百万级机组燃煤电厂智慧化策略分析

陈 义

（国能神福（石狮）发电有限公司，福建 泉州 362700）

引言

火电产业，作为一个技术密集型企业，对当前方兴未艾的新兴信息技术的技术优势敏感度不够，改革和改造的内生动力不足，错过了“工业4.0”时代的第一班车。传统的火电厂厂级监控系统中，基于实时/历史数据库系统开发应用，主要包括针对机组经济运行的厂级性能计算和耗差分析，保存在实时历史数据中大量的历史数据并未被充分利用。如何通过智能数据挖掘技术，从海量的生产数据中抽取出影响系统设备安全运行的信息，为现场的安全生产和运行管理提供更加科学的判断依据，将是火力发电企业的研究方向[1]。

1 传统电力行业面临的问题

1.1 生产管理方面，精准管理难以实现，好坏全凭个人技术

当前发电企业，在全社会人口老龄化、人力资源成本不断上升、人才流动不断加快等问题的共同作用下，设备管理的问题尤其突出，尤其当前全面推行的点检定修管理，因为主导点检定修成败与否的主要因素是技术人员的技术能力，因此，该项制度能否在企业中成功推广并熟练运用，对生产管理人员和技术人员的管理能力、专业素质都提出了极高的要求。而设备管理依托的运行分析、劣化分析、台账管理、计划管理以及缺陷分析等，都面临相应的问题。事实上，在各基层企业中，均存在“管理困境——资金缺乏——管理困难加剧——资金愈发困难”的恶性循环。

1.2 企业管理方面，管理负担不断加重，机构臃肿效率低下

随着国企改革的深化，企业管理不断地向集团化、精细化和规范化方向发展。但是，现实的困境是，企业各方面职能机构不断增多、管理人员不断增加，管理效率却不断降低，这从集团公司、能源监管办近几年来推进的各种巡视、检查、标准化达标、全面风险控制评估及“四不两直”检查的通报中就可以看出来，基层企业陷于“检查——发现问题——再检查”死循环中，集团公司、分公司疲于检查，而基层企业不堪重负，甚至产生了严重的抵触情绪[2]。

1.3 发展战略方面，制约因素不断增多，转型需求日趋明显

2018 年3 月6 日，十三届全国人大一次会议上所做政府报告明确指出：退出煤炭产能1.5 亿t 左右，淘汰关停环保不达标的30 万kW 以下煤电机组，火电机组的生存空间将极大被压缩。根据中国社会科学院的研究论证，到2050 年，中国火力发电的构成将降至发电量的50%以下。因此，发电企业、尤其是火电企业的转型压力巨大，企业转型、搬迁或者停产、破产，将造成的人员安置和资产转移，问题尤其复杂。

2 “智慧化策略”用于当前发电企业的技术优势

2016 年2 月29 日，国家发改委发布了《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》，其中明确指出了要促进能源和信息的深度融合。应该看到，“智能发电、智慧电厂”的构建是发电企业提升管理、提升市场竞争优势的创新举措，同时也是将管理与当前先进技术高度融合的成果[3]。

2015 年8 月7 日9 时58 分，国家能源集团北京燃气热电“二拖一”机组顺利通过168 h 试运行，烟尘、二氧化硫排放均为零，氮氧化物排放质量浓度为7 mg/m3，厂界噪声达到Ⅰ类标准，各项指标均达到国内领先水平。作为国家能源集团首个“智能电站”示范项目，此项目从顶层设计到工程建设过程中，认真落实国家能源集团建设一键启停、无人值守、全员值班的信息化电站，建设低碳环保、技术领先、世界一流的数字化电站，实现发电厂创造价值、建筑物传承文化，建设现代工业艺术品等一系列建设理念，该项目拥有“一键启停、无人值守、全员值班、一体化平台、三维全景、智能巡检和智能票务”等开创性理念，成为了国内智能化程度最高、用人最少、环保零排放的绿色生态电厂。

纵观当前现有“智慧电厂”概念只能作为“工业4.0”概念在电厂生产流程中的简单运用，而集成化地实现发电企业生产、经营的全过程管理，甚至党务管理，才是“智慧电厂”建设要实现的终极目标。

2.1 生产管理方面，管理和分析全自动化，消除差错

生产管理中，针对当前生产过程的各种要素，建立统一的大数据平台，生产运行所需要的任何数据和产生的任何数据都统一存储、主动分析、动态安排、智能计划，借助必要的智能终端设备，与值班人员和设备人员进行交互，人、机、环、管有效统一，实现兼顾指标效率、人力最省、环境友好、本质安全。

2.1.1 建立设备大数据平台，系统状态一目了然

对全厂设备进行普查和测绘，收集设备信息，包括生产厂家、生产日期、投运日期时间、验收情况及各项技术参数等数据，全部纳入大数据平台，同时利用移动终端，将设备出现缺陷状况、缺陷处理流程、消缺情况、消缺责任人以及再次出现问题的情况全部录入，从而使得全厂实现唯一而无缺的设备台账。

2.1.2 充分利用数据平台，实现精准运行分析和设备状态检修

有了囊括设备历史的数据平台，结合通过DCS传输的运行状态，通过基于设备说明书或者运行、检修规程编制的精确算法，实现全系统、全状态的设备状态评估，一旦发现设备运行参数的变化，结合之前的检修情况，向值班人员和设备管理人员提出预警或者提示。使得运行分析和设备劣化分析进入自动化阶段，破解当前完全依靠制度管理和技术人员经验的运行分析和劣化分析的管理漏洞。

2.1.3 技术标准数字化，符合便捷、快速、唯一的要求

同样利用大数据平台，将全厂所有的技术标准进行数字化装订和存储。一方面利用系统闭锁，将不符合规程的操作强制闭锁于DCS，避免操作失误。另一方面，利用手持终端设备，可以实现技术人员快速查阅、检索的要求。而且由于云平台存储的数据源唯一，避免了不同版本的标准、规程流通造成的操作失误，大大简化了技术管理工作。

2.1.4 人员行为精准控制，简便易行兼顾安全效率

改变传统纸质两票管控难的问题，将两票电子化，实现源唯一。操作人员在经过上级审核后，使用手持终端（或者手机），执行两票操作，借用手持终端的录音拍照功能，操作开始同步录音，严格顺序操作，不执行完成第一步操作就无法执行下一步，关键节点扫码、NFC 打点或拍照确认，由“人防”转变为“技防”。

2.1.5 引入智能巡检机器人，增强生产现场管理水平

针对电厂开发的智能巡检机器人已具备红外测温、激光测振、声音检测、气体检测、智能识别和视频检测等功能，它能够在生产现场24 h 值班监控设备，通过搭载的高清摄像头，对表计类进行数据识别、读取、记录和分析，对设备跑、冒、滴、漏异常状态进行检测，对电机、水泵类设备通过激光测振、测温元件及时检测数据，发现异常及时报警，保证生产安全、稳定。

2.2 企业管理方面，完善系统规范行为，提升效率

真正的智慧电厂，不能只着眼于智慧化的设备和生产管理，企业资本运行、经营行为、企业文化甚至党建工作也是不可割舍的有机组成部分，与设备和生产管理密不可分。因此，基于“工业4.0”的智慧电厂，一定不能避开企业管理的问题，仅仅强调技术管理。

2.2.1 人力资源管理正规化，高效公平

将全体人员（包括外来劳务）信息全体录入统一的管理系统平台，实现了人员资料和档案的全电子化，通过手持终端，将人员各项培训、考试、工作表现、成绩和荣誉等各种相关数据全部纳入，经过智能分析系统，构建细致到个人的职业要素的分析平衡表，更易于进行人力资源分析和人力资源调配。

2.2.2 工作任务流程清晰，责任落实更简便易行

借助人力资源档案，可以将全厂的工作任务和设备管理分成工作任务流和设备管理区块，通过进一步完善责任划区，将工作和设备责任细化到个人，真正做到“物勒工名”，彻底完善责任制，做到凡事有人管、出事有人负责。

2.2.3 规章制度系统化，进入机器“管人”时代

借助大数据平台，辅助于手持终端和其他外置设备，将规章制度纳入工作流中，违反规章制度，则相应的工作流根本无法继续执行，从而避免了人为失误造成的各项违规问题，同时，由于将监督职能转变为电子系统监督，彻底解决了我们现在为了避免责任不落实或者规章不执行，而设立多个职能部门进行监督，又设立上级监督部门来监督基层职能部门工作，机构超臃肿、管理死循环的问题。

3 “工业4.0”实现的困难和效费比

虽然“工业4.0”前景美好，但是也应该充分认识到真正实现“工业4.0”（智慧电厂）面临的技术和资金困难，要坚定信心，依赖转型取得预期的高效费比。

3.1 面临的困难和解决策略

3.1.1 资金耗费大，应充分发挥集团化优势稀释风险

据初步核算，实现智慧电厂全套硬件和软件费用，耗资超过5000 万，对于单个发电企业来说，无异于沉重负担，而且效费比并不高。因此，应充分发挥集团化优势，集合全集团人力和财政资源，进行技术攻关，完成后迅速向系统内进行推广，稀释研发费用，共享技术成果。或者与其他具有相关技术和资金的高技术公司共同组建科技公司，一方面将比较成熟的信息技术引进来，另一方面引进资金、稀释风险。

3.1.2 信息设备维护量增大，改变企业技术版图

基于信息技术的“工业4.0”，会增加大量的信息和通讯设备，而且，信息设备运行的好坏，直接影响到企业的正常运作。因此，除研发人员外，企业必须配置大量信息技术人员，负责系统和设备的维护，形成一个庞大的信息专业队伍，彻底改变企业的技术版图。企业的管理思维、模式和侧重点将发生极大的变化，需要各级管理人员真正解放思想，适应这样的改变。

3.2 效费比的初步核算

在“智慧电厂”领域进行思考和研究期间，曾委托专业人员行测算，实现完全的“智慧电厂”管理系统，需要的资金投入至少5 000 万元，其中硬件投入在1 200 万元。不考虑后期成立专业公司获得的推广费用。

3.2.1 集团化解决方案，稀释成本

借用集团化手段，研发成本由500 个厂平摊，则每厂成本为：（5 000-1 200）/500+1 200=1 207.6 万元。

3.2.2 产生效益分析

加入集团化推进，产生的效益分为效益提升、人力资源成本下降及科技进步效益等方面。

效率提升由煤耗测算，按照《国家能源集团2020年社会责任报告》，国家能源集团2020 年供电煤耗比2019 年供电煤耗煤耗下降1 g/（kW·h），国家能源集团2020 年发电量为9 828 亿kW·h，标煤单价按照800 元/t 测算。按照500 个厂推行。

煤耗效率提升：1×9 828×108×800×10-6/500=157.25 万元。

人力资源利用率上升20%，节省用工20%，集团按照32 万人测算，平均工资8 万元，可实现提效：20%×8×320 000/100=5 120 万元。

科技进步效益无法估算。

通过分析可见，效益潜力巨大。充分利用国家政策和技术优势，坚持正确的方向，同时充分注重上层领导沟通和对基层员工进行动员，坚定信心，消除风险，推动企业及时跨入“工业4.0”时代。

4 结语

“智慧电厂”是通过采用先进的大数据、云计算等技术，实现生产信息与管理信息的智慧化，实现人、技术、经营目标和管理方法的集成，并具备智能化、一体化、可观测、可互动和自学习等能力。本文通过概念简介、形势分析以及效费测算，充分论证了基于“工业4.0”的智慧电厂在传统发电企业产业转型中的主导地位，得出了大有可为的结论。但是，我们应该充分认识到传统企业转型和改革的复杂性和困难度。因此，一方面我将更进一步对智慧电厂进行研究，另一方面，利用智慧电厂解决方案蕴含的系统化思维方式，小步慢跑、积水成河，向智慧电厂方面逐步靠拢、分步实现。