國內火力發電廠數字化轉型探討

朱佳斌，金宇航，程 波，王思敏

（中國聯合工程有限公司，浙江 杭州 310052）

引言

國有企業的數字化轉型工作迫在眉睫。2020年8月，國務院國資委印發的《關于加快推進國有企業數字化轉型工作的通知》[1]中指出，要打造能源類企業數字化轉型示范。2022年1月，國家發改委印發的《“十四五”現代能源體系規劃》[2]中提出，發展智慧電廠包括數字化三維協同設計、智能施工管控、數字化移交、先進控制策略、大數據、云計算、物聯網、人工智能和5G通信等示范應用。

要發展智慧電廠，那么何為智慧電廠？根據標準《T/CEC 164—2018火力發電廠智能化技術導則》[3]，火力發電廠智能化的定義為：火力發電廠在廣泛采用現代數字信息處理和通信技術基礎上，集成智能的傳感與執行、控制和管理等技術，達到更安全、高效、環保運行，與智能電網及需求側相互協調，與社會資源和環境相互融合的發展過程。本文針對國內火力發電廠的數字化轉型應用情況進行分析、總結。

1 國內主要數字化火力發電廠簡介

1.1 各大能源集團數字化轉型情況

國內各大發電集團積極響應國家數字化轉型發展戰略，制定了集團級、企業級的發展戰略。針對各大能源集團的數字化轉型規劃，進行統計分析，提煉出數字化轉型發展要點，如表1所示。

表1 各大能源集團數字化轉型情況

從表1中可以看出，幾大發電集團對于數字化轉型主要聚焦在生產數字化、管理數字化、決策數字化、風險管控以及電力工控自動化等方面。

火力數字化轉型一方面能夠提高單個電廠和發電集團自身的運營效率，另一方面，能夠有效提升能源產業數字化水平，提高生產效率，提升能源領域的自主化水平，保證國家能源安全。

1.2 典型數字化火力發電廠簡介

在數字化火力發電廠應用方面，國有企業走在前列。本文選取國家能源集團、大唐集團、京能集團、華潤電力、寶武集團和瀚藍環境等大型集團旗下的典型數字化電廠，按規模、機組燃料和投產時間等進行分類、匯總，如表2所示。

表2 典型數字化火力發電廠情況

根據表2可以看出，數字化火力發電廠主要應用于150 MW以上的大型燃煤或燃氣機組。這是因為小型火力發電廠在數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，發電功率高，數字化提升改造能夠顯著提升規模效應。典型的火力發電廠投產時間都是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數字化轉型的支持，另一方面得益于工業互聯網、視頻技術、算法理論以及機器人技術等近年來的快速發展，數字化電廠到了實際應用的臨界點。

2 數字化火電廠功能應用情況分析

數字化電廠作為一種新型技術，技術路線和實現方法等都具有多樣性。各種新的互聯網和物聯網技術也在不斷發展，不斷推動數字化電廠功能的完善。對國內典型電廠的數字化應用的主要功能進行分類匯總，如下頁表3所示。

表3 典型數字化火力發電廠主要功能列表

針對現有火力發電廠已經實現的數字化功能，進一步討論分析，將各電廠實現的主要功能、實現頻次繪制成柱狀圖，如圖1所示。

圖1 典型火力發電廠數字化功能統計

從圖1中可以看出，各個電廠實現的通用性功能主要包括三維可視化平臺、機器人巡檢、設備故障診斷、視頻巡檢、人員定位、大數據運行優化和燃燒優化等。

1）三維可視化平臺。三維可視化平臺一般融合三維模型、二維圖紙和檢修數據等。三維可視化平臺是數字化電廠在運營過程中重要的展示窗口，是電廠數字化的基礎底座和重要載體，已成為數字化電廠的標配。

2）機器人巡檢。機器人巡檢主要包括三種機器人型式，即：多節式、輪式和升降軌道式機器人。電廠根據企業實際情況，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，并且能夠適應惡劣環境，減輕電廠人員工作強度。

3）設備故障診斷。基于歷史數據或機理模型兩種方式，對設備的運行狀態進行監控，對異常情況進行預警，優化檢修周期，提升設備的運行效率，進而提升整個電廠的運行效率。

4）視頻巡檢。基于多功能攝像頭，實現圖像、視頻的巡檢。實現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。

5）人員定位+電子圍欄。人員定位主要基于UWB技術、超寬待定位技術和射頻技術等。能夠實時感知電廠人員情況，并在三維可視化平臺中展示，結合虛擬或者實際的電子圍欄技術實現安全生產。

6）大數據運行優化和燃燒優化。這兩個功能都是基于數據來優化電廠的運行情況。一方面，收集的數據可以通過人為分析歸因，另一方面，利用機器學習等人工智能算法進行分析，尋找電廠運行過程中最優工況，進一步穩定燃燒，更好地控制污染物排放，發揮數據的價值，提高生產效率。

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

8）燃料管理。煤電廠主要實現煤場自動化進料、燃料摻配、無人值守等功能。能夠穩定燃燒工況，減少電廠人員配置，改善工作人員生產環境。

3 結論與展望

數字化火力發電廠在國內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、自動化、少人化、設備故障分析以及運行優化等做了大量工作，但仍存在以下不足：

1）整個行業缺少數字化火力發電廠的細化標準，導致各個數字化電廠實現的功能不一致。

2）對于火力發電廠中整個電廠的生產管理、成本分析和智慧辦公等復合型的功能實踐較少，未能發揮數據的最大價值。

3）小型火力發電廠在數字化方面的投入較少。

展望未來，火力發電廠的全面數字化和智慧化運營還有很大的發展空間。