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智能发电:第四次工业革命的大趋势

发布日期:2016-08-17 13:28:17   来源:中国防爆设备网   浏览次数:332我要打印
 
 

智能发电:第四次工业革命的大趋势

——专访中国工程院院士、华北电力大学校长刘吉臻

  7月4日,由华北电力大学与中国国电集团公司共建的“智能发电协同创新中心”揭牌仪式在京举行。至此,“智能发电”概念正式推出。

  据介绍,我国发电技术经过数十年的发展,自动化、数字化、信息化水平已大幅提升。“智能发电”定义为以自动化、数字化、信息化为基础,综合应用互联网、大数据资源,充分发挥计算机超强的信息处理能力,形成一种具备自学习、自组织、自趋优、自恢复等功能的智能发电运行控制与管理模式。

  那么,“智能发电”概念为何在此时推出?与现有发电技术有何异同?在我国乃至世界电力行业发展中又将扮演何种角色?日前,《中国能源报》记者就上述问题专访了“智能发电”概念的提出者——中国工程院院士、华北电力大学校长刘吉臻。

  第四次工业革命背景下的发电技术

  中国能源报:“智能发电”概念提出的背景是?

  刘吉臻:从历史上看,进入近代社会以来,人类文明的每一个重大进步都伴随着能源革命。第一次工业革命以蒸汽机的发明开始,煤炭作为基本能源,带动了工业的兴起;第二次工业革命,内燃机的发明推动了石油时代的到来,进而进入电气化社会。这两次工业革命都是化石能源的革命。第三次工业革命的标志是信息化,或者是两化融合,即信息化和工业化的融合。第四次工业革命是互联网背景下的两化深度融合,并进入智能化的时代。

  目前,能源短缺、环境污染、气候变化是人类面临的共同难题,新能源替代与能源转型是解决未来能源供应的最基本任务,也是解决问题的有效途径。虽然现阶段我国新能源发展迅速,但在整个能源结构当中占比较小,传统化石能源还将长期占据主导地位。我认为,未来很长的时期将是一个“混合能源时代”,这一历史时期至少将持续50-100年。所以,当今能源革命的主题是新能源开发利用与传统化石能源清洁高效利用。

  2014年,国务院在《能源发展战略行动计划(2014-2020年》中提出“绿色低碳”的发展战略,到2020年和2030年非化石能源占一次能源消费比重分别达到15%和20%左右。今年2月,发改委发布《关于推进“互联网+”智慧能源发展的指导意见》,明确提出促进能源和信息深度融合,支撑和推进能源革命。智能发电概念正是在国家能源转型的大背景下提出的。

  中国能源报:为何叫“智能发电”?

  刘吉臻:“智能发电”与大家比较熟悉的“智能电网”(Smart Grid)、德国 “工业4.0”以及“中国制造2025”的概念是一致的,其核心是第四次工业革命大背景下发电技术的转型革命。

  2001年EPRI(美国电力研究协会)率先开展了智能电网研究,2003年美国能源部启动“智能电网”建设项目,2009年奥巴马总统将“智能电网”提升为美国国家战略。之后,欧盟和中国相继投入“智能电网”的研发和推广,促进了电网技术的快速进步,有效推动了相关产业的快速发展。而数字化、信息化、自动化和互动化正是智能电网的典型特征。

  2013年,德国联邦政府提出了“工业4.0”的概念。它倡导以高度数字化、网络化、机器自组织为标志的第四次工业革命,旨在提升工业生产的智能化水平。

  我国提出了“中国制造2025”。这一行动纲领表明政府希望通过10年左右时间,使中国成为制造强国。其内涵是指在信息化与工业化深度融合的背景下,应对互联网、大数据、云计算等信息领域新技术发展,推进重点行业智能转型升级,提高资源利用效率,加快构建高效、清洁、低碳、循环的绿色工业体系。行动纲领明确了10大重点领域,其中新一代信息技术产业、电力装备、节能与新能源汽车等领域与能源行业密切相关。

  中国能源报:智能电网的这些特性和“智能发电”有很多相同之处。

  刘吉臻:是的。这里有必要理解一下电力系统与电力的本质特征。首先,电力系统中的发、输、供、用是同步进行、高度统一的。不管是煤电、气电、核电,还是风电、光伏,一般来说都要并入到同一张电网上,源、网、荷之间有着天然的协同关系。各种电源如同“一根藤上的瓜”,你中有我,我中有你,谁也离不开谁。同时,电力的一个最重要的特征是难以大规模储存,在储电技术取得革命性突破以前,人们很难将电能大规模地储存起来。电力的生产、传输、消费是瞬间完成的。所以,电力系统具有“空间上广域性,时间上瞬时性”,正如有人指出,电力系统是最庞大、最复杂的人造系统工程。

  按照大系统理论,系统的分解与协调是解决大系统问题的基本方法。既要考虑全局协同,也要把它分解为局部子系统,实现局部优化。

  目前智能电网的定义及其内涵还不能完全涵盖电力系统的所有内容。发电侧不仅涉及不同物理化学原理下的各类能源的转化,发电装备先进制造,发电过程运行控制与优化,也包括电网和电源的协同以及不同电源间的协同。所以,发电侧实现智能化,是未来电力系统的重要内容与发展方向。所以,我们不妨把发电部分相对独立出来,提出了“智能发电”的概念。

  其实,不论新能源还是传统化石能源发电,都是能源转换,首要考虑的是如何使转换更高效、更清洁、更便捷。当前,在以新能源开发和化石能源清洁高效利用为核心内容的中国能源转型与能源革命中,电源侧正面临着提升能源转换效率、减少污染排放、高比例新能源消纳等难题。多年来,我国在先进发电系统装备制造方面加大了研发投入。与之相适应,以信息化为基础的智能发电运行控制技术将成为未来一段时期内发电行业的重点发展领域,也将是我国能源发展所面临的重大技术需求,也是实现能源绿色、低碳、智能发展的战略选择。

  不是简单的数字化和信息化

  中国能源报:“智能发电”与现有技术有何异同?

  刘吉臻:过去,电力生产自动化水平很低,需要靠人的手动操作,后来基本实现了自动化、数字化、信息化。现在各类发电厂都配备自动化控制系统、监控信息系统以及管理信息系统。但目前还没有达到智能化的水平。智能化应该是更高级的形式,不是简单的数字化和信息化。

  虽然目前还不能准确地给出“智能发电”的定义及其内涵,但我认为其初级形态应包括以下内容:自趋优全程控制系统;自学习分析诊断专家系统;自恢复故障(事故)处理系统;自适应多目标优化管理系统等。

  一个智能系统和常规自动化系统的区别在哪里呢?对于自动化系统,过程和结果是事前设定的,人们知道它会怎么做。而一个智能系统要具备机器学习、推理、演绎能力,其过程和结果并不完全是人为的程序设计,而是超越了人的能力。

  中国能源报:能否举个列子?

  刘吉臻:例如,大家熟悉的机器人和人下棋。在早期的时候,人们通过编制复杂的程序,机器可以与人对弈,但编程的人是把高水平棋手的方法交给计算机执行。此时,机器下得再好,也下不过更高水平的棋手。但是,智能机器人则完全不同,其过程和结果均非事前设定,而是赋予机器人学习、推理和演绎的能力。机器人可以通过对弈训练来不断提升自己的水平,进而,有可能赢得与任何高手的比赛。

  中国能源报:那么对于发电厂来说,意味着什么?

  刘吉臻:一台新机组和一台已运行了10年的机组相比,如果是采用智能控制与管理系统,那么后者的运行管理水平要比前者更优。这就像人一样,高智商的人通过学习和经验积累,将会做到“青出于蓝胜于蓝”。

  最近新能源发电发展迅速,但是辛辛苦苦上的项目却面临弃电问题。由于新能源的随机性、间歇性,很多人把它叫做垃圾电。那么我们应该放弃发展新能源吗?当然不,而是应该运用更加智能、先进的发电方式来解决问题。

  智能发电厂将不仅是独立的发电单元,而是一个能够随时感知外部信息,与电网以及其他发电单元乃至用户友好互动的电源。以火力发电为例,不仅要做到安全、高效、清洁,还需要具备更高的灵活性,新能源多的时候,火电就少发,反之则多发,这样就能保证新能源的消纳。另外,新能源发电也要提升自身的安全性、可预测性和可调度性。前面提到了“自趋优全程控制”。自趋优意味着即使系统设计不很合理,也能通过持续运行实现不断优化。另外,实现机组在全工况下的优化运行也是当前需要解决的问题。现在很多机组的能效指标、环保指标都是在额定工况和理想条件下给出的,一旦偏离额定工况,技术经济指标则会大幅下滑。

  抢占新一轮技术革命制高点

  中国能源报:智能发电现在具备条件吗?

  刘吉臻:基本条件是具备的。一是,现在电厂在数字化、信息化、自动化方面,达到了很高的水平。二是,网络技术、计算机处理能力也有了极大的提升。三是,发电装备制造水平提升也很快。有了这三个条件,智能发电是可以逐步推开的。

  中国能源报:有哪些是可预见的问题或短板?

  刘吉臻:“智能发电”是一个多学科交叉的高新技术领域,在基础理论、关键技术、工程应用等方面都有十分艰巨的难题需要攻克。其中首要的因素是国家的高度重视。以我国工业中仪表控制系统为例,虽然被称为工业系统的“大脑”和“神经中枢”,但是,多年来并没有得到足够的重视和应有的投入。很多人认为,主机装备设计制造是硬碰硬的技术,而检测技术、控制技术、网络技术、芯片技术、软件技术是软技术。事实上,我国的核电技术、重型燃机、大型风电等领域的仪表控制技术许多方面仍然受制于人,亟待取得实质性进展与突破。其次,如何调动电力企业推动技术进步的积极性,或者说为企业找到合理的盈利模式至关重要。第三,如何在现有技术基础上,整合资源、产学研合作、循序渐进、协同攻关,在关键技术方面取得突破。要避免低水平重复、一哄而上。以大数据为例,热衷于大数据中心的建设,而对大数据的智能化处理与应用技术缺乏系统的研究与有效的解决方案。

  我们常说,既要脚踏实地,又要仰望星空。为了实现我国能源转型,需要切实解决好发电领域安全、高效、清洁以及新能源消纳等现实问题;同时,我们要思考未来,在新一轮技术革命的大潮来临之际,不要被再一次甩开距离,而要敢于和别人齐步走,甚至领先一步。

 
 
 
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