對建設(shè)智慧電廠的學(xué)習(xí)與思考 ---中國工程院院士黃其勵

  “智慧電廠的核心是智慧決策和人機協(xié)調(diào)，基礎(chǔ)是實時的動態(tài)大數(shù)據(jù)，手段是強大的計算能力?！边@是中國工程院院士、國家電網(wǎng)公司顧問、國家能源集團電力領(lǐng)域首席科學(xué)家黃其勵先生在參加2018年智慧電廠論壇(第二期)時的論斷。這一重要論斷與山西三合盛公司正在實施的智慧電廠研發(fā)項目，在觀念上不謀而合。為加深大家對智慧電廠的認識，我們將黃其勵院士的講話錄音進行了整理，以饗讀者，有誤之處，請海涵。

對建設(shè)智慧電廠的學(xué)習(xí)與思考

--中國工程院院士、國家電網(wǎng)公司顧問、國家能源集團電力領(lǐng)域首席科學(xué)家 黃其勵

各位領(lǐng)導(dǎo)，各位同仁，大家上午好!

剛剛陸總做了非常重要的報告，我是來學(xué)習(xí)的，我只能就我的學(xué)習(xí)體會在這里做個發(fā)言，和大家一起交流。來了這么多專家都是我的老師，有什么不合適的地方共同探討。講三個問題：

第一，建設(shè)智慧電廠的哲學(xué)思維。

第二，對智慧電廠的學(xué)習(xí)認識。

第三，幾點建議。

一、建設(shè)智慧電廠的哲學(xué)思維

有電136年來，我們國家電從小到大、從弱到強，改革開放以后我們經(jīng)歷了五大里程碑：1、安全/文明。2、煤耗/經(jīng)濟。3、綠色/環(huán)保。4、靈活/循環(huán)。5、智慧/互聯(lián)網(wǎng)。

能源轉(zhuǎn)型和升級是系統(tǒng)的世紀工程。電力系統(tǒng)是由相互聯(lián)系、相互作用的有關(guān)部分組成的開放式系統(tǒng)。其特點是系統(tǒng)性、整體性、動態(tài)平衡性、時序性和環(huán)境制約性等。

(一)系統(tǒng)論--綜合集成方法

系統(tǒng)論是錢學(xué)森院士倡導(dǎo)的。系統(tǒng)論的科學(xué)理論闡述是美籍奧地利生物學(xué)家LV.貝塔朗菲定律。燃煤發(fā)電按一度電300克來算，我們國家燃煤發(fā)電平均能源利用效率33%，從系統(tǒng)論來看，對環(huán)境、生態(tài)都會造成影響。能源研究會6月份在常熟開了一個會，我們參觀了華潤常熟電廠，常熟電廠每年耦合燃燒當(dāng)?shù)氐?0萬噸污泥，一個好處，對電廠來講當(dāng)然減排了，因為垃圾里碳少、硫少、氮少，而且和處理城市的廢物排放緊密聯(lián)系，成為一個生命的共同體，一個上下游的關(guān)系，這個電廠將來和常熟市就離不開了，有更大的環(huán)保價值。整體來看，系統(tǒng)給我們的思考就是，從系統(tǒng)角度考慮問題應(yīng)該不僅僅是一個數(shù)學(xué)加減的方式。

動態(tài)性和開放性。我們發(fā)電系統(tǒng)本身是一個系統(tǒng)，但是又是更大一個系統(tǒng)的部分，因此它的動態(tài)性和開放性，比如可逆與不可逆，確定性與隨機性、有序與無序，開放問題，對天、地、人是開放的。這里例子很多了，現(xiàn)在火電比較困難，我們都是搞專業(yè)的，知道這些問題所在，這些對電廠的生產(chǎn)、管理、經(jīng)營都會帶來很大的影響。負荷變化，不光是用電負荷的變化，還有可再生能源發(fā)電負荷的變化，大家都在同一個系統(tǒng)，此消彼漲，而且風(fēng)電、太陽能是隨氣候變化的，為了電網(wǎng)的穩(wěn)定，在負荷一定的情況下，它的變化也必然會影響到火電廠的變化，所以火電廠的變化還要受氣候影響，有沒有風(fēng)和陽光的影響。還有人工智能和技術(shù)進步的變化，以及國家政策的變化等。

(二)矛盾論--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，過去講加高短板解決，其實我覺得還有其他的辦法，就是加大直徑，加大直徑也能增加容量。比如我們國家的二次能源當(dāng)中的電的比例大概20%幾，國外40%幾，如果說要把二次能源蛋糕做大，現(xiàn)在所有的火電、風(fēng)電、太陽能還不夠。按照剛才陸理事長所講的那樣，一個電廠不光是發(fā)電，還可以供熱、供冷、供水、供氣、供氫，想供什么就可以供什么，社會需要什么我們就供什么，蛋糕就做大了，如果僅僅停留在電力上肯定要受電網(wǎng)的影響，所以要把蛋糕做大，靠大家想辦法。華潤常熟電廠是這么做的。我還參觀過一個電廠，把當(dāng)?shù)氐乃袎嚎s空氣統(tǒng)一起來，由電廠供應(yīng)，20多個工業(yè)企業(yè)非常高興，他們生產(chǎn)好管理了，電廠也有效率。

電力系統(tǒng)也有短板，就是電源結(jié)構(gòu)不合理。有三個結(jié)構(gòu)：第一，一次能源結(jié)構(gòu)，多少煤、多少油、多少氣。第二，二次能源結(jié)構(gòu)。第三，電源結(jié)構(gòu)。我們國家現(xiàn)在的問題是，計劃把二三十萬千瓦的中小機組拆掉?？墒怯秒娯摵傻淖兓枰繖C組的變化來調(diào)節(jié)，峰值電力非常重要。在國外，一般能提供尖峰負荷的容量應(yīng)該占總?cè)萘康?0%以上，可以是抽水蓄能等等一些方式，我們國家現(xiàn)在只有2%。因此，在蓄能技術(shù)沒有根本解決商業(yè)化運行之前，這個歷史重擔(dān)就落在了煤炭發(fā)電的肩上，這里存在很多問題。

所以現(xiàn)在就提一個問題，第四個里程碑就叫靈活，我留學(xué)的時候60萬機組可以帶到12萬，也是符合需求而來的。

解決中期短板，就是應(yīng)該增加二次能源中電的比例，我認為現(xiàn)在的發(fā)電過剩是假現(xiàn)象、是不正常的現(xiàn)象，如果真正像列寧所說的“蘇維埃+電氣化就是共產(chǎn)主義”，用電量還有需求。很早以前我參觀過兗礦，我到過三個家庭，一個廠區(qū)干部、一個中層干部、一個是老百姓司機家，當(dāng)時沒有電、沒有煤氣，我說沒有煤氣炒菜怎么炒?他說沒問題，用電很方便啊，所以二次能源電氣化是未來必須走的道路。

儲能，我就不談了，儲能問題我個人感覺方向還需要調(diào)整，只重視電化學(xué)儲能還不夠，其實儲能不僅是儲電，儲熱能、儲水能、儲機械能，大的、小的、中的、微的、家庭的都可以做。去年全國棄了1千億千瓦時水電，云南棄水將近400億千瓦時，這個問題也挺難解決的。

智慧電廠工程的短板，這是我自己瞎想的，對不對咱們研究。第一，實時、動態(tài)狀態(tài)感知的大數(shù)據(jù)采集、分析處理和優(yōu)化自主決策。剛剛陸理事長提出智能和智慧什么關(guān)系?我想這里嘗試回答一下陸總的問題。智能，中國字是很有講究的，智能的“智”怎么寫?“知日知月為智能”也，但是智慧的“慧”，一個心還不夠，“要豐富而又又豐富的心，豐富的思考才叫智慧”，因此僅僅搞一個自動化、搞一個數(shù)字化就命名為自己是智慧電廠可能為時過早。

數(shù)字化雙胞胎和電廠模型雙胞胎，以及人工智能的弱、強、深度學(xué)習(xí)。在同一個平臺上整合全廠的智慧生產(chǎn)、智慧管理、智慧經(jīng)營和電網(wǎng)友好及電力市場，因為電力是開放的，和智慧電網(wǎng)必須聯(lián)系，將來一旦電力市場發(fā)達，用戶可以購買某個地方的電，那個地方的電必須傳過來，不傳過來不行。所以這種情況發(fā)生的話，我們電廠不僅在本地，而要在全國范圍內(nèi)發(fā)揮作用。同一個發(fā)電集團內(nèi)部的一體化平臺也形成了。

（三）協(xié)同論--云互聯(lián)、多能協(xié)同、源荷互補

源、網(wǎng)、荷、儲市場的協(xié)調(diào)發(fā)展。燃煤發(fā)電與可再生能源發(fā)電的協(xié)調(diào)發(fā)展。剛剛談靈活性我認為是廣義的靈活性，第一燃煤靈活性，燃煤電廠不光燒煤，可以燒垃圾，可以燒生物質(zhì)，國外現(xiàn)在掀起一個生物質(zhì)和火電廠靈活混燒。為什么我們國家生物質(zhì)發(fā)電成熟率很低呢?因為全燒生物質(zhì)以后原料的供應(yīng)很難，可是如果做到靈活耦合，原料問題就沒有了，從0到百分之百都可以燒，和燃煤電廠混合的話，可以用單獨的、可以用共同的，這個就不細談了。剛剛談到華潤常熟電廠他們很有經(jīng)營頭腦，燒了30萬噸污泥，市政府每噸給300元的補助，還掙錢了，名利雙收。另外，常見的靈活性，我個人認為為什么一定要自己供給自己呢，為什么不可以用臨近的太陽能、風(fēng)電供應(yīng)呢?如果火電廠利用風(fēng)電、太陽能、盡量用棄光棄風(fēng)的電做廠電，不夠的時候用自己的廠電，這個就降低了供電煤耗，所以廠電靈活性也是靈活的。還有負荷靈活，以及新能源互補等等。

青海，去年7天、今年9天連續(xù)用新能源供電，水、風(fēng)、光互補。我看這里面大部分是水電，所以水電我就列了一個題目，水電廠的梯級調(diào)度和跨流域優(yōu)化調(diào)度，河流統(tǒng)一調(diào)度就非常好。電能多種用途的協(xié)調(diào)發(fā)展，努力開拓市場，堤內(nèi)損失堤外補。

燃煤電廠的歷史責(zé)任和新使命。燃煤電廠是電力工業(yè)的第一功臣，是能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的主力軍，新時代燃煤發(fā)電使命更高效、更靈活、更清潔、更低碳、更循環(huán)、更智慧。設(shè)計高效，運營是不是高效?在低負荷、滿負荷下如何做到高效。像泰州電廠，現(xiàn)在能耗266克，他準備降到260以下、250幾，現(xiàn)在正在建設(shè)的大唐山東鄆城電廠，設(shè)計的供電煤耗更低，看看我們還有沒有潛力可挖、還有沒有事可做，不是無所作為，而是大有作為，可能我們自己的智慧和體力都干不過來，還有很多很多的事情。

二、對智慧電廠的學(xué)習(xí)認識

去年的7月8日國務(wù)院發(fā)布了“新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃”，明確要求推廣智能工廠，加強智能工廠關(guān)鍵技術(shù)和體系方法的應(yīng)用示范，重點推廣生產(chǎn)線重構(gòu)與動態(tài)智能調(diào)度、生產(chǎn)裝備智能物聯(lián)和云化數(shù)據(jù)采集、多維人機協(xié)同交互操作系統(tǒng)，鼓勵引導(dǎo)企業(yè)建設(shè)工廠大數(shù)據(jù)系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)化分布式生產(chǎn)設(shè)施，引導(dǎo)生產(chǎn)設(shè)備網(wǎng)絡(luò)化、生產(chǎn)數(shù)據(jù)可視化、生產(chǎn)過程透明化、生產(chǎn)現(xiàn)場無人化，提升工廠的管理水平。

建設(shè)智能電廠的重要性，這是我的理解，大家來批評指正。

第一，我國能源領(lǐng)域轉(zhuǎn)型發(fā)展的新里程碑，是燃煤電廠在新時代實現(xiàn)脫胎換骨再造新生的新途徑，是建設(shè)現(xiàn)代能源系統(tǒng)的可靠保障，給發(fā)電行業(yè)裝上一個可以思考、不斷優(yōu)化和自我完善的大腦。智慧電廠的核心是智慧決策和人機協(xié)調(diào)，基礎(chǔ)是實時的動態(tài)大數(shù)據(jù)，手段是強大的計算能力。

建設(shè)兩個翅膀雙翼，一翼是火電廠硬件水平的極大提高，硬件大家清楚;一翼是軟件，也一樣，DCS系統(tǒng)、MIS系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、SIS系統(tǒng)等等，我們可以說走在世界前列。

第二，云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信、大數(shù)據(jù)。這里多次提到人工智能，人工智能(AI)迅速發(fā)展將改變社會生活、改變世界。大家都有耳聞，人工智能有三次人機重大的對決，第一次就是“深藍”超級計算機，1997年擊敗了國際象棋冠軍，它輸入了200多萬個國際象棋的棋譜，通過“固定”程序，是不可改變的，只是200多萬動態(tài)選了一個而已，并不能改變，當(dāng)然具有超強的計算，贏得了勝利，雖然速度快，但比較死板。第二是2011年的“沃森”機器人，儲存了數(shù)百萬個文件資料，以每秒80萬億次運算，相當(dāng)于1秒鐘可以讀100萬本書，它能夠邏輯推理和評估出答案，精確的回答。它參加了以應(yīng)變性著稱的競賽項目“危險邊緣”，超過了很多高手，獲得勝利，得到了100萬美元的獎金。一個就是近來AlphaGo的出現(xiàn)，擊敗了兩個圍棋九段，有極強的記憶和邏輯推理，還能產(chǎn)生個性，這和深度學(xué)習(xí)分不開。今年9月1日在北京音樂廳，來自意大利的機器人和人類演出，機器人有56個手指，不僅可以演出固定的節(jié)目，還可以當(dāng)場模仿人類的演奏家演奏節(jié)目，可以自己創(chuàng)作新的曲子演奏，這說明人類的智慧是無限的，可以實現(xiàn)深度學(xué)習(xí)、跨界融合、個性開發(fā)、自主決策。

人工智能發(fā)展的三個階段：監(jiān)督學(xué)習(xí)—弱學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)—強學(xué)習(xí)、創(chuàng)新學(xué)習(xí)—深度學(xué)習(xí)。專家系統(tǒng)人工智能(弱學(xué)習(xí))，依賴專家體系標準的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)也依賴人工設(shè)計的算法。廣義人工智能(強學(xué)習(xí))，將來可選擇可行、可用的不同信息和數(shù)據(jù)來源，并可以進行長久性的終身學(xué)習(xí)，具有高度且強大的自主性。深度人工智能(深度學(xué)習(xí))，每個動作都會對環(huán)境有影響，學(xué)習(xí)對象根據(jù)觀察到的周圍環(huán)境進行判斷，使結(jié)果最優(yōu)。

第一、智能電廠的特點，建設(shè)智慧電廠的目的，就是建設(shè)現(xiàn)代能源電力系統(tǒng)，實現(xiàn)安全、高效、綠色、低碳的發(fā)電。這是我們最終不可動搖的過程。特點，生產(chǎn)過程可以自主優(yōu)化，系統(tǒng)具有自主能力，可以使系統(tǒng)適應(yīng)不同變化的目標條件，比如用電側(cè)負荷變化，大家都去看球賽了，同時把電視打開了;太陽出來了，太陽能發(fā)電上網(wǎng)了，以及電力市場的變化等等，能夠采集、分析、判斷和規(guī)劃自身的行為，智能的在線動態(tài)優(yōu)化配置設(shè)備及其參數(shù)。

第二、管理流程的透明優(yōu)化。就是以虛擬現(xiàn)實(AR)為代表的，顯示工作管理流程中人的行為。因為我們現(xiàn)在情況是，決策者在上層，執(zhí)行者在下層，如何使上層、下層距離最小，除了扁平化的管理以外，要能夠做到生產(chǎn)管理過程透明化也是有幫助的。

第三、本電廠和區(qū)域發(fā)電的整體優(yōu)化。包括人在內(nèi)的萬物互聯(lián)。我的想法是，凡在大于2的一個集體中，一定有一個是優(yōu)的、一個是劣的，一個第一、一個第二的，電廠也不例外。如果能自動優(yōu)化配置資源，使整體效益最大化，當(dāng)然現(xiàn)在的調(diào)度直接調(diào)度到電廠，我雖然是電網(wǎng)公司的，我對這個做法也有意見，我給他們提過多次。電廠如果4臺機、5臺機，哪個最好，電廠知道，所以調(diào)負荷、不調(diào)機組，交給電廠，這樣電廠就可以根據(jù)任務(wù)情況，燃料、負荷、廠電情況來配置自己的資源。咱們有五大發(fā)電公司，加上華潤六大，加上神華七大，幾大發(fā)電公司，一個發(fā)電公司同一個區(qū)域很多電廠，是不是一定由哪個電廠運行呢?我的想法是，在這個地區(qū)內(nèi)，這個集團有條件應(yīng)該有責(zé)任優(yōu)化，讓最好的對社會效益最好的電廠先運行，不夠的在第二位，再不夠的第三位，這樣做到整體優(yōu)化，如果能做到本電廠和本區(qū)域整體優(yōu)化的話，我想現(xiàn)在的技術(shù)可能就不太行了，需要通過一種智慧的指揮方式才能做到。

第四，全生命周期的自我維護、智能檢修。通過智能檢修檢測智能判斷，來判斷變壓器等幾個因素，判斷出了什么故障，能夠提前發(fā)現(xiàn)狀態(tài)檢修，甚至可以不檢修的就不檢修，現(xiàn)在很多問題是有的修好了，也有的修壞了。

第五，人機共存、共榮、自我完善。GE公司有一個報告，說利用云平臺、利用數(shù)字化技術(shù)可以提高燃煤效率1.5%，降低非停時間5%，降低二氧化碳3%。

實現(xiàn)智能電廠途徑：

第一，用“三論”思想，對歷史的經(jīng)驗進行總結(jié)和提煉。如燃料配煤、燃料優(yōu)化全負荷經(jīng)濟環(huán)保診斷，一定要考慮全負荷，不是滿負荷，考慮50%、40%，比如我問了一些電廠，大概發(fā)電降到40%、50%負荷的話，影響發(fā)電煤耗10—15克，現(xiàn)在到15克，怎么把它搶回來，堤內(nèi)損失怎么堤外補。

在線煤質(zhì)分析，非常重要，否則我們所有的在線分析數(shù)據(jù)都是無源之水、無本之木，虛擬電子圍欄、智能安全帽、運行數(shù)據(jù)監(jiān)測和優(yōu)化、水情預(yù)報和水庫調(diào)度以及預(yù)測再生能源、直供大用戶和電力市場輔助服務(wù)的關(guān)聯(lián)等。遼寧省為了搞電力市場試點，就是規(guī)定一個負荷，比如60%，這個負荷以下多調(diào)一度電給4毛，這個錢從哪兒來呢?從不調(diào)峰的機組來，核電、風(fēng)電、水電，如果40%以下再往下調(diào)峰，一度電1元，這個政策可以說解決了我們的困難，我們應(yīng)該充分利用。將來電力市場的輔助服務(wù)就是這樣輔助服務(wù)的，以什么論英雄?過去以發(fā)電多少論英雄，將來我們以為電網(wǎng)調(diào)峰做的貢獻論英雄。

第二，認真學(xué)習(xí)過去并不熟悉的人工智能、大數(shù)據(jù)、現(xiàn)代信息、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。這里我看了一些材料，我覺得有一個傾向值得注意，好像搞智能電廠就是搞自動化，和主機、主設(shè)備關(guān)系甚小，我覺得這個事要慎重考慮，如果主設(shè)備不參與，就是搞自動化的人來參與的話，能實現(xiàn)主機的人力智能化我覺得這個值得研究，我感覺這個傾向，大家要注意。

第三，制定頂層規(guī)劃、分布實施。建設(shè)智慧電廠我認為只有起點沒有終點，學(xué)習(xí)、實踐、再學(xué)習(xí)、再實踐，是不斷深化和升華的過程。

第四，建議?？梢钥偨Y(jié)已經(jīng)實施的智慧電廠的經(jīng)驗，從局部系統(tǒng)到全部系統(tǒng)，由智慧電廠1.0，不斷向智慧電廠2.0、3.0邁進，不斷升級。

三、幾點建議

第一，燃煤電廠在新時代大有作為，要樹立高目標。“孫子兵法”講求其上、得其中;求其中，得其下;求其下，必敗”。日本曾經(jīng)對2萬個企業(yè)做了調(diào)查，最能調(diào)動人們積極性的標準標桿怎么立，最后的結(jié)論是，第一，跳起來，第二，能夠著的目標位最好，跳起來夠不著，大家也沒有積極性，不跳起來躺著也能完成也不行，所以盡量立一個高一點的目標，不斷的邁進。

第二，開展深入學(xué)習(xí)現(xiàn)代新技術(shù)。

第三，集團級、公司級和廠級，制定智慧電廠(群)的發(fā)展規(guī)劃，分年度、分系統(tǒng)實施。

第四，在以多種目的為目標的燃煤機組靈活改造中分布實施。

第五，要以面向能源轉(zhuǎn)型和電力市場為目標，實現(xiàn)電廠更高效、更環(huán)保、更低碳?，F(xiàn)在的脫硫技術(shù)，濕法脫硫，我個人認為從人類長遠來看是不可持續(xù)的，用的石灰石，有的把山挖平了，青山綠水，沒有山不好說了，大家還要考慮可持續(xù)發(fā)展對環(huán)境、生態(tài)沒有影響的這樣的環(huán)保，包括脫硫技術(shù)，實現(xiàn)更安全、更靈活。循環(huán)經(jīng)濟，這里大有作為。

希望大家根據(jù)自己單位的實踐、根據(jù)本地區(qū)的實際情況，多動腦筋，多向智慧電廠邁進一步。祝大家成功。謝謝!