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国家能源集团黄其励:智慧电厂的核心是智慧决策和人机协调——2018年智慧电厂论坛(二期)

北极星电力网新闻中心  来源:电力头条APP    2018/7/25 10:13:03  我要投稿  

北极星火力发电网讯:“智慧电厂的核心是智慧决策和人机协调,基础是实时的动态大数据,手段是强大的计算能力。”中国工程院院士、国家电网公司顾问、国家能源集团电力领域首席科学家黄其励先生在2018年智慧电厂论坛(第二期)发表了题为《对建设智慧电厂的学习与思考》的演讲时表示。北极星电力网全程对会议进行直播,如需了解更多的会议直播,请联系微信号:13693626116

各位领导,各位同仁,大家上午好!刚刚陆总做了非常重要的报告,我是来学习的,我只能就我的学习体会在这里做个发言,和大家一起交流。来了这么多专家都是我的老师,有什么不合适的地方共同探讨。讲三个问题:

直播地址:2018年智慧电厂(第二期)

第一,建设智慧电厂的哲学思维。

第二,对智慧电厂的学习认识。

第三,几点建议。

有电136年来,我们国家电从小到大、从弱到强,改革开放以后我们经历了五大里程碑:1,安全/文明。2,煤耗/经济。3,绿色/环保。4,灵活/循环。5,智慧/互联网。

能源转型和升级是系统的世纪工程。电力系统是由相互联系、相互作用的有关部分组成的开放式系统。其特点是系统性、整体性、动态平衡性、时序性和环境制约性等。

(一)系统论:综合集成方法。

系统论是钱学森院士倡导的。系统论的科学理论阐述是美籍奥地利生物学家LV.贝塔朗菲定律。燃煤发电按一度电300克来算,我们国家燃煤发电平均能源利用效率33%,从系统论来看,对环境、生态都会造成影响。能源研究会6月份在常熟开了一个会,我们参观了华润常熟电厂,常熟电厂每年耦合燃烧当地的30万吨污泥,一个好处,对电厂来讲当然减排了,因为垃圾里碳少、硫少、氮少,而且和处理城市的废物排放紧密联系,成为一个生命的共同体,一个上下游的关系,这个电厂将来和常熟市就离不开了,有更大的环保价值。整体来看,系统给我们的思考就是,从系统角度考虑问题应该不仅仅是一个数学加减的方式。

动态性和开放性。我们发电系统本身是一个系统,但是又是更大一个系统的部分,因此它的动态性和开放性,比如可逆与不可逆,确定性与随机性、有序与无序,开放问题,对天、地、人是开放的。这里例子很多了,现在火电比较困难,我们都是搞专业的,知道这些问题所在,这些对电厂的生产、管理、经营都会带来很大的影响。负荷变化,不光是用电负荷的变化,还有可再生能源发电负荷的变化,大家都在同一个系统,此消彼涨,而且风电、太阳能是随气候变化的,为了电网的稳定,在负荷一定的情况下,它的变化也必然会影响到火电厂的变化,所以火电厂的变化还要受气候影响,有没有风和阳光的影响。还有人工智能和技术进步的变化,以及国家政策的变化等。

(二)矛盾论——木桶原理。

木桶原理就是木桶的盛水量被桶壁上最短的木板限制,过去讲加高短板解决,其实我觉得还有其他的办法,就是加大直径,加大直径也能增加容量。比如我们国家的二次能源当中的电的比例大概20%几,国外40%几,如果说要把二次能源蛋糕做大,现在所有的火电、风电、太阳能还不够。按照刚才陆理事长所讲的那样,一个电厂不光是发电,还可以供热、供冷、供水、供气、供氢,想供什么就可以供什么,社会需要什么我们就供什么,蛋糕就做大了,如果仅仅停留在电力上肯定要受电网的影响,所以要把蛋糕做大,靠大家想办法。华润常熟电厂是这么做的。我还参观过一个电厂,把当地的所有压缩空气统一起来,由电厂供应,20多个工业企业非常高兴,他们生产好管理了,电厂也有效率。

电力系统也有短板,就是电源结构不合理。有三个结构:第一,一次能源结构,多少煤、多少油、多少气。第二,二次能源结构。第三,电源结构。我们国家现在的问题是,计划把二三十万千瓦的中小机组拆掉。可是用电负荷的变化需要靠机组的变化来调节,峰值电力非常重要。在国外,一般能提供尖峰负荷的容量应该占总容量的10%以上,可以是抽水蓄能等等一些方式,我们国家现在只有2%。因此,在蓄能技术没有根本解决商业化运行之前,这个历史重担就落在了煤炭发电的肩上,这里存在很多问题。

所以现在就提一个问题,第四个里程碑就叫灵活,我留学的时候60万机组可以带到12万,也是符合需求而来的。

解决中期短板,就是应该增加二次能源中电的比例,我认为现在的发电过剩是假现象、是不正常的现象,如果真正像列宁所说的“苏维埃+电气化就是共产主义”,用电量还有需求。很早以前我参观过兖矿,我到过三个家庭,一个厂区干部、一个中层干部、一个是老百姓司机家,当时没有电、没有煤气,我说没有煤气炒菜怎么炒?他说没问题,用电很方便啊,所以二次能源电气化是未来必须走的道路。

储能,我就不谈了,储能问题我个人感觉方向还需要调整,只重视电化学储能还不够,其实储能不仅是储电,储热能、储水能、储机械能,大的、小的、中的、微的、家庭的都可以做。去年全国弃了1千亿千瓦时水电,云南弃水将近400亿千瓦时,这个问题也挺难解决的。

智慧电厂工程的短板,这是我自己瞎想的,对不对咱们研究。第一,实时、动态状态感知的大数据采集,分析处理和优化自主决策。刚刚陆理事长提出智能和智慧什么关系?我想这里尝试回答一下陆总的问题。智能,中国字是很有讲究的,智能的“智”怎么写?“知日知月为智能”也,但是智慧的“慧”,一个心还不够,“要丰富而又有丰富的心,丰富的思考才叫智慧”,因此仅仅搞一个自动化、搞一个数字化就命名为自己是智慧电厂可能为时过早。

数字化双胞胎和电厂模型双胞胎,以及人工智能的弱、强、深度学习。在同一个平台上整合全厂的智慧生产、智慧管理、智慧经营和电网友好及电力市场,因为电力是开放的,和智慧电网必须联系,将来一旦电力市场发达,用户可以购买某个地方的电,那个地方的电必须传过来,不传过来不行。所以这种情况发生的话,我们电厂不仅在本地,而要在全国范围内发挥作用。同一个发电集团内部的一体化平台也行成了。

第三,协同论:云互联、多能协同、源荷互补。

源、网、荷、储市场的协调发展。燃煤发电与可再生能源发电的协调发展。刚刚谈灵活性我认为是广义的灵活性,第一燃煤灵活性,燃煤电厂不光烧煤,可以烧垃圾,可以烧生物质,国外现在掀起一个生物质和火电厂灵活混烧。为什么我们国家生物质发电成熟率很低呢?因为全烧生物质以后原料的供应很难,可是如果做到灵活耦合,原料问题就没有了,从0到百分之百都可以烧,和燃煤电厂混合的话,可以用单独的、可以用共同的,这个就不细谈了。刚刚谈到华润常熟电厂他们很有经营头脑,烧了30万吨污泥,市政府每吨给300元的补助,还挣钱了,名利双收。另外,常见的灵活性,我个人认为为什么一定要自己供给自己呢,为什么不可以用临近的太阳能、风电供应呢?如果火电厂利用风电、太阳能、尽量用弃光弃风的电做厂电,不够的时候用自己的厂电,这个就降低了供电煤耗,所以厂电灵活性也是灵活的。还有负荷灵活,以及新能源互补等等。

青海,去年7天、今年9天连续用新能源供电,水、风、光互补。我看这里面大部分是水电,所以水电我就列了一个题目,水电厂的梯级调度和跨流域优化调度,河流统一调度就非常好。电能多种用途的协调发展,努力开拓市场,堤内损失堤外补。

燃煤电厂的历史责任和新使命。燃煤电厂是电力工业的第一功臣,是能源结构调整的主力军,新时代燃煤发电使命更高效、更灵活、更清洁、更低碳、更循环、更智慧。设计高效,运营是不是高效?在低负荷、满负荷下如何做到高效。像泰州电厂,现在能耗266克,他准备降到260以下、250几,现在正在建设的大唐山东郓城电厂,设计的供电煤耗更低,看看我们还有没有潜力可挖、还有没有事可做,不是无所作为,而是大有作为,可能我们自己的智慧和体力都干不过来,还有很多很多的事情。

第二,对智慧电厂的学习认识。

去年的7月8日国务院发布了“新一代人工智能发展规划”,明确要求推广智能工厂,加强智能工厂关键技术和体系方法的应用示范,重点推广生产线重构与动态智能调度、生产装备智能物联和云化数据采集、多维人机协同与互操作系统,鼓励引导企业建设工厂大数据系统、网络化分布式生产设施,引导生产设备网络化、生产数据可视化、生产过程透明化、生产现场无人化,提升工厂的管理水平。

建设智能电厂的重要性,这是我的理解,大家来批评指正。

第一,我国能源领域转型发展的新里程碑,是燃煤电厂在新时代实现脱胎换骨再造新生的新途径,是建设现代能源系统的可靠保障,给发电行业装上一个可以思考、不断优化和自我完善的大脑。智慧电厂的核心是智慧决策和人机协调,基础是实时的动态大数据,手段是强大的计算能力。

建设两个翅膀双翼,一翼是火电厂硬件水平的极大提高,硬件大家清楚;一翼是软件,也一样,DCS系统、MIS系统、ERP系统、SIS系统等等,我们可以说走在世界前列。

第二,云计算、物联网、移动通信、大数据。这里多次提到人工智能,人工智能(AI)迅速发展将改变社会生活、改变世界。大家都有耳闻,人工智能有三次人机重大的对决,第一次就是“深蓝”超级计算机,1997年击败了国际象棋冠军,它输入了200多万个国际象棋的棋谱,通过“固定”程序,是不可改变的,只是200多万动态选了一个而已,并不能改变,当然具有超强的计算,赢得了胜利,虽然速度快,但比较死板。第二是2011年的“沃森”机器人,储存了数百万个文件资料,以每秒80万亿次运算,相当于1秒钟可以读100万本书,它能够逻辑推理和评估出答案,精确的回答。它参加了以应变性著称的竞赛项目“危险边缘”,超过了很多高手,获得胜利,得到了100万美元的奖金。一个就是近来AlphaGo的出现,击败了两个围棋九段,有极强的记忆和逻辑推理,还能产生个性,这和深度学习分不开。今年9月1日在北京音乐厅,来自意大利的机器人和人类演出,机器人有56个手指,不仅可以演出固定的节目,还可以当场模仿人类的演奏家演奏节目,可以自己创作新的曲子演奏,这说明人类的智慧是无限的,可以实现深度学习、跨界融合、个性开发、自主决策。

人工智能发展的三个阶段:监督学习—弱学习、无监督学习—强学习、创新学习—深度学习。专家系统人工智能(弱学习),依赖专家体系标准的数据学习,学习也依赖人工设计的算法。广义人工智能(强学习),将来可选择可行、可用的不同信息和数据来源,并可以进行长久性的终身学习,具有高度且强大的自助行。深度人工智能(深度学习),每个动作都会对环境有影响,学习对象根据观察到的周围环境进行判断,使结果最优。

第一、智能电厂的特点,建设智慧电厂的目的,就是建设现代能源电力系统,实现安全、高效、绿色、低碳的发电,这是我们最终不可动摇的过程。特点,生产过程可以自主优化,系统具有自主能力,可以使系统适应不同变化的目标条件,比如用电侧负荷变化,大家都去看球赛了,同时把电视打开了;太阳出来了,太阳能发电上网了,以及电力市场的变化等等,能够采集、分析、判断和规划自身的行为,智能的在线动态优化配置设备及其参数。

第二、管理流程的透明优化。就是以虚拟现实(AR)为代表的,显示工作管理流程中人的行为。因为我们现在情况是,决策者在上层,执行者在下层,如何使上层、下层距离最小,除了扁平化的管理以外,要能够做到生产管理过程透明化也是有帮助的。

第三、本电厂和区域发电的整体优化。包括人在内的万物互联。我的想法是,凡在大于2的一个集体中,一定有一个是优的、一个是劣的,一个第一、一个第二的,电厂也不例外。如果能自动优化配置资源,使整体效益最大化,当然现在的调度直接调度到电厂,我虽然是电网公司的,我对这个做法也有意见,我给他们提过多次。电厂如果4台机、5台机,哪个最好,电厂知道,所以调负荷、不调机组,交给电厂,这样电厂就可以任务情况,燃料、负荷、厂电情况来配置自己的资源。咱们有五大发电公司,加上华润六大,加上神华七大,几大发电公司,一个发电公司同一个区域很多电厂,是不是一定由哪个电厂运行呢?我的想法是,在这个地区内,这个集团有条件应该有责任优化,让最好的对社会效益最好的电厂先运行,不够的在第二位,再不够的第三位,这样做到整体优化,如果能做到本电厂和本区域整体优化的话,我想现在的技术可能就不太行了,需要通过一种智慧的指挥方式才能做到。

第四,全生命周期的自我维护、智能检修。通过智能检修检测智能判断,来判断变压器等几个因素,判断出了什么故障,能够提前发现,状态检修,甚至可以不检修的就不检修,现在很多问题是有的修好了,也有的修坏了。

第五,人机共存、共荣、自我完善。GE公司有一个报告,说利用云平台可以利用数字化技术可以提高燃煤效率1.5,降低非停时间5%,降低二氧化碳3%。

实现智能电厂途径:

第一,用“三论”思想,对历史的经验进行总结和提炼。如燃料配煤、燃料优化全负荷经济环保诊断,一定要考虑全负荷,不是满负荷,考虑50%、40%,比如我问了一些电厂,大概发电降到40%、50%负荷的话,影响发电煤耗10—15克,现在到15克,怎么把它抢回来,堤内损失怎么堤外补。

在线煤质分析,非常重要,否则我们所有的在线分析数据都是无源之水、无本之木,虚拟电子围栏、智能安全帽、运行数据监测和优化、水情预报和水库调度以及预测再生能源、直供大用户和电力市场辅助服务的关联等。辽宁省为了搞电力市场试点,就是规定一个负荷,比如60%,这个负荷以下多调一度电给4毛,这个钱从哪儿来呢?从不调峰的机组来,核电、风电、水电,如果40%以下再往下调峰,一度电1元,这个政策可以说解决了我们的困难,我们应该充分利用,将来电力市场的辅助服务就是这样辅助服务的,以什么论英雄?过去以发电多少论英雄,将来我们以为电网调峰做的贡献论英雄。

第二,认真学习过去并不熟悉的人工智能、大数据、现代信息、神经网络等。这里我看了一些材料,我觉得有一个倾向值得注意,好像搞智能电厂就是搞自动化,和主机、主设备关系甚小,我觉得这个事要慎重考虑,如果主设备不参与,就是搞自动化的人来参与的话,能实现主机的人力智能化我觉得这个值得研究,我感觉这个倾向大家要注意。

第三,制定顶层规划、分布实施。建设智慧电厂我认为只有起点没有终点,学习、实践、再学习、再实践不断深化和升华的过程。

第四,建议,可以总结已经实施智慧电厂的实施经验,从局部系统到全部系统,由智慧电厂1.0,不断向智慧电厂2.0、3.0迈进,不断升级。

几点建议:

第一,燃煤电厂在新时代大有作为。树立高目标,“孙子兵法”讲求其上、得其中;求其中,得其下;求其下,必败”。日本曾经对2万个企业做了调查,最能调动人们积极性的标准标杆怎么立,最后的结论是,第一,跳起来,第二,能够着的目标位最好,跳起来够不着,大家也没有积极性,不跳起来躺着也能完成也不行,所以尽量立一个高一点的目标,不断的迈进。

第二,开展深入学习现代新技术。

第三,集团级、公司级和厂级,制定智慧电厂(群)的发展规划,分年度、分系统实施。

第四,以多种目的为目标的燃煤机组灵活改造中分布实施。

第五,在面向能源转型和电力市场为目标,实现电厂更高效、更环保、更低碳。现在的脱硫技术,湿法脱硫,我个人认为从人类长远来看是不可持续的,用的石灰石,有的把山挖平了,青山绿水,没有山不好说了,大家还要考虑可持续发展对环境、生态没有影响的这样的环保包括脱硫技术。实现更安全、更灵活。循环经济,这里大有作为。

希望大家根据自己单位的实践、根据本地区的实际情况,多动脑筋,多向智慧电厂迈进一步。祝大家成功。谢谢!

(根据速记整理,未经本人审核)

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