百萬級機組燃煤電廠智慧化策略分析

陳 義

（國能神福（石獅）發電有限公司，福建 泉州 362700）

引言

火電產業，作為一個技術密集型企業，對當前方興未艾的新興信息技術的技術優勢敏感度不夠，改革和改造的內生動力不足，錯過了“工業4.0”時代的第一班車。傳統的火電廠廠級監控系統中，基于實時/歷史數據庫系統開發應用，主要包括針對機組經濟運行的廠級性能計算和耗差分析，保存在實時歷史數據中大量的歷史數據并未被充分利用。如何通過智能數據挖掘技術，從海量的生產數據中抽取出影響系統設備安全運行的信息，為現場的安全生產和運行管理提供更加科學的判斷依據，將是火力發電企業的研究方向[1]。

1 傳統電力行業面臨的問題

1.1 生產管理方面，精準管理難以實現，好壞全憑個人技術

當前發電企業，在全社會人口老齡化、人力資源成本不斷上升、人才流動不斷加快等問題的共同作用下，設備管理的問題尤其突出，尤其當前全面推行的點檢定修管理，因為主導點檢定修成敗與否的主要因素是技術人員的技術能力，因此，該項制度能否在企業中成功推廣并熟練運用，對生產管理人員和技術人員的管理能力、專業素質都提出了極高的要求。而設備管理依托的運行分析、劣化分析、臺賬管理、計劃管理以及缺陷分析等，都面臨相應的問題。事實上，在各基層企業中，均存在“管理困境——資金缺乏——管理困難加劇——資金愈發困難”的惡性循環。

1.2 企業管理方面，管理負擔不斷加重，機構臃腫效率低下

隨著國企改革的深化，企業管理不斷地向集團化、精細化和規范化方向發展。但是，現實的困境是，企業各方面職能機構不斷增多、管理人員不斷增加，管理效率卻不斷降低，這從集團公司、能源監管辦近幾年來推進的各種巡視、檢查、標準化達標、全面風險控制評估及“四不兩直”檢查的通報中就可以看出來，基層企業陷于“檢查——發現問題——再檢查”死循環中，集團公司、分公司疲于檢查，而基層企業不堪重負，甚至產生了嚴重的抵觸情緒[2]。

1.3 發展戰略方面，制約因素不斷增多，轉型需求日趨明顯

2018 年3 月6 日，十三屆全國人大一次會議上所做政府報告明確指出：退出煤炭產能1.5 億t 左右，淘汰關停環保不達標的30 萬kW 以下煤電機組，火電機組的生存空間將極大被壓縮。根據中國社會科學院的研究論證，到2050 年，中國火力發電的構成將降至發電量的50%以下。因此，發電企業、尤其是火電企業的轉型壓力巨大，企業轉型、搬遷或者停產、破產，將造成的人員安置和資產轉移，問題尤其復雜。

2 “智慧化策略”用于當前發電企業的技術優勢

2016 年2 月29 日，國家發改委發布了《關于推進“互聯網+”智慧能源發展的指導意見》，其中明確指出了要促進能源和信息的深度融合。應該看到，“智能發電、智慧電廠”的構建是發電企業提升管理、提升市場競爭優勢的創新舉措，同時也是將管理與當前先進技術高度融合的成果[3]。

2015 年8 月7 日9 時58 分，國家能源集團北京燃氣熱電“二拖一”機組順利通過168 h 試運行，煙塵、二氧化硫排放均為零，氮氧化物排放質量濃度為7 mg/m3，廠界噪聲達到Ⅰ類標準，各項指標均達到國內領先水平。作為國家能源集團首個“智能電站”示范項目，此項目從頂層設計到工程建設過程中，認真落實國家能源集團建設一鍵啟停、無人值守、全員值班的信息化電站，建設低碳環保、技術領先、世界一流的數字化電站，實現發電廠創造價值、建筑物傳承文化，建設現代工業藝術品等一系列建設理念，該項目擁有“一鍵啟停、無人值守、全員值班、一體化平臺、三維全景、智能巡檢和智能票務”等開創性理念，成為了國內智能化程度最高、用人最少、環保零排放的綠色生態電廠。

縱觀當前現有“智慧電廠”概念只能作為“工業4.0”概念在電廠生產流程中的簡單運用，而集成化地實現發電企業生產、經營的全過程管理，甚至黨務管理，才是“智慧電廠”建設要實現的終極目標。

2.1 生產管理方面，管理和分析全自動化，消除差錯

生產管理中，針對當前生產過程的各種要素，建立統一的大數據平臺，生產運行所需要的任何數據和產生的任何數據都統一存儲、主動分析、動態安排、智能計劃，借助必要的智能終端設備，與值班人員和設備人員進行交互，人、機、環、管有效統一，實現兼顧指標效率、人力最省、環境友好、本質安全。

2.1.1 建立設備大數據平臺，系統狀態一目了然

對全廠設備進行普查和測繪，收集設備信息，包括生產廠家、生產日期、投運日期時間、驗收情況及各項技術參數等數據，全部納入大數據平臺，同時利用移動終端，將設備出現缺陷狀況、缺陷處理流程、消缺情況、消缺責任人以及再次出現問題的情況全部錄入，從而使得全廠實現唯一而無缺的設備臺賬。

2.1.2 充分利用數據平臺，實現精準運行分析和設備狀態檢修

有了囊括設備歷史的數據平臺，結合通過DCS傳輸的運行狀態，通過基于設備說明書或者運行、檢修規程編制的精確算法，實現全系統、全狀態的設備狀態評估，一旦發現設備運行參數的變化，結合之前的檢修情況，向值班人員和設備管理人員提出預警或者提示。使得運行分析和設備劣化分析進入自動化階段，破解當前完全依靠制度管理和技術人員經驗的運行分析和劣化分析的管理漏洞。

2.1.3 技術標準數字化，符合便捷、快速、唯一的要求

同樣利用大數據平臺，將全廠所有的技術標準進行數字化裝訂和存儲。一方面利用系統閉鎖，將不符合規程的操作強制閉鎖于DCS，避免操作失誤。另一方面，利用手持終端設備，可以實現技術人員快速查閱、檢索的要求。而且由于云平臺存儲的數據源唯一，避免了不同版本的標準、規程流通造成的操作失誤，大大簡化了技術管理工作。

2.1.4 人員行為精準控制，簡便易行兼顧安全效率

改變傳統紙質兩票管控難的問題，將兩票電子化，實現源唯一。操作人員在經過上級審核后，使用手持終端（或者手機），執行兩票操作，借用手持終端的錄音拍照功能，操作開始同步錄音，嚴格順序操作，不執行完成第一步操作就無法執行下一步，關鍵節點掃碼、NFC 打點或拍照確認，由“人防”轉變為“技防”。

2.1.5 引入智能巡檢機器人，增強生產現場管理水平

針對電廠開發的智能巡檢機器人已具備紅外測溫、激光測振、聲音檢測、氣體檢測、智能識別和視頻檢測等功能，它能夠在生產現場24 h 值班監控設備，通過搭載的高清攝像頭，對表計類進行數據識別、讀取、記錄和分析，對設備跑、冒、滴、漏異常狀態進行檢測，對電機、水泵類設備通過激光測振、測溫元件及時檢測數據，發現異常及時報警，保證生產安全、穩定。

2.2 企業管理方面，完善系統規范行為，提升效率

真正的智慧電廠，不能只著眼于智慧化的設備和生產管理，企業資本運行、經營行為、企業文化甚至黨建工作也是不可割舍的有機組成部分，與設備和生產管理密不可分。因此，基于“工業4.0”的智慧電廠，一定不能避開企業管理的問題，僅僅強調技術管理。

2.2.1 人力資源管理正規化，高效公平

將全體人員（包括外來勞務）信息全體錄入統一的管理系統平臺，實現了人員資料和檔案的全電子化，通過手持終端，將人員各項培訓、考試、工作表現、成績和榮譽等各種相關數據全部納入，經過智能分析系統，構建細致到個人的職業要素的分析平衡表，更易于進行人力資源分析和人力資源調配。

2.2.2 工作任務流程清晰，責任落實更簡便易行

借助人力資源檔案，可以將全廠的工作任務和設備管理分成工作任務流和設備管理區塊，通過進一步完善責任劃區，將工作和設備責任細化到個人，真正做到“物勒工名”，徹底完善責任制，做到凡事有人管、出事有人負責。

2.2.3 規章制度系統化，進入機器“管人”時代

借助大數據平臺，輔助于手持終端和其他外置設備，將規章制度納入工作流中，違反規章制度，則相應的工作流根本無法繼續執行，從而避免了人為失誤造成的各項違規問題，同時，由于將監督職能轉變為電子系統監督，徹底解決了我們現在為了避免責任不落實或者規章不執行，而設立多個職能部門進行監督，又設立上級監督部門來監督基層職能部門工作，機構超臃腫、管理死循環的問題。

3 “工業4.0”實現的困難和效費比

雖然“工業4.0”前景美好，但是也應該充分認識到真正實現“工業4.0”（智慧電廠）面臨的技術和資金困難，要堅定信心，依賴轉型取得預期的高效費比。

3.1 面臨的困難和解決策略

3.1.1 資金耗費大，應充分發揮集團化優勢稀釋風險

據初步核算，實現智慧電廠全套硬件和軟件費用，耗資超過5000 萬，對于單個發電企業來說，無異于沉重負擔，而且效費比并不高。因此，應充分發揮集團化優勢，集合全集團人力和財政資源，進行技術攻關，完成后迅速向系統內進行推廣，稀釋研發費用，共享技術成果。或者與其他具有相關技術和資金的高技術公司共同組建科技公司，一方面將比較成熟的信息技術引進來，另一方面引進資金、稀釋風險。

3.1.2 信息設備維護量增大，改變企業技術版圖

基于信息技術的“工業4.0”，會增加大量的信息和通訊設備，而且，信息設備運行的好壞，直接影響到企業的正常運作。因此，除研發人員外，企業必須配置大量信息技術人員，負責系統和設備的維護，形成一個龐大的信息專業隊伍，徹底改變企業的技術版圖。企業的管理思維、模式和側重點將發生極大的變化，需要各級管理人員真正解放思想，適應這樣的改變。

3.2 效費比的初步核算

在“智慧電廠”領域進行思考和研究期間，曾委托專業人員行測算，實現完全的“智慧電廠”管理系統，需要的資金投入至少5 000 萬元，其中硬件投入在1 200 萬元。不考慮后期成立專業公司獲得的推廣費用。

3.2.1 集團化解決方案，稀釋成本

借用集團化手段，研發成本由500 個廠平攤，則每廠成本為：（5 000-1 200）/500+1 200=1 207.6 萬元。

3.2.2 產生效益分析

加入集團化推進，產生的效益分為效益提升、人力資源成本下降及科技進步效益等方面。

效率提升由煤耗測算，按照《國家能源集團2020年社會責任報告》，國家能源集團2020 年供電煤耗比2019 年供電煤耗煤耗下降1 g/（kW·h），國家能源集團2020 年發電量為9 828 億kW·h，標煤單價按照800 元/t 測算。按照500 個廠推行。

煤耗效率提升：1×9 828×108×800×10-6/500=157.25 萬元。

人力資源利用率上升20%，節省用工20%，集團按照32 萬人測算，平均工資8 萬元，可實現提效：20%×8×320 000/100=5 120 萬元。

科技進步效益無法估算。

通過分析可見，效益潛力巨大。充分利用國家政策和技術優勢，堅持正確的方向，同時充分注重上層領導溝通和對基層員工進行動員，堅定信心，消除風險，推動企業及時跨入“工業4.0”時代。

4 結語

“智慧電廠”是通過采用先進的大數據、云計算等技術，實現生產信息與管理信息的智慧化，實現人、技術、經營目標和管理方法的集成，并具備智能化、一體化、可觀測、可互動和自學習等能力。本文通過概念簡介、形勢分析以及效費測算，充分論證了基于“工業4.0”的智慧電廠在傳統發電企業產業轉型中的主導地位，得出了大有可為的結論。但是，我們應該充分認識到傳統企業轉型和改革的復雜性和困難度。因此，一方面我將更進一步對智慧電廠進行研究，另一方面，利用智慧電廠解決方案蘊含的系統化思維方式，小步慢跑、積水成河，向智慧電廠方面逐步靠攏、分步實現。