智慧城市—12_智慧电厂建设技术方法

智慧电厂建设智慧电厂建设技术技术方方案案 主要内主要内容容 一、背景 二、智慧电厂系统构架 三、一体化智慧平台 四、智慧电厂应用体系 五、智慧电厂实施规划及展望 2 一、背景 3 带基本负荷 调节型电源 电站电站运运 营压营压力力 调峰调频调峰调频负负 荷波荷波动动 煤质频繁煤质频繁大大 幅波幅波动动 我国火电机组运行面临新的形势需求 环保排环保排放放 生产安生产安全全 节能降节能降耗耗 4 我国火电机组运行面临的困境 愿意值夜班的少了 收入在各行业中竞争力小了 地处普遍偏远 高水平有经验的留不住了 招素质理想的人难了 靠谁来应对多方面的重压？5 智慧电厂以发电过程的数字化、自动化、信息化、标准化为基础，以管控一体化、大数据、云计算、物联网为平台，集成智能传感与执行、智能控制与优化、智能管理与决策等技术，形成一种具备自学习、自适应、自趋优、自恢复、自组织的智能发电运行控制管理模式，实现更加安全、高效、清洁、低碳、灵活的生产目标。6 国内现国内现状状 目前我国各发电集团和科研单位都在开展智慧电厂的研究及应用，但 多数局限于信息数据集成、智能优化运行或三维可视化等，生产运行方面 主要针对机组主要部件（汽轮机、锅炉及主要辅机）及系统的智能运行优 化。影响力较大的项目（另外还有国电投良村、大唐泰州与高井热电等：江苏利港电厂（艾默生、利港电厂）智能优化运行 智能监盘 ICS、智慧管理 智能控制器 数字引擎 内蒙古东胜电厂（北京智深、华北电力大学）华电莱州电厂（热工院、清华大学、华 电电科院）智慧运行 智慧检修 智慧管理 煤流可视化 数字孪生 一一、背背 景景 智能感智能感知知 智能传感智能传感器器 软测软测量量 模型化模型化（机理及数据机理及数据）信息融信息融合合 多源数据的深度融多源数据的深度融合合 信息交互与共享机信息交互与共享机制制 关联分析与数据挖关联分析与数据挖掘掘 智能算智能算法法 自趋优自趋优，自学自学习习 自适应自适应，自恢自恢复复 自组自组织织 智能决智能决策策 多目标优多目标优化化 柔性柔性、无扰切无扰切换换 自主决策自主决策（高级形态高级形态）管控一体管控一体化化 数据共享数据共享、业务联业务联动动 自组织精细化管自组织精细化管理理 信息安信息安全全 全生命周期管全生命周期管理理 数字移数字移交交 可视可视化化 设计设计/安装安装/运行运行/优优化化/仿真实时互仿真实时互动动 特征 8 一一、背背 景景 9 挖掘机组节能减排潜力挖掘机组节能减排潜力，降低机组整体煤降低机组整体煤耗耗 ，污染物排放达标污染物排放达标，使得机组运行更加使得机组运行更加高高 效环保效环保。提高机组负荷响应速度和一次调频能力提高机组负荷响应速度和一次调频能力，满足智能电网满足智能电网AGC和一次调频要求和一次调频要求，机组机组灵灵 活性运行水平明显提升活性运行水平明显提升。全面提升机组自动化和智能化水平全面提升机组自动化和智能化水平，实现减员增效和人性化管控实现减员增效和人性化管控，短期达到短期达到“少人值守少人值守”目标目标，最终实现最终实现“无人无人（极少人极少人）值守值守”。机组主要参数控制品质大幅提高机组主要参数控制品质大幅提高，提升机组运行的安全性和稳定性提升机组运行的安全性和稳定性，为机组安全为机组安全、高高 效效、环保运行提供保障环保运行提供保障。10 一一、背背 景景 通过统一平台实现智慧管理通过统一平台实现智慧管理，大幅提升电厂的管理水平大幅提升电厂的管理水平，实现减员增效实现减员增效。通过实现智慧安全通过实现智慧安全、智慧检修等智慧检修等，明显提高设备和机组运行的可靠性明显提高设备和机组运行的可靠性，减少机组减少机组“非非停停”次数次数。通过实现智慧检修通过实现智慧检修，有效降低机组检修有效降低机组检修、维护和试验费用维护和试验费用，同时提高设备的可靠性同时提高设备的可靠性。11 一一、背背 景景 基于大数据的基于大数据的新一代人工智能新一代人工智能应用应用，突破传统生产控制与经营决策的瓶突破传统生产控制与经营决策的瓶颈颈 与局限与局限，最大化企业竞争力和效最大化企业竞争力和效益益 具有自主智慧的具有自主智慧的虚拟值班员虚拟值班员，实现实现智智 慧运行与主动风险处置慧运行与主动风险处置，达达到到少人少人甚甚 至无人值至无人值守守 基于虚拟现实与移动应用的基于虚拟现实与移动应用的三维可三维可视视 化平台化平台，实现生产过程的安全管理实现生产过程的安全管理、智能巡检智能巡检、全真培训与可视化监控全真培训与可视化监控等等 具有具有自寻优自寻优、自适应自适应、多目标协同多目标协同特特 征的全面智慧运行征的全面智慧运行，在煤质在煤质、负荷负荷与与 环境参数变化时自主实现全厂最优环境参数变化时自主实现全厂最优运运 行控行控制制 机器人取代技术人员完成巡检机器人取代技术人员完成巡检、检修检修、维护等现场工维护等现场工作作 依托工业互联网构架的新型维护依托工业互联网构架的新型维护、管管 理理、销售与决策体销售与决策体系系 一一、背背 景景 12 二、智慧电厂系统构架 13 华能智慧电厂架构：构建“云边协同”的立体智慧化技术架构。厂内“边缘侧”在构 建由智慧基建、智慧安全、智慧运行、智慧检修、智慧管理、智慧燃料六大应用体系组成 的超融合一体化智慧平台（1+6+N 模式）；厂际“云平台侧”采用工业互联网技术实现厂 际的信息与应用集成。二二、智慧电厂系统构智慧电厂系统构架架 二二、智慧电厂系统构智慧电厂系统构架架 智慧电厂系统构架示意智慧电厂系统构架示意图图 16 二二、智慧电厂系统构智慧电厂系统构架架 超融合平台具备横向扩展的能力，可以根据业务发展需要，通过 增加硬件服务器配置扩展数据平台的硬件资源池。IOT平台带来的技术变革：重构工业软件创新、部署与集成方式 工业互联网平台 ERP SIS SCADA/DCS 传感器与控制设备 现场制造设备 1 1 2 1 2 2 2 2 2 1 2 3 1 1 2 1 2 2 3 1 1 1 解 构 传 统 工 业 软 件 体 系 1 3 构建微服务组件 库 设 计 APP 管 理 APP 分 析 APP 工业知识 经验 2 打开知识黑盒 5 基 于 平 台 实 现 交 互 集 成 二二、智慧电厂系统构智慧电厂系统构架架 工业互联网云平台（云架构一体化智慧平台）4 将微服务固化为工业APP 三、一体化智慧平台 18 旨在提供一个集存储、计算、管理、展示和决策于一体的数据和运 算平台，通过数据和服务两个基本点融合在一起，形成了一个可灵活扩 展的体系，提供多源异构数据的超融合接口。基础建设：综合网络布线、设备二维码标牌 硬件部分：服务器虚拟化、存储虚拟化、超融合服务器 软件部分：数据治理、数据统一编码、数据集成、应用平台 19 三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 一体化智慧平台一体化智慧平台：数据治理体数据治理体系系 20 数据统一编数据统一编码码 一体化智慧应用平一体化智慧应用平台台 数据治理保障体系、数据服务体系、数据全生命 周期管理、数据标准管理、数据模型管理。形成一整套统一、协调的数据编码标准体系，实 现数据横向、纵向充分共享。超轻量三维虚拟化技术 基于“微服务”的灵活业务架构 基于EIP（企业信息门户）的应用框架 一体化智慧平台一体化智慧平台：三维虚拟电厂三维虚拟电厂：三维数字化建模、三 维数字化移交、三维可视化管理、三维可 视化检修培训 三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 21 一体化智慧平台一体化智慧平台：三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 22 一体化智慧平台一体化智慧平台：建设大屏幕展示系统，基于电厂已建 的生产数据管理系统的动态数据信息，开 发专用的生产实时信息展示系统，通过各 种动态数据的展示手段，及时、准确、形 象、概要地展示电厂的生产动态。三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 23 一体化智慧平一体化智慧平台台 企业网企业网络络 .运营商网运营商网络络 边缘机边缘机房房 AAPP AAPP PP MEP P P InternInterne e t t N6 5 5G G C C N4 N9,WiFi 5G基站 UPUPF F 边缘云 N6 华能电厂数据中华能电厂数据中心心/私有私有云云 企业私有企业私有云云 APPAPP APPAPP MECMEC组网架组网架构构 4K视频监控应视频监控应用用 24 三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 一体化智慧平台一体化智慧平台：三三、一体化智慧平一体化智慧平台台 25 四、智慧电厂应用体系智慧基建 26 智慧基建 主要针对新建电厂，引入灵活性与智能化的新理念，为电 厂优化设计和未来的智能化升级奠定基础。四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 三维数字化移交 通过KKS编码，能够将电厂的对象与各类信息（包含厂家 信息、图纸信息、人员信息等）进行关联，实现虚拟对象与物 理对象对应。是实现三维数字化电厂的基本前提。确定移交需求 实施移交计划 工地可视化管理 施工技术全面智能、工作互通互联、信息协同共享、决策 科学分析、风险智慧预测的新型信息化手段。以三维设计建模 以及数字化移交数据、智慧工地信息平台为基础，全面实现基 建期的安全管理、基建期信息化收集整理、便捷的移动办公，进而使现场管理实现数字化、精细化和智慧化。27 冗冗余余 分布分布式式 减少影减少影响响 四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 闭环控制 与运行指导类应用 信息与数据架构设计 统一平统一平台台 生产与经营管理类应用 可供选择并能有效利用的测量新技术 基于激光检测的上煤煤质在线检测 两台机组可共用一套设备，每5min检测上煤皮带上的煤灰分、水分、发热量、硫分 四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 29 可供选择并能有效利用的测量新技术 基于静电感应的一次风粉在线测量 全截面非介入式 几乎无流阻和磨损，免维护，寿命长 对流动不均匀、煤质变化和颗粒大小适应性好 四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 30 可供选择并能有效利用的测量新技术 炉膛截面声波测温 直接测量方法 可靠性高 四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 31 分区喷氨同步测量与控制、氨逃逸、全截面烟气流量测量 喷氨均匀性可测、可控，有利于精准控制，减少氨逃逸，缓解空预器堵塞 NOx喷氨需 求 可供选择并能有效利用的测量新技术 分区NOx 浓度 氨逃逸 流量 四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 32 炉膛积灰结焦的传热监测 动态热流辅助协调控制 炉膛热流分布式测量 解决常规取灰困难的飞灰含碳测量 可靠性高 除尘器灰斗处安装的飞灰含 碳在线 用于近壁面高温腐蚀管控 用于燃烧配风精细优化 炉内CO、H2S气氛测量 用于空冷风机差异化自适应控制 用于自动防冻控制 直接空冷塔分布式测温 智能摄像头可集成实现设备启停视频确认、有效减少就地确认 跑冒滴漏主动提示 33 智能视频联动 可供选择并能有效利用的测量新技可供选择并能有效利用的测量新技术术 其它测量传感技术 四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧基智慧基建建 四、智慧电厂应用体系智慧安全 34 智慧安全是一个集智慧安全是一个集预案预案、视频视频、图片图片、语音语音、地理位置等信息为一体地理位置等信息为一体，以电以电厂厂 安全管安全管理专网为基础理专网为基础，各子系统有机互动为特点的电厂智能安全管理基础设施各子系统有机互动为特点的电厂智能安全管理基础设施，将将 分散的分散的各类安全子系统各类安全子系统（如门禁管控系统如门禁管控系统、视频监视系统视频监视系统、人人人员员员定定定位位系统位系统、电子电子围围 栏等栏等）进行有机的互连进行有机的互连，在可视化的三维场景监控画面下在可视化的三维场景监控画面下，综合处理各项厂区业务综合处理各项厂区业务，从而实现智慧厂区的协调联动从而实现智慧厂区的协调联动、安全防护安全防护。四四、智慧电厂应用智慧电厂应用智慧安智慧安全全 35 智慧安全中智慧