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光明日?qǐng)?bào)：智能發(fā)電，開(kāi)啟未來(lái)電力新篇章 來(lái)源：光明日?qǐng)?bào)客戶(hù)端 時(shí)間：2024-11-21 17:30 工業(yè)革命改變了世界面貌，為人類(lèi)生產(chǎn)生活帶來(lái)深遠(yuǎn)影響。當(dāng)今世界，人工智能迅猛發(fā)展，推動(dòng)人類(lèi)社會(huì)深度變革。在此過(guò)程中，電力行業(yè)也在逐步向數(shù)字化和智能化轉(zhuǎn)型。 截至2023年年底，我國(guó)非化石能源發(fā)電裝機(jī)歷史性超過(guò)化石能源裝機(jī)，非化石能源發(fā)電已成為能源系統(tǒng)增量的主體。然而，我國(guó)“富煤、貧油、少氣”的資源稟賦決定了火電仍是我國(guó)電力供應(yīng)的重要支撐電源，在未來(lái)較長(zhǎng)時(shí)期內(nèi)將繼續(xù)發(fā)揮“壓艙石”的作用，這是保障我國(guó)能源安全和實(shí)現(xiàn)能源轉(zhuǎn)型的前提。智能發(fā)電技術(shù)，將成為未來(lái)電力生產(chǎn)行業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展領(lǐng)域，對(duì)于提高能源利用效率、促進(jìn)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型、增強(qiáng)電網(wǎng)穩(wěn)定性與安全性、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排等具有重要意義，也是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)和能源轉(zhuǎn)型的戰(zhàn)略選擇。 早在2001年，美國(guó)電力研究協(xié)會(huì)率先開(kāi)展了智能電網(wǎng)研究。我國(guó)和歐盟相繼開(kāi)展“智能電網(wǎng)”的研發(fā)和推廣。近年來(lái)，我國(guó)在“智能電網(wǎng)”研究的基礎(chǔ)上，同步推動(dòng)以分布式能源、微網(wǎng)、智能配電網(wǎng)為代表的能源互聯(lián)網(wǎng)和智能發(fā)電的研究及應(yīng)用。國(guó)家能源局于2016年首次將智能發(fā)電寫(xiě)入《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，部分發(fā)電企業(yè)逐步開(kāi)始了智能化建設(shè)嘗試�！峨娏Πl(fā)展“十四五”規(guī)劃》再次提出，要提升電力生產(chǎn)信息化、數(shù)字化、智能化水平，指出要推動(dòng)開(kāi)展燃煤電廠智能控制技術(shù)的研究和應(yīng)用，提高發(fā)電安全運(yùn)行水平。前不久，國(guó)家相關(guān)部門(mén)發(fā)布的《加快構(gòu)建新型電力系統(tǒng)行動(dòng)方案（2024—2027年）》提出，重點(diǎn)開(kāi)展九項(xiàng)專(zhuān)項(xiàng)行動(dòng)，包括配電網(wǎng)高質(zhì)量發(fā)展行動(dòng)，智慧化調(diào)度體系建設(shè)行動(dòng)，新能源系統(tǒng)友好性能提升行動(dòng)等。 新型電力系統(tǒng)——高效、智能、安全 在新型電力系統(tǒng)中，“源隨荷動(dòng)”向“源荷互動(dòng)”轉(zhuǎn)變是必然趨勢(shì)。智能發(fā)電不僅涉及不同類(lèi)型能源的高效轉(zhuǎn)化，還包括發(fā)電過(guò)程智能控制與優(yōu)化調(diào)度，以及發(fā)電裝備智能制造、電源與電網(wǎng)協(xié)同、電源與電源協(xié)同等。中國(guó)工程院院士、華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任劉吉臻教授，在《智能發(fā)電廠的架構(gòu)及特征》一文中將“智能發(fā)電”描述為，以自動(dòng)化、數(shù)字化、信息化為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等資源，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)超強(qiáng)的信息處理能力，集成統(tǒng)一的一體化數(shù)據(jù)平臺(tái)、一體化管控系統(tǒng)、智能傳感與執(zhí)行、智能控制和優(yōu)化算法、數(shù)據(jù)挖掘以及精細(xì)化管理決策等技術(shù)，形成一種具備自趨優(yōu)、自學(xué)習(xí)、自恢復(fù)、自適應(yīng)、自組織等特征的智能發(fā)電運(yùn)行控制與管理模式，以實(shí)現(xiàn)安全、高效、環(huán)保的運(yùn)行目標(biāo)，并具有優(yōu)秀的外界環(huán)境適應(yīng)能力。 在我國(guó)當(dāng)前技術(shù)條件和裝機(jī)結(jié)構(gòu)下，火電仍是最經(jīng)濟(jì)可行、安全可靠的電源形式。近年來(lái)，煤電作為支撐電源及時(shí)調(diào)整出力，對(duì)提升電網(wǎng)的調(diào)峰能力發(fā)揮了頂梁柱作用，其在提升電力保供能力的同時(shí)，可進(jìn)一步促進(jìn)可再生能源發(fā)展，正由常規(guī)主力電源向基礎(chǔ)性、支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。與此同時(shí)，燃煤機(jī)組面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在：外部環(huán)境更加復(fù)雜多變；安全、經(jīng)濟(jì)和環(huán)保要求更高；高煤價(jià)高成本下，減員增效壓力大；運(yùn)行調(diào)控精細(xì)化要求高，干預(yù)操作頻繁。根據(jù)對(duì)國(guó)內(nèi)主流火電機(jī)組的運(yùn)行人工干預(yù)情況統(tǒng)計(jì)，變負(fù)荷過(guò)程需頻繁進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、設(shè)備啟停、自動(dòng)投退等操作，監(jiān)盤(pán)操作工作量大且重要性高。因此，燃煤智能發(fā)電技術(shù)將聚焦影響機(jī)組安全、靈活、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行等關(guān)鍵又具有普遍性的運(yùn)行控制問(wèn)題，對(duì)智能燃煤電站關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究，提升機(jī)組自主化運(yùn)行水平，實(shí)現(xiàn)無(wú)人工干預(yù)下連續(xù)運(yùn)行。 智能發(fā)電——無(wú)人值守、經(jīng)濟(jì)環(huán)保 智能發(fā)電關(guān)鍵技術(shù)研究主要針對(duì)三個(gè)方面展開(kāi)：一是燃煤發(fā)電智能控制系統(tǒng)平臺(tái)及體系結(jié)構(gòu)、理論、方法及關(guān)鍵技術(shù)，二是燃煤發(fā)電智能狀態(tài)監(jiān)控，三是故障診斷技術(shù)。其目的和效果是聚焦解決火電機(jī)組運(yùn)行控制的痛點(diǎn)問(wèn)題，著眼于工藝過(guò)程安全、經(jīng)濟(jì)、平穩(wěn)三個(gè)維度，降低運(yùn)行人員操作頻次，實(shí)現(xiàn)全流程自主協(xié)同運(yùn)行與少人化或無(wú)人化值守，提高機(jī)組綜合運(yùn)行效益。安全主要指實(shí)現(xiàn)超溫自處理、故障自處理、容錯(cuò)控制和聯(lián)鎖保護(hù)等；經(jīng)濟(jì)主要指以最佳方式、最優(yōu)設(shè)定點(diǎn)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)機(jī)組經(jīng)濟(jì)、環(huán)保運(yùn)行；平穩(wěn)主要指實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵工藝參數(shù)波動(dòng)�。ǹ刂菩阅芎茫�、電網(wǎng)“兩個(gè)細(xì)則”獎(jiǎng)勵(lì)高，報(bào)警少、故障少、設(shè)備磨損小、不超溫。三方面相互影響、相互促進(jìn)。例如，通過(guò)預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制，使關(guān)鍵工藝參數(shù)波動(dòng)大幅減小，有利于壓紅線(xiàn)運(yùn)行，既使運(yùn)行更加平穩(wěn)，提高運(yùn)行效率，還能保證更加安全。 實(shí)現(xiàn)燃煤機(jī)組智能發(fā)電主要體現(xiàn)在自主性、智能性、適應(yīng)性、人機(jī)協(xié)同新模式四個(gè)技術(shù)維度： 自主性——包括自主決策和自主學(xué)習(xí)。自主決策是根據(jù)環(huán)境、生產(chǎn)條件和負(fù)荷需求，自主地進(jìn)行決策，對(duì)機(jī)組與各工藝系統(tǒng)進(jìn)行多目標(biāo)與約束條件下的運(yùn)行優(yōu)化，確定設(shè)定值和運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)工藝系統(tǒng)的高效環(huán)保運(yùn)行、機(jī)組全過(guò)程的協(xié)同運(yùn)行，有效降低裝置操作頻次，如燃燒優(yōu)化、氧量?jī)?yōu)化、設(shè)定值巡航、磨組運(yùn)行方式優(yōu)化等。自主學(xué)習(xí)是根據(jù)環(huán)境和運(yùn)行條件變化，自主學(xué)習(xí)和調(diào)整算法，實(shí)現(xiàn)高效高性能運(yùn)行，如基于大數(shù)據(jù)的模型參數(shù)和控制參數(shù)調(diào)整。 智能性——涵蓋知識(shí)自動(dòng)化，學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)。知識(shí)自動(dòng)化是通過(guò)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)沉淀、知識(shí)自動(dòng)升級(jí)更新，實(shí)現(xiàn)高效的問(wèn)題解決，如基于規(guī)則的故障診斷、根源分析，規(guī)則與控制回路的結(jié)合，操作指導(dǎo)。學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)是對(duì)復(fù)雜工況和復(fù)雜流程進(jìn)行自主學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)高性能優(yōu)化控制和運(yùn)行，如預(yù)測(cè)控制等先進(jìn)控制、對(duì)運(yùn)行工況的學(xué)習(xí)和分類(lèi)、聚類(lèi)。 適應(yīng)性——具有自適應(yīng)、自調(diào)整，故障檢測(cè)、容錯(cuò)和自愈兩類(lèi)。自適應(yīng)、自調(diào)整指系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境和運(yùn)行條件變化，自主調(diào)整策略和算法，實(shí)現(xiàn)高效高性能運(yùn)行，如自適應(yīng)控制，自組織APS（程序自動(dòng)啟停系統(tǒng)），功能組能適應(yīng)機(jī)組啟停、低負(fù)荷、正常運(yùn)行等各方式。故障檢測(cè)、容錯(cuò)和自愈是系統(tǒng)能夠?qū)ψ陨磉M(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和錯(cuò)誤檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)高效的故障恢復(fù)。 人機(jī)協(xié)同新模式——包含報(bào)警治理和全面評(píng)估。報(bào)警治理旨在解決報(bào)警泛濫的問(wèn)題，減輕操作工負(fù)荷，確保運(yùn)行員能及時(shí)關(guān)注和有效響應(yīng)重要警報(bào)，并進(jìn)行根源分析，預(yù)防安全事故。全面評(píng)估則需要基于大數(shù)據(jù)和模型化技術(shù)，對(duì)機(jī)組與工藝系統(tǒng)進(jìn)行多源、多層次、多維度信息統(tǒng)計(jì)、計(jì)算、分析、評(píng)價(jià)，全面識(shí)別、深入評(píng)估機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行透明化，幫助運(yùn)行員轉(zhuǎn)向高層次的機(jī)組優(yōu)化運(yùn)行調(diào)整、總結(jié)和固化操作經(jīng)驗(yàn)、系統(tǒng)功能維護(hù)和升級(jí)。 人工智能深度融入、增強(qiáng)算力是未來(lái)發(fā)展方向 經(jīng)過(guò)十余年的發(fā)展，智能發(fā)電已經(jīng)具備了一定基本條件，其發(fā)展需要多學(xué)科交叉融合的支撐，在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應(yīng)用等方面仍有大量難題待攻克。 缺乏整體設(shè)計(jì)和布局是智能發(fā)電發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)之一。我國(guó)對(duì)于智能發(fā)電的探索，主要是從局部系統(tǒng)進(jìn)行智能化升級(jí)，各系統(tǒng)之間發(fā)展不同步，沒(méi)有從整體上解決發(fā)電過(guò)程智能化的問(wèn)題。各發(fā)電集團(tuán)在智慧電廠建設(shè)方面開(kāi)展的嘗試，更多側(cè)重于智能信息集成展示、智能設(shè)備與運(yùn)行管理、故障診斷和事故預(yù)報(bào)，以及三維可視化智能培訓(xùn)等，而生產(chǎn)過(guò)程中智能化應(yīng)用較少，智能化管理與生產(chǎn)之間存在脫節(jié)。 當(dāng)前，我國(guó)智能發(fā)電模型缺乏復(fù)雜場(chǎng)景應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)面臨算力基礎(chǔ)建設(shè)薄弱，算法設(shè)計(jì)、訓(xùn)練方法存在壁壘等問(wèn)題。在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用還存在算法精度低、準(zhǔn)確率和誤報(bào)率難以達(dá)到工業(yè)級(jí)要求，生產(chǎn)數(shù)據(jù)帶到企業(yè)之外訓(xùn)練帶來(lái)安全隱患等問(wèn)題。因此，人工智能技術(shù)在發(fā)電領(lǐng)域應(yīng)用仍需進(jìn)一步探索。 電力系統(tǒng)復(fù)雜而高度敏感，而目前智能發(fā)電算法的準(zhǔn)確性和魯棒性在復(fù)雜場(chǎng)景下的表現(xiàn)有待觀察；并且大規(guī)模數(shù)據(jù)傳輸和處理過(guò)程中，其應(yīng)用面臨潛在的網(wǎng)絡(luò)攻擊與數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。此外，智能發(fā)電領(lǐng)域的儀表控制技術(shù)、設(shè)備故障預(yù)警及診斷技術(shù)等仍受制于人。智能發(fā)電技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用缺乏明確的標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)規(guī)范，算法開(kāi)發(fā)、模型訓(xùn)練、數(shù)據(jù)管理及應(yīng)用等諸多環(huán)節(jié)的邊界不清晰，其發(fā)展與落地規(guī)范性和監(jiān)管機(jī)制亟須完善。 筆者認(rèn)為，統(tǒng)籌規(guī)劃、科技創(chuàng)新、示范應(yīng)用是推動(dòng)智能發(fā)電發(fā)展的三部曲。 首先，加強(qiáng)頂層設(shè)計(jì)，堅(jiān)持規(guī)劃先行。按照智能發(fā)電在新型電力系統(tǒng)中的功能和定位，統(tǒng)籌制定項(xiàng)目發(fā)展分階段頂層規(guī)劃，注重階段性特征。智能發(fā)電的發(fā)展將經(jīng)歷由初級(jí)形態(tài)向高級(jí)形態(tài)、由局部應(yīng)用到系統(tǒng)應(yīng)用的歷程，需要在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用方面取得突破，實(shí)現(xiàn)理論、技術(shù)與體制、機(jī)制的創(chuàng)新。同時(shí)應(yīng)注重總結(jié)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整發(fā)展規(guī)劃。 其次，以科技創(chuàng)新推動(dòng)關(guān)鍵核心技術(shù)攻關(guān)�？萍紕�(chuàng)新是培育智能發(fā)電新質(zhì)生產(chǎn)力的核心要素。應(yīng)持續(xù)推進(jìn)建模、控制、優(yōu)化理論與技術(shù)，數(shù)據(jù)分析理論與技術(shù)、故障診斷等核心技術(shù)研發(fā)；開(kāi)展先進(jìn)檢測(cè)技術(shù)與儀表，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)平臺(tái)及軟件等關(guān)鍵裝備及軟件研發(fā)制造；加快建設(shè)算力基礎(chǔ)設(shè)施、創(chuàng)新算法架構(gòu)開(kāi)發(fā)；推動(dòng)智能優(yōu)化管理系統(tǒng)研發(fā)及性能提升。 再次，堅(jiān)持目標(biāo)導(dǎo)向，促進(jìn)智能發(fā)電應(yīng)用示范。依托國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和大型央企科研機(jī)構(gòu)，組織跨學(xué)科、跨領(lǐng)域科研團(tuán)隊(duì)，開(kāi)展智能發(fā)電集成項(xiàng)目攻關(guān)，部署一批重大工程示范項(xiàng)目，驗(yàn)證技術(shù)可靠性和適應(yīng)性，探索形成可復(fù)制可推廣的經(jīng)驗(yàn)和成果，通過(guò)試點(diǎn)示范統(tǒng)籌，引領(lǐng)智能發(fā)電規(guī)�；l(fā)展。 （作者：彭躍輝、程超，分別系華北電力大學(xué)新能源電力系統(tǒng)全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任、副研究員；華北電力大學(xué)國(guó)家能源戰(zhàn)略發(fā)展研究院講師）
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