智慧电厂顶层规划方案

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智慧电厂顶层规划方案 ● 一、背景 ● 二、智慧电厂顶层规 划 ● 三、智慧电厂关键技 术 ● 四、未来展望 目 录 CONTEN TS 口习近平总书记多次在国际国内重要场合就碳达峰碳中和发表重要讲话 2020 年 9 月 22 日，第七十五届联合国大会 · 中国将提高国家自主贡献力度，采取更加有力的 政策和措施，二 氧化碳排放力争于 2030 年前达到 峰值，努力争取 2060 年前实现碳中和。 2021 年 3 月 15 日，中央财经委员会第九次会议 · 要构建清洁低碳安全高效的能源体系，控制化石能源总量，着力提高利用效能，实施可再生 能源替代行动，深化电力体制改革，构建以新能源为主体的新型电力系统。 一、背景 中国 GHIA 火力发电依然是系统稳定的压舱石，角色逐渐向基础保障性和系统调节性电源转变 “双碳”背景下，火电数字化智能化转型需求日益显著 一、背景 电源侧结构发生重大变化 新能源比例大幅增加 火电占比逐步降低 负荷侧特性发生重大变化 大功率充电设施增加 用电方式多元化 发电≠用电 电网不平衡 用 电 负 荷 峰 谷 差 扩 大 一 次 能 源 供 应 不 稳 定 一、背景 口为构建新能源为主体的新型电力系统，煤电“三改联动”成效显著 , 转型步伐 进一步加快，对火电智慧电厂提出新要求。 面向新型电力系统下 全国统一电力市场 “ 中长期 + 现货 + 辅 助服务”的市场架构， 进行市场、电网和用 户深入互动。 电、热、冷、气 多元智慧供 能，各类 用户、运营商、服务 商等社会资源参与共 享共建共赢。 提升运维安全保供 水 平，推广状态检修、 人工智能巡检、机器 人锅炉检测等智能化 应 用。 提高机组快速变负荷 能力，强化电网的灵 活性支撑能力，改善 深调下的能耗攀升。 数字赋能，减少发电 过程中的能源损耗， 实现减煤提效。 PART 02 智慧电厂顶层规划 口 为落实集团公司“ 2035 一流战略” , 结合数字化转型与“科技兴安”等工作要求，集团公司于 2022 年度启动“智慧工厂”建设方案研究。按照统一规划、统一设计原则，初步形成覆盖集团公司 全产业、全寿期、全员工，全设备、全场景的“ 1+7” 方案 (1 个智慧工厂建设总体方案， 7 个风、光、 水、火、核、煤铝子方案 ) 。 口 上海成套院 ( 集团火电产业创新中心 ) 负责其中智慧火电方案的编制，目 前 已通过集团的专题会。 口智慧工厂是集团数字化建设一张蓝图的重要组成部分，主要是应 用自动化、数字化、智能化技 术对工 厂内部的优化和升级。 口 后续集团内各电厂在数字化智能化建设中，需要与集团智慧工厂总体规划方案及智慧火电子方案相匹 配，在实施过程中遵循集团智慧 "OT-IT-DT" 的总体架构、应用架构、部署架构及数据架构，落 实 好场站侧系统和集团统建系统之间的交互关系等。 牵头国家电投集团智慧火电总体规划 管理数据中台 运营数据 ERP 电投壹 ( 生产经营管理平台 ) ( 统 一综合管理平台 ) 管理 质量管理 能源管理 生产 数 据 智慧电厂一体化平台 (ICS+ISS) 火电集控 现场管控 数据采集 产业数据中台 生产 数据 云 小 — — 边 * 集团中台数据采集规范依据综合数字〔 2023 〕 113 号《关于开展集团公司产业态势分析项目 厂 站数据接入有关工作的通知，及后续相关要求实施，明确数据类型， 数 据采集范围、数据接口规范、信息安全等要求。 数据 应 用 层 管理 应 用 层 T 操作 ! _ 层 ! T 控制 7 上 层 数据架构 - 遵循行业、集团标 准 端 视 联 动 环 填 三 测 手 持 式 看 始 无 人 机 巡 检 智 能 传 折 器 暂 站 率 戴 声绞识别 智始机器人 DT OT 产业态势分析 生产运营分析 预测性维护 锅炉 汽轮机 发电机 辅机 设备运检管理 合 T 设备 7 层 数字化 应 用 工业互联网 + 安全生 产 生产运行管理 管理驾驶舱 智能 设备 生产 设备 仓储物流管理 数字孪生 信息 系统 …… DCS PLC SIS 三、智慧电厂关键技术 1 全过程智能燃料 2 全过程智能燃料 3 智慧燃烧优化 4 灵活性控制与智能运 行 5 智能巡检与智能机器人 口共编制集团级智慧检修技术规范 11 本，发 明 专利 8 项、实用新型专利 3 项，申请并公开 发 明专利 1 项，软件著作权 15 项，经权威 鉴定： “该项成果整体达到国际先进水平， 其中两 项技术达到国际领先水平。” 口基于锅炉受热面 数字孪生体的状 态评估技术 口基于人工智能的 汽轮机部件状态 精细化监控与分 析技术 三、智慧电厂关键技术 锅炉、汽轮机数字孪生体 深学习： LSTH. CNN.RNN.. 深度学习授型 三继状态实时在成分析 本温鹿场 皖衣应 力场 场 不同过程的段志湿度 应 力和 位移 态边界 不同过程的传热和 力学边界 三、智慧电厂关键技术 应 用 痛点 煤种堆放混杂 精准掺烧复杂 运行工艺繁杂 从燃料管控到运行控制，以提升经济效益是一个极复杂的问题 三、智慧电厂关键技术 > 建 立从燃料入厂到燃烧协调控制全过程智能化体系，攻克了动态配煤知识库、煤种溯源及 煤仓动态分层监测、双数据源数字孪生煤场、输煤全流程控制、斗轮机无人值守、机器人 自主巡检等技术，开发了全过程智能燃料系统。 食 竟 _ 智能配煤掺烧 燃料智能输送 煤仓朔源 煤仓分层 掺烧优化调整 输煤一键启动 机器人邀检 计算机视觉巡检 全过程智能燃料系统 燃料全流程闭环 数宇化孪生煤场 斗轮机无人值守 三维激光盘煤 智能控制 I Ⅲ 智能协调控制 无断点 APS 全过程 智能燃料 智能识别 自动接卸 自动计量 自动采样 自动制样 自动气力输送 燃料验收管理系统 煤质实验室信息管理系统 数字孪生煤场 斗轮机无人化 机器人自动化验 机器人自动制样 燃料入厂验收 智能分区喷氨 AGC 协调优化 燃烧优化控制 输煤全流程控制 智能配煤掺烧 从燃料入厂验收到燃烧协调控制的全过程智能化 三、智慧电厂关键技术 全过程智能燃料技术减员增效双提升 应 用 情况 口已在国家电投集团沁阳电厂、分宜电厂、黔西电厂、及五彩湾电厂完成应 用，以 沁阳电厂为例， 实现了以下应 用效 果。 经验证，沁阳电厂 1 号机 组 平均负荷率 61.89%, 每 年 增加收益约 800 万元 帮助配煤掺烧管理人员减轻每 日配煤工作量约 30% 有助于运行人员及时判断原煤 仓煤种变化，指导精细化掺烧 提供每日分时间段最优配煤 方案，助力于精细化配煤 智能配煤掺烧 应 用效 果 04 03 目 前现有锅炉 都无法满足全烧准东高碱煤，只能维持在 50~70% 的掺烧 比 例，部分先进机组能达到 80% 比例，一旦超过某一临界值，锅炉水冷壁、 分隔屏、过热器、再热器等受热面会发生严重沾污、结渣、积灰，导致 部 分受热面壁温超温、爆管、烟道堵塞、掉焦等问题频发，严重制约了 准东 煤的开发利用。 新疆自治区，准格尔盆地东部，预测煤炭储量 3900 亿吨，目 前 国内 最大整装煤田 “ 西电东送”、“西气东送“ ”疆电外送”、要求扩 大 准东煤利用 三、智慧电厂关键技术 三、智慧电厂关键技术 全过程智能燃料技术减员增效双提升 应 用 情况 口已在国家电投集团沁阳电厂、分宜电厂、黔西电厂、及五彩湾电厂完成应 用，以 沁阳电厂为例， 实现了以下应 用效 果。 经验证，沁阳电厂 1 号机 组 平均负荷率 61.89%, 每 年 增加收益约 800 万元 帮助配煤掺烧管理人员减轻每 日配煤工作量约 30% 有助于运行人员及时判断原煤 仓煤种变化，指导精细化掺烧 提供每日分时间段最优配煤 方案，助力于精细化配 智能配煤掺烧 应 用效 果 04 03 目 前现有锅炉 都无法满足全烧准东高碱煤，只能维持在 50~70% 的掺烧 比 例，部分先进机组能达到 80% 比例，一旦超过某一临界值，锅炉水冷壁、 分隔屏、过热器、再热器等受热面会发生严重沾污、结渣、积 灰，导致 部 分受热面壁温超温、爆管、烟道堵塞、掉焦等问题频发，严重制约了 准东 煤的开发利用。 新疆自治区，准格尔盆地东部，预测煤炭储量 3900 亿吨，目 前 国内 最大整装煤田 “ 西电东送”、“西气东送“ ”疆电外送”、要求扩 大 准东煤利用 三、智慧电厂关键技术 口大多数巡检工作主要依靠人工定期巡检，巡检时 间间隔相对较长，同时受工作经验、技能技术水 平的影响较大，对于设备内部的隐患较难发现 口电厂许多作业环境恶劣、有安全风险。 口准备工作复杂、耗时耗力，检测覆盖率低。 口漏检、误检容易造成锅炉爆管。 三、智慧电厂关键技术 智能巡检与智能机器人技术打造巡检无人化 前往中电国际安徽芜湖电厂、中电国际评委平圩电厂、黄河公司 青海西宁大通电厂、吉电股份白城电厂、东北电力朝阳燕山湖电厂、 东方新能源良村热电共 6 个电厂锅炉，对照相应 技术 指标进行爬壁机 器 人的现场阶段性验证试验，取得良好效果。爬壁机器人的定点测厚、 自动路径规划下的连续测厚等机械运动性能以及测厚精度等，均得到 三、智慧电厂关键技术 充分验证。 项目 经 过多个电厂实际现场的验证使用，证明各项开发功能测试良好，整机系统已通过国家第三方权威 检测机构上海质量监督检验技术研究院检测，测量标准差 ±0.05mm 下，测厚结果合格率为 86%, 在 国 内无相关竞品达到该测量指标，相应 合 格率较人工检测而言，已远超出行业平均水平。 三、智慧电厂关键技术 a 第 、 t t 锅炉水冷壁巡检无人机融合了磁密闭高反射空 间定位导航、水冷壁缺陷自动识别等先进技术，能 够在 2 小时完成锅炉水冷壁全面巡检。具备基本运动 控制、路径规划、自动巡航、定点悬停、自动拍摄、 锅炉全景 VR 以及防碰撞等功能。指导作业人员检修， 保障检查安全，减少检查时间、降低检查费用，大 幅提升火电机组锅炉检查的智能化水平。 三、智慧电厂关键技术 三、智慧电厂关键技术 现场试验 三、智慧电厂关键技术 01 信息平台逐步与控制系统打通，实现真正智慧运行 02 保证设备可靠的运行前提下，检测手段往少人化无人化发展 03 智慧电厂建设将与新型电力系统建设深度融合 四、未来展望 01 人工智能模型更新维护 模型时效性、后期维护问题，远程大数据平台解决方案 02 故障诊断专家参与 参数选择是关键，迭代优化很重要。 03 电厂人员培训 不断改善知识结构，适应 智慧电 站发展的需要。 04 产学研联合 制造厂、电厂、高校、研究院、软件公司密切合作。 四、未来展望 智慧化的思考 谢谢 ! THANK YOU!