朱佳斌，金宇航，程 波，王思敏
（中国联合工程有限公司，浙江 杭州 310052）
引言国有企业的数字化转型工作迫在眉睫。2020年8月，国务院国资委印发的《关于加快推进国有企业数字化转型工作的通知》[1]中指出，要打造能源类企业数字化转型示范。2022年1月，国家发改委印发的《“十四五”现代能源体系规划》[2]中提出，发展智慧电厂包括数字化三维协同设计、智能施工管控、数字化移交、先进控制策略、大数据、云计算、物联网、人工智能和5G通信等示范应用。
要发展智慧电厂，那么何为智慧电厂？根据标准《T/CEC 164—2018火力发电厂智能化技术导则》[3]，火力发电厂智能化的定义为：火力发电厂在广泛采用现代数字信息处理和通信技术基础上，集成智能的传感与执行、控制和管理等技术，达到更安全、高效、环保运行，与智能电网及需求侧相互协调，与社会资源和环境相互融合的发展过程。本文针对国内火力发电厂的数字化转型应用情况进行分析、总结。
1 国内主要数字化火力发电厂简介1.1 各大能源集团数字化转型情况国内各大发电集团积极响应国家数字化转型发展战略，制定了集团级、企业级的发展战略。针对各大能源集团的数字化转型规划，进行统计分析，提炼出数字化转型发展要点，如表1所示。
表1 各大能源集团数字化转型情况
从表1中可以看出，几大发电集团对于数字化转型主要聚焦在生产数字化、管理数字化、决策数字化、风险管控以及电力工控自动化等方面。
火力数字化转型一方面能够提高单个电厂和发电集团自身的运营效率，另一方面，能够有效提升能源产业数字化水平，提高生产效率，提升能源领域的自主化水平，保证国家能源安全。
1.2 典型数字化火力发电厂简介在数字化火力发电厂应用方面，国有企业走在前列。本文选取国家能源集团、大唐集团、京能集团、华润电力、宝武集团和瀚蓝环境等大型集团旗下的典型数字化电厂，按规模、机组燃料和投产时间等进行分类、汇总，如表2所示。
表2 典型数字化火力发电厂情况
根据表2可以看出，数字化火力发电厂主要应用于150 MW以上的大型燃煤或燃气机组。这是因为小型火力发电厂在数字化电厂方面的进展较慢，而大型燃煤燃气机组的投资体量大，发电功率高，数字化提升改造能够显着提升规模效应。典型的火力发电厂投产时间都是2014年以后，2019年以后项目占比近75%，一方面得益于近几年国家对于企业数字化转型的支持，另一方面得益于工业互联网、视频技术、算法理论以及机器人技术等近年来的快速发展，数字化电厂到了实际应用的临界点。
2 数字化火电厂功能应用情况分析数字化电厂作为一种新型技术，技术路线和实现方法等都具有多样性。各种新的互联网和物联网技术也在不断发展，不断推动数字化电厂功能的完善。对国内典型电厂的数字化应用的主要功能进行分类汇总，如下页表3所示。
表3 典型数字化火力发电厂主要功能列表
针对现有火力发电厂已经实现的数字化功能，进一步讨论分析，将各电厂实现的主要功能、实现频次绘制成柱状图，如图1所示。
图1 典型火力发电厂数字化功能统计
从图1中可以看出，各个电厂实现的通用性功能主要包括三维可视化平台、机器人巡检、设备故障诊断、视频巡检、人员定位、大数据运行优化和燃烧优化等。
1）三维可视化平台。三维可视化平台一般融合三维模型、二维图纸和检修数据等。三维可视化平台是数字化电厂在运营过程中重要的展示窗口，是电厂数字化的基础底座和重要载体，已成为数字化电厂的标配。
2）机器人巡检。机器人巡检主要包括三种机器人型式，即：多节式、轮式和升降轨道式机器人。电厂根据企业实际情况，选用不同类型的机器人。轮式和轨道式机器人较为常用。巡检机器人能够显着减少巡检人员配置，并且能够适应恶劣环境，减轻电厂人员工作强度。
3）设备故障诊断。基于历史数据或机理模型两种方式，对设备的运行状态进行监控，对异常情况进行预警，优化检修周期，提升设备的运行效率，进而提升整个电厂的运行效率。
4）视频巡检。基于多功能摄像头，实现图像、视频的巡检。实现基于视频流的违章识别和自动警报，全面提升安全电厂建设。
5）人员定位+电子围栏。人员定位主要基于UWB技术、超宽待定位技术和射频技术等。能够实时感知电厂人员情况，并在三维可视化平台中展示，结合虚拟或者实际的电子围栏技术实现安全生产。
6）大数据运行优化和燃烧优化。这两个功能都是基于数据来优化电厂的运行情况。一方面，收集的数据可以通过人为分析归因，另一方面，利用机器学习等人工智能算法进行分析，寻找电厂运行过程中最优工况，进一步稳定燃烧，更好地控制污染物排放，发挥数据的价值，提高生产效率。
7）APS一键启动。APS一键启动主要用于燃气轮机，燃气轮机系统相对简单，又需要频繁启停调峰。APS一键启动还用于燃煤电厂相对独立的子系统，例如，送风系统等。
8）燃料管理。煤电厂主要实现煤场自动化进料、燃料掺配、无人值守等功能。能够稳定燃烧工况，减少电厂人员配置，改善工作人员生产环境。
3 结论与展望数字化火力发电厂在国内得到了一定程度的实际运用，示范电厂在三维可视化展示、安全生产、自动化、少人化、设备故障分析以及运行优化等做了大量工作，但仍存在以下不足：
1）整个行业缺少数字化火力发电厂的细化标准，导致各个数字化电厂实现的功能不一致。
2）对于火力发电厂中整个电厂的生产管理、成本分析和智慧办公等复合型的功能实践较少，未能发挥数据的最大价值。
3）小型火力发电厂在数字化方面的投入较少。
展望未来，火力发电厂的全面数字化和智慧化运营还有很大的发展空间。
