下頁表3所示。

表3 典型數(shù)字化火力發(fā)電廠主要功能列表

針對現(xiàn)有火力發(fā)電廠已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的數(shù)字化功能，進(jìn)一步討論分析，將各電廠實(shí)現(xiàn)的主要功能、實(shí)現(xiàn)頻次繪制成柱狀圖，如圖1所示。

圖1 典型火力發(fā)電廠數(shù)字化功能統(tǒng)計(jì)

從圖1中可以看出，各個(gè)電廠實(shí)現(xiàn)的通用性功能主要包括三維可視化平臺、機(jī)器人巡檢、設(shè)備故障診斷、視頻巡檢、人員定位、大數(shù)據(jù)運(yùn)行優(yōu)化和燃燒優(yōu)化等。

1）三維可視化平臺。三維可視化平臺一般融合三維模型、二維圖紙和檢修數(shù)據(jù)等。三維可視化平臺是數(shù)字化電廠在運(yùn)營過程中重要的展示窗口，是電廠數(shù)字化的基礎(chǔ)底座和重要載體，已成為數(shù)字化電廠的標(biāo)配。

2）機(jī)器人巡檢。機(jī)器人巡檢主要包括三種機(jī)器人型式，即：多節(jié)式、輪式和升降軌道式機(jī)器人。電廠根據(jù)企業(yè)實(shí)際情況，選用不同類型的機(jī)器人。輪式和軌道式機(jī)器人較為常用。巡檢機(jī)器人能夠顯著減少巡檢人員配置，并且能夠適應(yīng)惡劣環(huán)境，減輕電廠人員工作強(qiáng)度。

3）設(shè)備故障診斷?；跉v史數(shù)據(jù)或機(jī)理模型兩種方式，對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對異常情況進(jìn)行預(yù)警，優(yōu)化檢修周期，提升設(shè)備的運(yùn)行效率，進(jìn)而提升整個(gè)電廠的運(yùn)行效率。

4）視頻巡檢。基于多功能攝像頭，實(shí)現(xiàn)圖像、視頻的巡檢。實(shí)現(xiàn)基于視頻流的違章識別和自動(dòng)警報(bào)，全面提升安全電廠建設(shè)。

5）人員定位+電子圍欄。人員定位主要基于UWB技術(shù)、超寬待定位技術(shù)和射頻技術(shù)等。能夠?qū)崟r(shí)感知電廠人員情況，并在三維可視化平臺中展示，結(jié)合虛擬或者實(shí)際的電子圍欄技術(shù)實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

6）大數(shù)據(jù)運(yùn)行優(yōu)化和燃燒優(yōu)化。這兩個(gè)功能都是基于數(shù)據(jù)來優(yōu)化電廠的運(yùn)行情況。一方面，收集的數(shù)據(jù)可以通過人為分析歸因，另一方面，利用機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能算法進(jìn)行分析，尋找電廠運(yùn)行過程中最優(yōu)工況，進(jìn)一步穩(wěn)定燃燒，更好地控制污染物排放，發(fā)揮數(shù)據(jù)的價(jià)值，提高生產(chǎn)效率。

7）APS一鍵啟動(dòng)。APS一鍵啟動(dòng)主要用于燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)系統(tǒng)相對簡單，又需要頻繁啟停調(diào)峰。APS一鍵啟動(dòng)還用于燃煤電廠相對獨(dú)立的子系統(tǒng)，例如，送風(fēng)系統(tǒng)等。

8）燃料管理。煤電廠主要實(shí)現(xiàn)煤場自動(dòng)化進(jìn)料、燃料摻配、無人值守等功能。能夠穩(wěn)定燃燒工況，減少電廠人員配置，改善工作人員生產(chǎn)環(huán)境。

3 結(jié)論與展望

數(shù)字化火力發(fā)電廠在國內(nèi)得到了一定程度的實(shí)際運(yùn)用，示范電廠在三維可視化展示、安全生產(chǎn)、自動(dòng)化、少人化、設(shè)備故障分析以及運(yùn)行優(yōu)化等做了大量工作，但仍存在以下不足：

1）整個(gè)行業(yè)缺少數(shù)字化火力發(fā)電廠的細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各個(gè)數(shù)字化電廠實(shí)現(xiàn)的功能不一致。

2）對于火力發(fā)電廠中整個(gè)電廠的生產(chǎn)管理、成本分析和智慧辦公等復(fù)合型的功能實(shí)踐較少，未能發(fā)揮數(shù)據(jù)的最大價(jià)值。

3）小型火力發(fā)電廠在數(shù)字化方面的投入較少。

展望未來，火力發(fā)電廠的全面數(shù)字化和智慧化運(yùn)營還有很大的發(fā)展空間。