科環(huán)國(guó)能智深：讓電站“智”起來(lái)

與大多數(shù)電廠不同，國(guó)家能源集團(tuán)內(nèi)蒙古上海廟發(fā)電有限公司（以下簡(jiǎn)稱“上海廟電廠”）的集控室旁邊還有一間專門的智慧信息室。這間智慧信息室與鋼鐵、汽車、港口等智能化程度較高的行業(yè)企業(yè)的智慧中心類似，工作人員面前的大屏幕上，智能監(jiān)盤、智能控制等模塊的信息實(shí)時(shí)更新并不時(shí)彈出智能決策指導(dǎo)。

“技術(shù)人員昨天給除鹽水泵進(jìn)行了一次小型智能化升級(jí)，運(yùn)行不到24小時(shí)已經(jīng)減少了400多次人工操作。系統(tǒng)還在不斷學(xué)習(xí)持續(xù)進(jìn)化，未來(lái)這種智能化升級(jí)有望從除鹽水泵等輔機(jī)延伸到鍋爐、汽輪機(jī)、發(fā)電機(jī)3大主機(jī)。”上海廟電廠智慧信息中心技術(shù)員魏銘毅說(shuō)。

上海廟電廠將全國(guó)產(chǎn)自主可控智能分散控制系統(tǒng)（iDCS）首次應(yīng)用于100萬(wàn)千瓦火電機(jī)組。這套iDCS由國(guó)能智深控制技術(shù)有限公司（以下簡(jiǎn)稱“科環(huán)國(guó)能智深”）自主研發(fā)，該公司隸屬于國(guó)家能源集團(tuán)科技環(huán)保有限公司（以下簡(jiǎn)稱“科環(huán)集團(tuán)”），是我國(guó)能源行業(yè)工業(yè)控制領(lǐng)域的龍頭企業(yè)。

工業(yè)控制系統(tǒng)被譽(yù)為能源裝備的“大腦和神經(jīng)中樞”。iDCS以傳統(tǒng)的DCS（分散控制系統(tǒng)）為基礎(chǔ)，擴(kuò)展感知信息、融合人工智能與大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，具備自學(xué)習(xí)、自趨優(yōu)、自診斷、自恢復(fù)、自適應(yīng)、自組織等智能化特征。“雙碳”目標(biāo)下，由科環(huán)國(guó)能智深自主研發(fā)的iDCS目前已累計(jì)應(yīng)用超過(guò)130臺(tái)套，iDCS系列技術(shù)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)火水核新“譜系化”發(fā)展。

科環(huán)國(guó)能智深是國(guó)務(wù)院國(guó)資委評(píng)選的“科改企業(yè)”和創(chuàng)建世界一流專業(yè)領(lǐng)軍示范企業(yè)。該公司深耕工業(yè)控制領(lǐng)域40余年，其前身是原水利電力部下屬電科院電廠自動(dòng)化所。作為轉(zhuǎn)制科研院所，該公司深度融入國(guó)家能源集團(tuán)以全球最大電力裝機(jī)規(guī)模所創(chuàng)造的科技成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用場(chǎng)景；作為央企子公司，該公司與清華大學(xué)、華北電力大學(xué)等高校建立創(chuàng)新聯(lián)合體，整合科技創(chuàng)新資源；作為傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)一分子，該公司在業(yè)內(nèi)率先研發(fā)出iDCS，推動(dòng)能源行業(yè)從自動(dòng)化向智能化升級(jí)；作為國(guó)產(chǎn)化先鋒，該公司從最早開展國(guó)產(chǎn)DCS研發(fā)到如今實(shí)現(xiàn)全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化，不斷強(qiáng)化安全支撐作用；作為高新技術(shù)企業(yè)，該公司走過(guò)從引進(jìn)、消化、吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)到自主創(chuàng)新的發(fā)展道路，引領(lǐng)中國(guó)在該領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)跟跑到并跑再到領(lǐng)跑的跨越。

科環(huán)國(guó)能智深為強(qiáng)化企業(yè)科技創(chuàng)新主體地位、以科技創(chuàng)新引領(lǐng)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新提供了一個(gè)可供借鑒的樣本。

智能化升級(jí)

2016年11月，在中國(guó)工程院院士、時(shí)任華北電力大學(xué)校長(zhǎng)劉吉臻的推動(dòng)下，“智能發(fā)電”被首次寫入國(guó)家能源局發(fā)布的《電力發(fā)展“十三五”規(guī)劃》。

在當(dāng)年7月，華北電力大學(xué)與原中國(guó)國(guó)電（后與中國(guó)神華重組成國(guó)家能源集團(tuán)）共建的“智能發(fā)電協(xié)同創(chuàng)新中心”揭牌成立，正式推出“智能發(fā)電”的概念。這個(gè)由央企和高校打造的創(chuàng)新聯(lián)合體具有較強(qiáng)的科技創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化實(shí)力，此前雙方曾合作完成了2014年度國(guó)家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)項(xiàng)目“大型超超臨界機(jī)組自動(dòng)化成套控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用”。科環(huán)國(guó)能智深也參與了這個(gè)獲獎(jiǎng)項(xiàng)目，其在國(guó)內(nèi)大型火電機(jī)組DCS市場(chǎng)占有率約22%。

但智能發(fā)電并非易事。在我國(guó)，金融等服務(wù)業(yè)、鋼鐵等流程型制造業(yè)、整車組裝等離散型制造業(yè)最后環(huán)節(jié)的智能化成熟度相對(duì)較高。發(fā)電行業(yè)卻情況特殊，其設(shè)備和流程龐大復(fù)雜，地域差異較大，對(duì)安全性、穩(wěn)定性、保密性等的要求較高。更重要的是，發(fā)電廠并非獨(dú)立的工廠，而需接受電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，“雙碳”目標(biāo)下火電廠還需深度調(diào)峰、快速調(diào)峰，這大幅增加了智能化的難度。

2017年初，在智能發(fā)電協(xié)同創(chuàng)新中心的組織下，智能發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)（ICS）正式進(jìn)入研發(fā)階段。科環(huán)國(guó)能智深承擔(dān)起ICS的研發(fā)工作，劉吉臻被聘為項(xiàng)目技術(shù)負(fù)責(zé)人和首席科學(xué)家，位于內(nèi)蒙古鄂爾多斯的國(guó)家能源集團(tuán)東勝電廠被確定為試點(diǎn)應(yīng)用單位。

“研發(fā)團(tuán)隊(duì)大概有40人，開展了一年半的集中攻關(guān)。大家經(jīng)常一起干到凌晨，有時(shí)干脆直接住在辦公室，周六日經(jīng)常加班。”科環(huán)國(guó)能智深智能技術(shù)部副經(jīng)理安鳳栓回憶。

2018年7月，業(yè)內(nèi)首套ICS在東勝電廠1號(hào)機(jī)組正式投運(yùn)。近一年后，2號(hào)機(jī)組及廠級(jí)ICS也正式投運(yùn)。

2019年10月，“智能發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用”科學(xué)技術(shù)成果鑒定會(huì)召開。多位院士和專家組成的鑒定委員會(huì)認(rèn)為，該系統(tǒng)“整體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”，并具有5個(gè)主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)，即提出了雙層網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（ICS+ISS）的智能發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)架構(gòu)，構(gòu)建了自主可控的智能發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)平臺(tái)，研發(fā)了基于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的廣義預(yù)測(cè)控制、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等智能運(yùn)行控制算法，研發(fā)了模型自弈、故障特征學(xué)習(xí)、深度搜索等智能分析診斷算法，構(gòu)建了具有主動(dòng)防御、邊界防護(hù)、集中監(jiān)管功能的工控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全解決方案。

“智能發(fā)電運(yùn)行控制系統(tǒng)研發(fā)及其應(yīng)用”項(xiàng)目獲得2020年度電力科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)，相關(guān)成果“火電智能控制系統(tǒng)”入選國(guó)務(wù)院國(guó)資委《中央企業(yè)科技創(chuàng)新成果推薦目錄（2020年版）》。

2020年12月，ICS經(jīng)過(guò)迭代更新升級(jí)形成新一代全自主可控iDCS。這一次，國(guó)家能源集團(tuán)選擇內(nèi)蒙古鄂爾多斯的布連電廠和上海廟電廠作為試點(diǎn)，前者是對(duì)一臺(tái)老電廠的66萬(wàn)千瓦火電機(jī)組進(jìn)行智能化升級(jí)改造，后者則將智能化方案融入一座新電廠的100萬(wàn)千瓦火電機(jī)組建設(shè)。

2021年5月，科環(huán)國(guó)能智深研發(fā)的自主可控iDCS在布連電廠2號(hào)機(jī)組完成首臺(tái)示范應(yīng)用。同年12月，iDCS在上海廟電廠完成首臺(tái)百萬(wàn)機(jī)組示范應(yīng)用的捷報(bào)再次傳來(lái)。

“從電廠工人的角度來(lái)看，iDCS在減少工作量、提升精確度等方面成效顯著。比如，除鹽水泵智能化改造開展1個(gè)月來(lái)，日均操作量已降低95%以上；扇區(qū)冷卻母管的溫度壓力控制，以前人為操作會(huì)比較保守，但現(xiàn)在系統(tǒng)能理性計(jì)算一個(gè)最優(yōu)值，平衡經(jīng)濟(jì)與安全。”魏銘毅向記者更新進(jìn)展情況。

從內(nèi)蒙古鄂爾多斯起步，科環(huán)國(guó)能智深研發(fā)的iDCS累計(jì)在全國(guó)各地的火電廠應(yīng)用達(dá)到100臺(tái)套，“智慧監(jiān)盤、少人值守、自趨優(yōu)運(yùn)行”的智能化運(yùn)行模式成為現(xiàn)實(shí)。

2024年，科環(huán)國(guó)能智深牽頭主編的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《火力發(fā)電廠智能控制系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》發(fā)布并正式實(shí)施，標(biāo)志著國(guó)家能源集團(tuán)牽頭自主研發(fā)、首次應(yīng)用并規(guī)模化推廣的火電iDCS得到了全行業(yè)的認(rèn)可。

多元化拓土

科環(huán)國(guó)能智深在火電之外不斷開疆拓土。

這種多元化戰(zhàn)略首先體現(xiàn)在組織架構(gòu)上。科環(huán)國(guó)能智深綜合管理部副經(jīng)理高宇鵬介紹，該公司針對(duì)火電業(yè)務(wù)縱向設(shè)立了智能技術(shù)部、市場(chǎng)營(yíng)銷中心、工程中心等部門，但隨著業(yè)務(wù)領(lǐng)域不斷拓展，該公司還橫向成立了水電新能源事業(yè)部、核電儀控事業(yè)部、煤炭事業(yè)部、化工事業(yè)部等部門。

創(chuàng)新聯(lián)合體建設(shè)也圍繞多元化戰(zhàn)略不斷擴(kuò)張“朋友圈”。“除華北電力大學(xué)外，我們還與清華大學(xué)、北京化工大學(xué)、中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等高校合作開展科技創(chuàng)新。”科環(huán)集團(tuán)副總工程師、科環(huán)國(guó)能智深首席科學(xué)家田雨聰說(shuō)。

國(guó)家能源集團(tuán)為科環(huán)國(guó)能智深的多元化戰(zhàn)略提供廣闊的應(yīng)用場(chǎng)景。該公司電力裝機(jī)容量已突破3億千瓦，在全國(guó)總裝機(jī)量占比超過(guò)1/10，成為全球裝機(jī)規(guī)模最大的企業(yè)。其在火電和風(fēng)電2個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的裝機(jī)量也居世界首位，水電、光伏發(fā)電等細(xì)分領(lǐng)域裝機(jī)量處于中國(guó)前列。此外，國(guó)家能源集團(tuán)還是全球最大煤炭生產(chǎn)企業(yè)和全球最大煤制油煤化工企業(yè)。

10余年來(lái)，科環(huán)國(guó)能智深研發(fā)的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于火電、水電、核電、風(fēng)電、光伏發(fā)電、天然氣發(fā)電、地?zé)岚l(fā)電、煤礦生產(chǎn)、煤化工等領(lǐng)域，在國(guó)家能源集團(tuán)之外也有大量應(yīng)用。進(jìn)入iDCS時(shí)代，其iDCS在非火電領(lǐng)域應(yīng)用已超過(guò)30臺(tái)套。

水電iDCS依托國(guó)家能源集團(tuán)下屬吉牛水電站和瑪爾擋水電站實(shí)施。科環(huán)國(guó)能智深水電新能源事業(yè)部專家李朝鋒介紹，基于水電廠智能管控需求，該公司在云邊協(xié)同控制器的軟硬件機(jī)制、基于組播訂閱數(shù)據(jù)傳輸功能、監(jiān)控系統(tǒng)上下位機(jī)軟件一體化、現(xiàn)地層和廠站層擴(kuò)展輸入輸出EIO功能、系統(tǒng)可視化組態(tài)技術(shù)等方面進(jìn)行了研發(fā)并取得了突破。

2023年4月，國(guó)內(nèi)首個(gè)采用iDCS架構(gòu)的基地型光伏控制系統(tǒng)在國(guó)家能源集團(tuán)下屬寧東200萬(wàn)千瓦復(fù)合光伏基地投運(yùn)。“項(xiàng)目研發(fā)了首套基于國(guó)產(chǎn)芯片和操作系統(tǒng)的百萬(wàn)千瓦級(jí)光伏智能管控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了大型光伏電站就地控制與遠(yuǎn)程集控一體化，為國(guó)家‘沙戈荒’風(fēng)光電基地開發(fā)、新型電力系統(tǒng)建設(shè)和能源數(shù)智化轉(zhuǎn)型提供了關(guān)鍵原創(chuàng)技術(shù)。”李朝鋒說(shuō)。

2025年的第一天，科環(huán)國(guó)能智深在核電領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“破冰”。中核集團(tuán)旗下“華龍一號(hào)”漳州核電1號(hào)機(jī)組正式投入商業(yè)運(yùn)行，其DCS采用了科環(huán)國(guó)能智深基于成熟大型火電控制系統(tǒng)自主研發(fā)的新一代核電分散控制系統(tǒng)——EDPF-NU平臺(tái)。“核電是一個(gè)對(duì)安全性要求極高的行業(yè)，因而對(duì)DCS的功能、性能指標(biāo)要求也極其嚴(yán)苛。科環(huán)國(guó)能智深建立了科學(xué)全面的核電質(zhì)保體系，為攻克核電DCS‘卡脖子’問(wèn)題打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。EDPF-NU平臺(tái)均為自主研發(fā)，特別是控制器同步、系統(tǒng)自診斷、時(shí)鐘同步和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能取得了重大突破。”科環(huán)國(guó)能智深核電儀控事業(yè)部副總經(jīng)理桑明說(shuō)。

他介紹，漳州核電現(xiàn)已開工建設(shè)的4臺(tái)“華龍一號(hào)”核電機(jī)組DCS均采用科環(huán)國(guó)能智深研發(fā)的EDPF-NU平臺(tái)。此外，EDPF-NU平臺(tái)還應(yīng)用于世界首套陸上商用模塊化核電小堆“玲龍一號(hào)”——海南昌江小堆DEH系統(tǒng)等項(xiàng)目。

國(guó)產(chǎn)化攻堅(jiān)

“國(guó)產(chǎn)化”是科環(huán)國(guó)能智深的一個(gè)重要標(biāo)簽。

1984年，我國(guó)首個(gè)研發(fā)應(yīng)用電站自動(dòng)化控制系統(tǒng)產(chǎn)品和技術(shù)的科研機(jī)構(gòu)——電科院電廠自動(dòng)化所成立，這便是科環(huán)國(guó)能智深的前身。這家新機(jī)構(gòu)的很多成員曾參與過(guò)1964年原國(guó)家科技委員會(huì)的“上海南市電廠火電廠計(jì)算機(jī)應(yīng)用科學(xué)試點(diǎn)”項(xiàng)目。

彼時(shí)，我國(guó)火電機(jī)組的DCS完全被國(guó)外所壟斷。“當(dāng)時(shí)一套30萬(wàn)千瓦機(jī)組的DCS售價(jià)就高達(dá)幾千萬(wàn)元，并且工程服務(wù)也不及時(shí)，后續(xù)運(yùn)維成本畸高，但是又不得不用。”田雨聰回憶。

在那個(gè)資料匱乏、設(shè)備稀缺、技術(shù)基礎(chǔ)薄弱的年代，經(jīng)過(guò)8年努力，電科院自動(dòng)化所終于在1992年研發(fā)出我國(guó)第一套DCS，并成功應(yīng)用于安徽淮北電廠，一舉打破國(guó)外壟斷。

1999年，電科院下屬電廠自動(dòng)化所與電廠西屋工程中心重組成立北京電研智深控制技術(shù)有限公司，開啟科研院所轉(zhuǎn)制之路。此后近20年，該公司雖幾經(jīng)變更，但堅(jiān)持走消化吸收與自主研發(fā)相結(jié)合的道路，一方面積極開展與西屋、ABB、西門子等跨國(guó)公司的技術(shù)合作，另一方面堅(jiān)持研發(fā)具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的工業(yè)控制系統(tǒng)產(chǎn)品和技術(shù)，從而取得數(shù)十項(xiàng)“中國(guó)首臺(tái)套”和“世界第一”業(yè)績(jī)。

近年來(lái)，以iDCS成功研發(fā)為標(biāo)志，科環(huán)國(guó)能智深將“國(guó)產(chǎn)化”擺上更加突出的位置。iDCS實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵核心電力裝備的自主國(guó)產(chǎn)化，應(yīng)用軟件100%自主研發(fā)、芯片100%國(guó)產(chǎn)化、操作系統(tǒng)100%國(guó)產(chǎn)化，核心知識(shí)產(chǎn)權(quán)100%自主可控。“系統(tǒng)訪問(wèn)的安全性得到有效控制，不存在后臺(tái)數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)保障我國(guó)能源生產(chǎn)與供給安全作出貢獻(xiàn)。”田雨聰說(shuō)。

但全產(chǎn)業(yè)鏈國(guó)產(chǎn)化不只是零部件的簡(jiǎn)單替換。田雨聰介紹，以芯片為例，為實(shí)現(xiàn)芯片100%國(guó)產(chǎn)化，科環(huán)國(guó)能智深對(duì)所有電路進(jìn)行了重新設(shè)計(jì)。“這也算是拓展了國(guó)產(chǎn)芯片的應(yīng)用空間。”

為提升產(chǎn)業(yè)鏈控制能力，科環(huán)國(guó)能智深于2022年成立國(guó)能智深（天津）控制技術(shù)有限公司。其智能制造產(chǎn)線于2023年投產(chǎn)，并在當(dāng)年入選國(guó)家級(jí)智能制造優(yōu)秀場(chǎng)景名單。“我們這條產(chǎn)線是按照最高標(biāo)準(zhǔn)打造的，它讓科環(huán)國(guó)能智深在產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)制造到工程服務(wù)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都能自主可控，年產(chǎn)量可達(dá)60萬(wàn)塊。”科環(huán)集團(tuán)黨委委員、副總經(jīng)理，國(guó)能智深黨委書記、董事長(zhǎng)馮健說(shuō)。

國(guó)產(chǎn)化新產(chǎn)品的研發(fā)應(yīng)用正加速推進(jìn)，存量市場(chǎng)的國(guó)產(chǎn)化替代改造工作也在有條不紊地開展。我國(guó)工業(yè)控制領(lǐng)域曾長(zhǎng)期被國(guó)外壟斷。截至目前，科環(huán)國(guó)能智深已對(duì)210臺(tái)套主機(jī)DCS進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代改造，其中進(jìn)口品牌主機(jī)DCS有173臺(tái)套；對(duì)161臺(tái)套DEH（汽輪機(jī)數(shù)字電液控制系統(tǒng)）進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化替代改造，其中進(jìn)口品牌DEH有129臺(tái)套。

不只是一枝獨(dú)秀。在科環(huán)國(guó)能智深的引領(lǐng)下，近年來(lái)，其他發(fā)電央企旗下負(fù)責(zé)工業(yè)控制技術(shù)研發(fā)的子公司也蓬勃發(fā)展起來(lái)，為國(guó)產(chǎn)化注入新的活力。