大型能源集团智能电站与智慧企业建设路径分析_田景奇.pdf

第1期大型能源集团智能电站与智慧企业建设路径分析田景奇1，冯树臣2，方志宁1，杨如意3，王献文3，赵俊杰2（1.国电电力发展股份有限公司，北京100101；2.国家能源投资集团有限责任公司，北京100034；3.国电内蒙古东胜热电有限公司，内蒙古 鄂尔多斯017000）摘要：国家能源集团积极开展发电智慧企业建设实践，通过规划指导、示范建设、制定标准、验收评级等措施，促进了我国电站智能化技术研究及应用，提高了电厂智能化生产和智慧化管理水平，对发电行业产生了深远的影响。结果表明：国家能源集团坚持大胆试点、标准引领、研发核心技术、应用首台套装备的科学发展理念，实现了电厂生产效率和管理水平的跨越式提升。“两平台三网络”智慧电厂建设架构、智能发电系统ICS、智慧管理系统IMS在同行业得到高度认可。发布国内首套全业务、成体系的 智能电站建设规范，为电力行业智能化发展提供了指导，国家能源集团发电智慧企业建设成为能源行业数字化转型的典型代表。关键词：智慧电厂；数字化转型；智能发电平台；智慧管理平台；5G+工业互联网；首台套核心技术中图分类号：TM62文献标识码：A文章编号：2096-7691（2023）01-003-06作者简介：田景奇（1970），男，硕士，高级工程师，现任国电电力发展股份有限公司党委委员、副总经理、董事会秘书，主要从事安全生产、科技信息、综合能源、智慧电厂等管理工作。Tel：13801111068，E-mail：引用格式：田景奇，冯树臣，方志宁，等.大型能源集团智能电站与智慧企业建设路径分析 J.能源科技，2023，21（1）：3-8.0引言为贯彻习近平总书记关于推动数字经济和实体经济融合发展的重要指示精神，落实党中央、国务院关于推动新一代信息技术与制造业深度融合，打造数字经济新优势相关决策部署，国家能源集团将智慧化发展作为“一个目标、三型五化、七个一流”发展战略的一项重要战略，提出能源供应智慧化的发展方向1-5。通过开展电站数字化、智能化建设，以增强集团公司整体竞争力、创新力、控制力、抗风险能力，提升发电产业基础能力、质量效益、现代化和智慧化水平4-8。在国资委印发的 关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知 等文件指导下，国家能源集团以“立足新发展阶段、贯彻新发展理念、构建新发展格局”为指导，以数据的全流程管控为抓手，以服务集团公司智慧化运营管控模式为落脚点，发布了 国家能源集团数字化转型战略，提出“数字驱动转型发展，智慧引领国家能源”6-10。本文拟分析大型能源集团开展智能电站、智慧企业建设的路径、目标等，将信息技术引入生产经营流程，提升企业生产效率和经营效益；研究分析有助于了解大型能源集团指导所属火电、水电、新能源电厂开展数字化转型、智能化升级、智慧化管理的实施路径，包括规划试点、制定标准、评级验收、成果转化、推广应用等全过程管理，以实现发电厂高质量转型升级，提高生产力水平，减人提效，降低资源消耗、成本开支和碳排放，创造更多的价值和更大的效益。1问题与目标智慧电厂建设坚持问题导向，价值引领，解决发电企业生产经营中的实际问题。存在的问题有：智能电站、智慧企业的概念定义、建设标准和数据接口等规范未明确和统一；不同软件之间存在信息壁垒和数据孤岛；智能化应用缺少功能强大、兼容性强的开发平台和支撑环境；大部分软件以流程化管理为主，缺少分析、诊断、预测、优化、闭环控制等高级智能化应用；电厂部分岗位重复程度高、劳动强度大、人身安全风险高。在刘吉臻院士提出的智慧电厂“五个自特征”基第21卷 第1期Vol.21No.12023年2月Feb.2023第1期础上，提出智慧电厂应具备“九个自特征”，即自分析、自诊断、自趋优、自管理、自恢复、自学习、自适应、自组织、自提升1。智慧电厂建设的价值体现为“两提升、一打造、一推进”，即提升价值创造能力、提升全要素生产力，打造企业竞争优势，推进建设具有全球竞争力的世界一流企业。电厂生产管理一般应实现安全运行、风险管控、应急管理、降本增效、状态检修、预测性维护。有条件的火电、流域梯级水电、新能源电厂应实现区域检修、区域燃料市场、区域综合营销、区域风资源预测管控、区域水情监控等预报体系。电厂经营管理一般应实现智慧经营、智慧营销、智慧燃料、智慧物资、智慧行政等管理。火电站通过云计算、大数据、物联网、移动互联网等现代信息技术和人工智能技术，与火电产业深度融合。采用5G测控仪表、机器人、边缘计算芯片、先进传感器等智能装备，打造泛在感知环境、智能计算环境、智能控制环境、开放的应用开发环境等，形成智能检测、智能监盘、智能控制、智能寻优、智能交互等功能群组。将生产控制相关的厂级智能燃料、智能水务、智能脱硫、智能热网、综合能源调控等子系统纳入底层DCS一体化控制，实现多机一控、热控电气一体化、主辅控一体化的火电智能化建设模式。火电站智能化建设的目标为：降低煤耗和运行成本，减少运行和管理人员数量，提高安全管控能力、经济效益和决策水平，实现“无人电厂、精准预测、少人管理”的目标。水电站将大数据、物联网、人工智能等先进技术与水电产业深度融合，推广水电全生命周期数字化管理、流域梯级电站集中调度、水电厂无人值守运行模式。采用定子局放、转子引线、油液在线等一系列先进监测技术，明确设备编码、数据标准化、接口管理等要求，水电站运维管理实现从就地值守向区域运维、远程集控、流域梯级调度、灾害协同预警、源网荷储综合能源的水电智能化建设模式发展。新能源电站将5G、大数据、高精密传感、边缘计算、人工智能、智能芯片、智能控制器等先进技术与新能源产业深度融合，采用智能控制、智能诊断、智能报警、设备健康管理、安全风险管理等应用，通过“一区域一集控”的新能源智能化建设模式，实现“无人运行、少人管理、集中控制、高效发电、状态维修”的智能生产运营管理模式。2实施路径2.1规划指导2017年，原国电集团发布了 智慧企业建设指导意见，按照“建设示范，制定标准，以点带面，全面推进”原则推进集团公司智慧发电企业建设。原国电集团发布了 智能发电建设指导意见，致力于打造自主可控智能发电工控系统。智能分散控制系统（iDCS，Intelligent Distributed Control System）作为能源装备的“大脑和神经中枢”，以发电过程的数字化、自动化、信息化为基础，将电力工业技术与电子信息技术、企业管理技术高度融合，形成具备自学习、自适应、自趋优、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式。2.2示范建设2017年，国家能源集团确定泰州、东胜、聊城、民权4家燃煤电厂为首批火电智慧企业试点单位，并组织规划和建设方案的评审。2021年，集团公司印发了 关于开展智慧发电企业示范建设的通知，明确11 家火电、2 家水电、5 家新能源共18 家电厂开展第二轮智慧发电企业示范建设。2.3制定标准2019年，国家能源集团下属国电电力在行业内率先发布 国电电力新能源区域公司智慧企业建设标准 国电电力火电智慧企业建设规范 国电电力水电智慧企业建设技术规范 等子分公司级智慧企业建设规范。2021年初，集团下属原国华电力发布了 国华电力智慧企业建设导则。2021年底，国家能源集团组织相关试点单位，通过总结20172020年发电智慧企业建设经验与实践成果，正式发布 火电智能电站建设规范 水电智能电站建设规范 新能源智能电站建设规范。如图1所示，明确了智能电站建设总体架构为“两平台、三网络”。在生产控制大区网络、管理信息大区网络、工业无线网络、电力生产设备和物联网设备的基础上，按照智能发电和智慧管理两大业务板块，搭建智能发电平台（ICS，Intelligent Power Generation Control System）和智慧管理平台（IMS，Intelligent ManagementSystem）。规范创新性地在行业内首次明确将水电、火电、新能源电站智能化程度分为初级、中级、高级和卓越级，明确细化了等级评价指标和评级标准。国家能源集团大渡河公司主编，并于2021年12月由国家能源局发布了 智慧水电厂技术导则 梯级田景奇等：大型能源集团智能电站与智慧企业建设路径分析 4第1期水电厂智慧调度技术导则 流域梯级水电站经济调度控制技术导则 等行业标准。龙源电力主编，并于2022年6月由国家能源局发布了 智能风电场技术导则 风电场监控系统信息安全防护技术 等行业标准。智能风电场技术导则 是国内首个智能风电领域行业标准。2.4验收评级印发 国家能源集团电站智能化建设验收评级办法，规范电厂智慧企业建设标准和阶段性验收标准，组织开展泰州、东胜、吉林台、国电电力宁夏新能源等18家智能电站示范建设。验收评级分为火电、水电和新能源3个板块，各板块打分包括5 项，基础设施及智能装备100 分、智能发电平台100 分、智慧管理平台100 分、保障体系100 分、成果与效益50 分（含获国家级、正部级成果荣誉，关键核心技术、首台套应用等不设上限的加分项）。对5 项中的各小项进行核实和打分，5 项分数总和即为电站智能化评分结果。根据评分结果，电站智能化评级分为初级、中级、高级和卓越级，初级为110250 分，中级为251350 分，高级为351450 分，卓越级为450 分以上。示范单位预打分和预评级结果为：京燃热电389 分，评为高级智能电站；东胜热电338分，评为中级智能电站；泰州电厂337 分，评为中级智能电站；寿光电厂282 分，评为中级智能电站；布连电厂266 分，评为中级智能电站；瀑布沟水电站（含大渡河生产指挥中心）412 分，评为高级智能电站；国电电力宁夏新能源312 分，评为中级智能电站；安徽龙源电力343 分，评为中级智能电站。预打分和预评级结果符合实际情况与预期，说明 国家能源集团电站智能化建设验收评级办法 具有合理性和可操作性。3效果分析3.1大胆试点国家能源集团多个单位开展了智能电站试点工作，部分单位实现了初级的万物互联、全域感知、状态预警、多场协同、限域优化、精准控制、综合提效。东胜电厂建成国内首个5G+智慧火电厂。泰州电厂、东胜电厂建成“5G+工业互联网”示范电厂，成为国内智能化程度最高的燃煤电厂。2020年6月，东胜电厂建成国内首个“5G+智慧火电厂”。“泰州电厂基于5G+工业互联网电力企业的应用”入选2022年电力5G应用创新优秀案例；东胜电厂“基于5G技术的工业无线网在智能化火电中实践应用”入选2022年电力5G应用创新典型案例。大渡河公司通过全面开展物联网技术、工业自动化技术应用，建设了水电流域电站群梯级智慧调度、覆盖全流域的高精度水情测报、灾害协同预警、设备健康状态早期预警、智慧水电基建等智能应用。自开展智慧企业建设以来，大渡河公司大幅提升了传统水电企业生产智能化水平，人员减少14%，全员劳动生产率提高75%，流域安全生产超过6 100 d，大渡河水电建成国内智能化程度最高的流域梯级智慧水电站群。京燃热电采用电站智能控制（ICS）及信息物理系统（CPS，Cyber Physical Systems）技术，构建基于燃气智能电站泛在感知、数据分析、自动控制的多维度系统，图1智能电站建设总体架构智能发电平台智慧管理平台场站监控远程集控实时监控智能控制智能报警智能预警功能预测智能诊断智能分析集控五防保信主站电能计量开放应用开发环境智能控制环境智能计算环境数据分析环境数据统一管理和服务数据存储、抽样、清洗、分析静态数据生产实时数据交互层应用层平台层基础设施层控制区生产控制网生产辅助网生产设备智能设备集控机房三维建模实时数据数据镜像管理门户移动门户智能运行智能设备应急管理智慧经营智慧过程智慧物资智慧行政智慧党建智慧安全数据底座平台底座数据工具数据湖移动应用数字孪生使能工具PAAS服务保障体系和评价体系EPR等集团统建系统数据统一管理和服务数据采集、存储、清洗、融合边缘数据中心管理侧云网底座设备基础数据生产人员数据生产管理数据其他公共数据广域网管理信息网工业无线网智能/物联网装备云数据中心边缘计算 5第1期融合一体化云平台、机组一键启停（APS，AutomaticP