AI 改造火電廠年省 60 萬(wàn)！“人工智能 + 火電” 看似火熱，實(shí)則卡在四道難關(guān)

記者 王禹涵

　　近日，國(guó)家能源局發(fā)布“人工智能+”能源高價(jià)值場(chǎng)景清單。其中，“人工智能+”火電領(lǐng)域包括火電機(jī)組入廠燃料智能管控、電站鍋爐燃燒智能優(yōu)化控制等五大高價(jià)值場(chǎng)景。

　　作為新型電力系統(tǒng)的“穩(wěn)定器”和“壓艙石”，火電正從主體電源向支撐性、調(diào)節(jié)性電源轉(zhuǎn)變。這一角色變化，對(duì)其運(yùn)行的安全性、經(jīng)濟(jì)性、靈活性提出了更高要求。科技日?qǐng)?bào)記者調(diào)查發(fā)現(xiàn)，從鍋爐內(nèi)窺式視覺感知到多機(jī)組集約化智能管控，從智能控制平臺(tái)到工業(yè)世界模型，一批先行者正嘗試用人工智能推動(dòng)火電生產(chǎn)管理從“經(jīng)驗(yàn)驅(qū)動(dòng)、變量控制”向“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)、智能控制”轉(zhuǎn)型。而人工智能要挺進(jìn)火電領(lǐng)域“深水區(qū)”，仍需解開技術(shù)可靠、數(shù)據(jù)安全、人機(jī)信任和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一四道難題。

長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限公司三期2×100萬(wàn)千瓦擴(kuò)能升級(jí)改造項(xiàng)目汽輪機(jī)。

　　智能感知是決策基礎(chǔ)

　　鍋爐折焰角是大型燃煤鍋爐后墻水冷壁上部一個(gè)向爐膛內(nèi)部延伸的三角形“凸臺(tái)”，它在鍋爐中扮演著氣流和熱量“總調(diào)度師”的角色。這里位置隱蔽，溫度高達(dá)上千攝氏度，常年被火焰和粉塵籠罩，容易出現(xiàn)結(jié)焦問題。

　　火力發(fā)電廠鍋爐燒煤時(shí)，煙灰會(huì)粘在管道（受熱面）上，特別是位置較為隱蔽的折焰角水冷壁上，像“棉襖”一樣隔熱，導(dǎo)致效率下降甚至腐蝕爆管。吹灰就是定期用高壓蒸汽把這些灰渣吹掉，恢復(fù)鍋爐性能。然而，以往只能靠人工根據(jù)煙溫、汽溫等參數(shù)間接推斷，或者憑經(jīng)驗(yàn)判斷。“吹不夠，結(jié)焦影響換熱效率；吹過頭，高速蒸汽流像砂紙一樣打磨管壁。”陜西商洛發(fā)電有限公司科技創(chuàng)新主管黃曉虎說，根本原因是缺乏對(duì)鍋爐核心區(qū)域結(jié)焦、積灰狀態(tài)的直接感知能力。

　　2025年，該公司某機(jī)組檢修，工人進(jìn)入爐膛后發(fā)現(xiàn)，水冷壁管被蒸汽和飛灰沖刷出大面積凹坑，壁厚從6.5毫米減至不足4毫米，一次性就更換了200多根管道。

　　為解決這一難題，陜西商洛發(fā)電有限公司給鍋爐裝上了一雙“眼睛”——一套耐高溫、可穿透火焰的特種光學(xué)鏡頭系統(tǒng)。它可以實(shí)時(shí)采集折焰角圖像，通過圖像識(shí)別算法對(duì)結(jié)焦厚度、積灰面積進(jìn)行量化分析。吹灰頻次由固定的8小時(shí)一次變?yōu)椤鞍葱璐祷摇薄Ｈ缃瘢瑔闻_(tái)鍋爐全年節(jié)約吹灰蒸汽成本13.6萬(wàn)元，減少管道更換等設(shè)備損失16萬(wàn)元，兩臺(tái)機(jī)組年節(jié)約近60萬(wàn)元。

　　在智能感知方面，陜西能源電力運(yùn)營(yíng)有限公司也取得了積極成效。作為陜西投資集團(tuán)有限公司能源板塊的專業(yè)檢維修和能源科技服務(wù)力量，陜西能源電力運(yùn)營(yíng)有限公司服務(wù)過多個(gè)相關(guān)項(xiàng)目。該公司總經(jīng)理雷喜鳴觀察到，目前央國(guó)企發(fā)電集團(tuán)均在推進(jìn)“人工智能+火電”，主要路線是通過智慧監(jiān)盤、故障自愈、智慧檢修、智慧燃燒等模塊，實(shí)現(xiàn)機(jī)組智能感知。“我們創(chuàng)新構(gòu)建的‘智慧監(jiān)督+智慧運(yùn)維+成果轉(zhuǎn)化’一體化服務(wù)體系，市場(chǎng)認(rèn)可度穩(wěn)步攀升。”雷喜鳴說。

　　在陜西延長(zhǎng)石油富縣發(fā)電有限公司，智能化并非“先建后改”，而是從規(guī)劃之初就嵌入基因。該公司智能化建設(shè)負(fù)責(zé)人馬強(qiáng)介紹，上線智能汽溫優(yōu)化算法后，機(jī)組主汽溫動(dòng)態(tài)及穩(wěn)態(tài)偏差均大幅收窄，疊加風(fēng)煤水協(xié)同控制、按需智能吹灰等配套應(yīng)用，綜合煤耗同比降低約2克/千瓦時(shí)。

　　“人工智能應(yīng)用于火電領(lǐng)域最難的不是算法，而是感知。很多物理量的測(cè)量本身就存在準(zhǔn)確性不足的問題，數(shù)據(jù)感知還有很長(zhǎng)的路要走。”西安交通大學(xué)能源與動(dòng)力工程學(xué)院教授鄧?yán)谡f，先把感知關(guān)過了，智能決策才有根基。

長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限公司“六機(jī)一控”集控室。受訪單位供圖

　　“六機(jī)一控”實(shí)現(xiàn)集成

　　過了智能感知這道關(guān)，系統(tǒng)集成便成為下一程的關(guān)鍵命題。當(dāng)前，人工智能在火電領(lǐng)域的應(yīng)用正在從點(diǎn)狀探索向系統(tǒng)集成延伸。

　　長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限公司正在開展系統(tǒng)重塑的實(shí)踐。該公司是湖南第一大火力發(fā)電廠，實(shí)現(xiàn)了“六機(jī)一控”——6臺(tái)不同時(shí)期建設(shè)、不同容量等級(jí)的機(jī)組，全部由同一個(gè)集控室統(tǒng)一管控。長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限公司黨委委員、副總經(jīng)理、總工程師易宏?yáng)|告訴記者，目前“六機(jī)一控”模式已平穩(wěn)投運(yùn)逾一年，累計(jì)完成機(jī)組啟停操作20余次。

　　經(jīng)性能考核試驗(yàn)，長(zhǎng)安益陽(yáng)發(fā)電有限公司三期2×100萬(wàn)千瓦擴(kuò)能升級(jí)改造項(xiàng)目機(jī)組實(shí)際供電煤耗為254.64克/千瓦時(shí)，指標(biāo)位居國(guó)內(nèi)行業(yè)前列。“依托人工智能系統(tǒng)歸集生產(chǎn)海量數(shù)據(jù)，結(jié)合智能控制運(yùn)算分析，以及智慧監(jiān)盤、智能吹灰等模塊，可實(shí)現(xiàn)供電煤耗下降1至3克/千瓦時(shí)。”易宏?yáng)|介紹說，三期項(xiàng)目從開工到投產(chǎn)共用時(shí)26個(gè)月、機(jī)組整套調(diào)試僅用時(shí)67小時(shí)，刷新了行業(yè)紀(jì)錄。

　　陜西延長(zhǎng)石油富縣發(fā)電有限公司也在開展集約化探索。該公司聯(lián)合中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)發(fā)電自動(dòng)化專業(yè)委員會(huì)等單位構(gòu)建了“一平臺(tái)+四體系”智能發(fā)電系統(tǒng)。一個(gè)智能管控平臺(tái)加上智能運(yùn)行、智能檢修、智能安全、智能管理四大業(yè)務(wù)系統(tǒng)，徹底解決傳統(tǒng)電廠各項(xiàng)應(yīng)用“數(shù)據(jù)孤島”問題，共部署40余項(xiàng)功能模塊，覆蓋企業(yè)90%的核心業(yè)務(wù)。

　　閉環(huán)控制仍需爬坡過坎

　　盡管先行者的實(shí)踐提供了有益經(jīng)驗(yàn)，但人工智能在火電領(lǐng)域的全面落地仍面臨四重挑戰(zhàn)。

　　一是從“可感知”到“能控制”的技術(shù)鴻溝問題。目前多數(shù)人工智能應(yīng)用停留在“監(jiān)測(cè)、預(yù)警、建議”階段，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制的案例不多。“自主運(yùn)行是工業(yè)智能的終極目標(biāo)，而安全、可信、可解釋則是自主運(yùn)行的前提與底線。”和利時(shí)科技集團(tuán)有限公司流程工業(yè)火電事業(yè)部副總裁朱珂認(rèn)為，其難點(diǎn)不僅在于算法可靠性，更在于安全責(zé)任界定。

　　鄧?yán)谝曰痣娖髽I(yè)的集約化探索舉例說，火電主輔機(jī)設(shè)備過于復(fù)雜，行業(yè)對(duì)設(shè)備認(rèn)知并不透徹，構(gòu)建的理論模型與實(shí)際有偏差，智能決策存在不確定性。他認(rèn)為，必須真正融合機(jī)理模型和數(shù)據(jù)模型，提升技術(shù)可靠性，方能讓人工智能在火電領(lǐng)域從“能用”走向“好用”。

　　二是數(shù)據(jù)隱私保護(hù)與模型泛化的矛盾問題。電廠的數(shù)據(jù)都是核心機(jī)密，不便于出廠。在某電廠運(yùn)行良好的模型，換到煤種、爐型、工況不同的另一電廠，準(zhǔn)確率就可能大幅下降。易宏?yáng)|告訴記者，目前該公司智能化應(yīng)用模塊僅落地于三期2×100萬(wàn)千瓦擴(kuò)能升級(jí)改造項(xiàng)目機(jī)組，尚未開展跨爐型、跨煤種的通用性試驗(yàn)與拓展研究。

　　一些企業(yè)開始著力解決這一問題。朱珂介紹，和利時(shí)科技集團(tuán)有限公司自主研制的工業(yè)世界模型將行業(yè)機(jī)理、工藝規(guī)則、設(shè)備經(jīng)驗(yàn)沉淀為可復(fù)用的認(rèn)知資產(chǎn)，以“數(shù)據(jù)不動(dòng)、知識(shí)流轉(zhuǎn)”的原理，在保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的前提下進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選和清洗，降低對(duì)海量標(biāo)注數(shù)據(jù)的依賴。

　　三是人機(jī)責(zé)任邊界問題。火電運(yùn)行長(zhǎng)期依賴?yán)蠋煾档慕?jīng)驗(yàn)判斷，人工智能的建議和工人經(jīng)驗(yàn)有時(shí)會(huì)發(fā)生沖突。這種情況下，就需要厘清人機(jī)責(zé)任邊界。

　　“智能吹灰系統(tǒng)目前停留在推薦建議階段，要讓系統(tǒng)直接自動(dòng)吹灰，技術(shù)上可行，但大家心里沒底。萬(wàn)一系統(tǒng)誤判，蒸汽吹過頭把管子吹爆了，誰(shuí)負(fù)責(zé)？”黃曉虎說，想要實(shí)現(xiàn)自主控制，需要的不僅是算法精度的提升，更是信任機(jī)制的建立和責(zé)任邊界的厘清。朱珂認(rèn)為，解決之道不是讓AI取代人，而是讓AI增強(qiáng)人。

　　四是標(biāo)準(zhǔn)缺失與生態(tài)分散問題。不同電廠、不同廠商的人工智能系統(tǒng)各自為戰(zhàn)，數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、模型難以復(fù)用。朱珂呼吁，行業(yè)應(yīng)建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、模型接口標(biāo)準(zhǔn)。

　　展望未來，朱珂向記者描繪了人工智能在火電領(lǐng)域的演進(jìn)路線：短期是場(chǎng)景創(chuàng)新，讓運(yùn)行人員切實(shí)感受到變化；中期聚焦核心控制領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)機(jī)組在深度調(diào)峰背景下的寬負(fù)荷自動(dòng)運(yùn)行；長(zhǎng)期則是少人值守乃至無人值守。“和智能輔助駕駛升級(jí)的過程相似，人工智能在火電領(lǐng)域應(yīng)用的每一步都要解決安全與信任的問題。這條路很長(zhǎng)，但方向很清晰。”他說。

　　對(duì)智能化改造的方向，易宏?yáng)|也十分篤定。對(duì)于還在觀望的企業(yè)，易宏?yáng)|說：“今天再晚也是早，明天再早也是晚。”