国家能源集团黄其励：打造智慧电厂的必要性、途径及建议——2018年智慧电厂论坛（二）

电力18讯：

 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，黄其励称，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。

 

　

　　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。

 

　　在有电之后的136年，我们国家的电从小到大、从弱到强。改革开放以后我们经历了五大里程碑阶段：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+。

 

　　能源转型和煤电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，美籍奥地利生物学家LV.贝塔朗菲定律。我举一个例子，一度电，燃煤发电按300 克来算，我们国家的能源利用效率33%，除33%就是一公斤多标准煤，考虑对环境、生态的影响，我当年在电厂的时候百万吨死亡率6个人，现在百万吨死亡率是0.56个人。再举一个例子，陆理事长领我们4月在常熟开了一个会，我们参观了常熟电厂，常熟电厂是每年烧当地的污泥、垃圾30万吨，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，好像这个电厂将来和常熟市就离不开了，因此这个时候就不仅仅是烧30万吨城市垃圾污泥的问题，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方式。

 

　　动态性和开放性。我们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，随便几个，每次可以推出很多话，每种改变，现在的改变和过去不一样，现在的改变是为了经济目的改变，火电比较困难，由于改变以后带来很多困难和问题，我们都是搞专业的，知道这些问题所在，这样对电厂的各方面生产、管理、经营都带来很大的影响。负荷变化，不光是用电负荷的变化，还有可再生能源发电符合的变化，火电上大家都是一个发电系统，此消彼涨，这个变化，既然风电、太阳能是随气候变化影响的，同样为了电网的稳定，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有没有风和太阳的影响。还有人工智能和技术进步的变化，气象水平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等于桶壁上最短的木板，过去讲加高短板解决关键的力量，其实我觉得还有其他的办法，即加大直径。加大直径也能做活。比如我们国家的二次能源当中的电的比例大概是百分之二十几，国外是百分之四十几，如果说把这二次能源蛋糕做大，现在所有的风电、火电、太阳能、煤电可能就不够了。按照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，所以把蛋糕做大，大家想办法，常熟电厂是和那个联系起来的。我还参观过一个电厂，它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，他们生态好管理了，电厂也有效率。此外，改变形状也是方法之一。大家知道周长相同圆形面积最大，什么意思呢？一个圆心大家围它转，一个多边形，它的面积不会大，如果围绕圆形转的话就会大，这是举例子说明，不一定很合适，我想考虑我们想事情的时候如何用矛盾论的思想考虑。

 

　　像电力系统，有它定期短板。拿电力系统来看定期短板有什么呢？电源结构不合理。有三个能源解构，第一，一次能源解构，有多少煤、有多少油、有多少气。第二，二次能源解构。第三，电源解构。我们国家现在的问题是，把二三十万的中小机组拆掉了，用电负荷的变化需要机组的变化，峰值电力非常重要。国外国家在发展期间，峰值、尖峰负荷的技术应该占总容量的10%以上，这样就可以抽水蓄能等等一些方式，我们国家现在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，虽然这里存在很多问题。

 

　　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。

 

　　中期短板就是二次能源中电的比例应该增加，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“社会主义，苏维埃+电气化就是共产主义”，如果加上什么化就是什么的话，那我们加这些合适吗？很早以前我参观过一个矿，我过去参观三个家庭，一个厂区干部、一个中层干部、一个是老百姓，后来给我带到老百姓司机家，九几年，我去了以后没有电、没有煤气，我说没有煤气炒菜怎么炒？他说没问题，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，其实储能不是储电的，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。我们去年全国弃了1千亿千瓦时的电，云南弃水将近400亿千瓦时，电力没人要，所以全省电力市场受影响解决不了的话这个问题也挺难解决的。

 

　　智慧电厂工程的短板，我个人认为有这些。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老书记的问题。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，和智慧电厂必须联系，将来一旦电力市场比较发达的国家，它根据电价用户可以要一个地方的电，那个地方电必须传过来，不传过来不行。所以这种情况发生的话，我们电厂不仅在本单位，在全国范围内起作用了。同一个发电集团内部的一体化平台。

 

　　(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材料的供应很难，可是如果灵活没有，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，这个系统就不谈了。刚刚谈到常熟电厂他们很有经营头脑的，除了烧了30万吨垃圾以外，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？风电弃电了，宁可让它弃电，如果火电厂进来用风电、太阳能、尽量用弃光弃水弃风的电做厂电，不够的时候用自己的厂电，这个当然降低了供电煤耗，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，风、火、光互补。我看这里面大部分是火电，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，好多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。

 

　　燃煤电厂的历史责任和新使命。煤电是电力工业的第一功臣，是能源解构调整的主力军，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，跟我们大家比比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可能干不过来，还有很多很多的事情。

 

　　第二个，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，新时代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电脑。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，一个翼是火电厂溶硬件水平的极大提高，硬件大家清楚，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。

 

　　第二个，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”超级计算及，1997年击败了国际象棋的冠军，它以强机的方式，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，当然和超强的计算，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。一个就是进来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的机器人在演出上，这个机器人有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、个群智开发、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。

 

　　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。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，比如负荷变化、用电侧。大家都去看球赛了，忽然把电器都开了，一会儿太阳来了发电，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，将实际扩增显示工作管理流程中的人行为。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，泛在大于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，一般电厂不例外，一个区域不例外，各个电厂也不例外，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，调度知道，所以调负荷、不调机组，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，几大发电公司，一个发电公司同一个区域很多电厂，这个电厂是不是一定哪个电厂运行呢？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，不够的在第二位的，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，甚至该不检修的就不检修，现在很多问题修好了，也有的问题修坏了。

 

　　第五，人机共存、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。

 

　　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科再生能源、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%还是多少负荷，这个负荷以下多调一度电给4毛，这个钱从哪儿来呢？从不调峰的技术来，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国自动化，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、高环保、更低碳。现在脱硫的技术，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，石灰石要挖下来达到产生的灰，我们国家的灰含20%几百分之二十几，可利用当然更好，将来可能利用不了那么多就造成了重大的灰厂。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！

 

　　上文根据现场速记整理，未经本人审核！若有错误，敬请指正，谢谢！