國內(nèi)火力發(fā)電廠數(shù)字化轉(zhuǎn)型探討

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、智能施工管控、數(shù)字化移交、先進控制策略、大數(shù)據(jù)、云計算、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)，達到更安全、高效、環(huán)保運行，與智能電網(wǎng)及需求側(cè)相互協(xié)調(diào)，與社會資源和環(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 各大能源集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型情況

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

表1 各大能源集團數(shù)字化轉(zhuǎn)型情況

從表1中可以看出，幾大發(fā)電集團對于數(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)險管控以及電力工控自動化等方面。

火力數(shù)字化轉(zhuǎn)型一方面能夠提高單個電廠和發(fā)電集團自身的運營效率，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、大唐集團、京能集團、華潤電力、寶武集團和瀚藍環(huán)境等大型集團旗下的典型數(shù)字化電廠，按規(guī)模、機組燃料和投產(chǎn)時間等進行分類、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氣機組。這是因為小型火力發(fā)電廠在數(shù)字化電廠方面的進展較慢，而大型燃煤燃氣機組的投資體量大，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)時間都是2014年以后，2019年以后項目占比近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)、算法理論以及機器人技術(shù)等近年來的快速發(fā)展，數(shù)字化電廠到了實際應(yīng)用的臨界點。

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)實現(xiàn)的數(shù)字化功能，進一步討論分析，將各電廠實現(xiàn)的主要功能、實現(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

從圖1中可以看出，各個電廠實現(xiàn)的通用性功能主要包括三維可視化平臺、機器人巡檢、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）機器人巡檢。機器人巡檢主要包括三種機器人型式，即：多節(jié)式、輪式和升降軌道式機器人。電廠根據(jù)企業(yè)實際情況，選用不同類型的機器人。輪式和軌道式機器人較為常用。巡檢機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度。

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

4）視頻巡檢?；诙喙δ軘z像頭，實現(xiàn)圖像、視頻的巡檢。實現(xiàn)基于視頻流的違章識別和自動警報，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)合虛擬或者實際的電子圍欄技術(shù)實現(xiàn)安全生產(chǎn)。

6）大數(shù)據(jù)運行優(yōu)化和燃燒優(yōu)化。這兩個功能都是基于數(shù)據(jù)來優(yōu)化電廠的運行情況。一方面，收集的數(shù)據(jù)可以通過人為分析歸因，另一方面，利用機器學(xué)習(xí)等人工智能算法進行分析，尋找電廠運行過程中最優(yōu)工況，進一步穩(wěn)定燃燒，更好地控制污染物排放，發(fā)揮數(shù)據(jù)的價值，提高生產(chǎn)效率。

7）APS一鍵啟動。APS一鍵啟動主要用于燃氣輪機，燃氣輪機系統(tǒng)相對簡單，又需要頻繁啟停調(diào)峰。APS一鍵啟動還用于燃煤電廠相對獨立的子系統(tǒng)，例如，送風(fēng)系統(tǒng)等。

8）燃料管理。煤電廠主要實現(xiàn)煤場自動化進料、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際運用，示范電廠在三維可視化展示、安全生產(chǎn)、自動化、少人化、設(shè)備故障分析以及運行優(yōu)化等做了大量工作，但仍存在以下不足：

1）整個行業(yè)缺少數(shù)字化火力發(fā)電廠的細化標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致各個數(shù)字化電廠實現(xiàn)的功能不一致。

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

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)字化和智慧化運營還有很大的發(fā)展空間。