7月4日，由華北電力大學(xué)與中國國電集團公司共建的“智能發(fā)電協(xié)同創(chuàng)新中心”揭牌儀式在京舉行。至此，“智能發(fā)電”概念正式推出。
據(jù)介紹，我國發(fā)電技術(shù)經(jīng)過數(shù)十年的發(fā)展，自動化、數(shù)字化、信息化水平已大幅提升?！爸悄馨l(fā)電”定義為以自動化、數(shù)字化、信息化為基礎(chǔ)，綜合應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)資源，充分發(fā)揮計算機超強的信息處理能力，形成一種具備自學(xué)習(xí)、自組織、自趨優(yōu)、自恢復(fù)等功能的智能發(fā)電運行控制與管理模式。
“智能發(fā)電”概念為何在此時推出？與現(xiàn)有發(fā)電技術(shù)有何異同？在我國乃至世界電力行業(yè)發(fā)展中又將扮演何種角色？日前，記者就上述問題專訪了“智能發(fā)電”概念的提出者——中國工程院院士、華北電力大學(xué)校長劉吉臻。
第四次工業(yè)革命背景下的發(fā)電技術(shù)
記者：“智能發(fā)電”概念提出的背景是？
劉吉臻：從歷史上看，進入近代社會以來，人類文明的每一個重大進步都伴隨著能源革命。第一次工業(yè)革命以蒸汽機的發(fā)明開始，煤炭作為基本能源，帶動了工業(yè)的興起；第二次工業(yè)革命，內(nèi)燃機的發(fā)明推動了石油時代的到來，進而進入電氣化社會。這兩次工業(yè)革命都是化石能源的革命。第三次工業(yè)革命的標(biāo)志是信息化，或者是兩化融合，即信息化和工業(yè)化的融合。第四次工業(yè)革命是互聯(lián)網(wǎng)背景下的兩化深度融合，并進入智能化的時代。
目前，能源短缺、環(huán)境污染、氣候變化是人類面臨的共同難題，新能源替代與能源轉(zhuǎn)型是解決未來能源供應(yīng)的最基本任務(wù)，也是解決問題的有效途徑。雖然現(xiàn)階段我國新能源發(fā)展迅速，但在整個能源結(jié)構(gòu)當(dāng)中占比較小，傳統(tǒng)化石能源還將長期占據(jù)主導(dǎo)地位。我認(rèn)為，未來很長的時期將是一個“混合能源時代”，這一歷史時期至少將持續(xù)50-100年。所以，當(dāng)今能源革命的主題是新能源開發(fā)利用與傳統(tǒng)化石能源清潔高效利用。
2014年，國務(wù)院在《能源發(fā)展戰(zhàn)略行動計劃(2014-2020年》中提出“綠色低碳”的發(fā)展戰(zhàn)略，到2020年和2030年非化石能源占一次能源消費比重分別達到15%和20%左右。今年2月，發(fā)改委發(fā)布《關(guān)于推進“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見》，明確提出促進能源和信息深度融合，支撐和推進能源革命。智能發(fā)電概念正是在國家能源轉(zhuǎn)型的大背景下提出的。
記者：為何叫“智能發(fā)電”？
劉吉臻：“智能發(fā)電”與大家比較熟悉的“智能電網(wǎng)”（SmartGrid）、德國“工業(yè)4.0”以及“中國制造2025”的概念是一致的，其核心是第四次工業(yè)革命大背景下發(fā)電技術(shù)的轉(zhuǎn)型革命。
2001年EPRI（美國電力研究協(xié)會）率先開展了智能電網(wǎng)研究，2003年美國能源部啟動“智能電網(wǎng)”建設(shè)項目，2009年奧巴馬總統(tǒng)將“智能電網(wǎng)”提升為美國國家戰(zhàn)略。之后，歐盟和中國相繼投入“智能電網(wǎng)”的研發(fā)和推廣，促進了電網(wǎng)技術(shù)的快速進步，有效推動了相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。而數(shù)字化、信息化、自動化和互動化正是智能電網(wǎng)的典型特征。
2013年，德國聯(lián)邦政府提出了“工業(yè)4.0”的概念。它倡導(dǎo)以高度數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、機器自組織為標(biāo)志的第四次工業(yè)革命，旨在提升工業(yè)生產(chǎn)的智能化水平。
我國提出了“中國制造2025”。這一行動綱領(lǐng)表明政府希望通過10年左右時間，使中國成為制造強國。其內(nèi)涵是指在信息化與工業(yè)化深度融合的背景下，應(yīng)對互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算等信息領(lǐng)域新技術(shù)發(fā)展，推進重點行業(yè)智能轉(zhuǎn)型升級，提高資源利用效率，加快構(gòu)建高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色工業(yè)體系。行動綱領(lǐng)明確了10大重點領(lǐng)域，其中新一代信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)、電力裝備、節(jié)能與新能源汽車等領(lǐng)域與能源行業(yè)密切相關(guān)。
記者：智能電網(wǎng)的這些特性和“智能發(fā)電”有很多相同之處。
劉吉臻：是的。這里有必要理解一下電力系統(tǒng)與電力的本質(zhì)特征。
首先，電力系統(tǒng)中的發(fā)、輸、供、用是同步進行、高度統(tǒng)一的。不管是煤電、氣電、核電，還是風(fēng)電、光伏，一般來說都要并入到同一張電網(wǎng)上，源、網(wǎng)、荷之間有著天然的協(xié)同關(guān)系。各種電源如同“一根藤上的瓜”，你中有我，我中有你，誰也離不開誰。
同時，電力的一個最重要的特征是難以大規(guī)模儲存，在儲電技術(shù)取得革命性突破以前，人們很難將電能大規(guī)模地儲存起來。電力的生產(chǎn)、傳輸、消費是瞬間完成的。
所以，電力系統(tǒng)具有“空間上廣域性，時間上瞬時性”，正如有人指出，電力系統(tǒng)是最龐大、最復(fù)雜的人造系統(tǒng)工程。
按照大系統(tǒng)理論，系統(tǒng)的分解與協(xié)調(diào)是解決大系統(tǒng)問題的基本方法。既要考慮全局協(xié)同，也要把它分解為局部子系統(tǒng)，實現(xiàn)局部優(yōu)化。
目前智能電網(wǎng)的定義及其內(nèi)涵還不能完全涵蓋電力系統(tǒng)的所有內(nèi)容。發(fā)電側(cè)不僅涉及不同物理化學(xué)原理下的各類能源的轉(zhuǎn)化，發(fā)電裝備先進制造，發(fā)電過程運行控制與優(yōu)化，也包括電網(wǎng)和電源的協(xié)同以及不同電源間的協(xié)同。所以，發(fā)電側(cè)實現(xiàn)智能化，是未來電力系統(tǒng)的重要內(nèi)容與發(fā)展方向。所以，我們不妨把發(fā)電部分相對獨立出來，提出了“智能發(fā)電”的概念。
其實，不論新能源還是傳統(tǒng)化石能源發(fā)電，都是能源轉(zhuǎn)換，首要考慮的是如何使轉(zhuǎn)換更高效、更清潔、更便捷。當(dāng)前，在以新能源開發(fā)和化石能源清潔高效利用為核心內(nèi)容的中國能源轉(zhuǎn)型與能源革命中，電源側(cè)正面臨著提升能源轉(zhuǎn)換效率、減少污染排放、高比例新能源消納等難題。多年來，我國在先進發(fā)電系統(tǒng)裝備制造方面加大了研發(fā)投入。與之相適應(yīng)，以信息化為基礎(chǔ)的智能發(fā)電運行控制技術(shù)將成為未來一段時期內(nèi)發(fā)電行業(yè)的重點發(fā)展領(lǐng)域，也將是我國能源發(fā)展所面臨的重大技術(shù)需求，也是實現(xiàn)能源綠色、低碳、智能發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。
不是簡單的數(shù)字化和信息化
記者：“智能發(fā)電”與現(xiàn)有技術(shù)有何異同？
劉吉臻：過去，電力生產(chǎn)自動化水平很低，需要靠人的手動操作，后來基本實現(xiàn)了自動化、數(shù)字化、信息化?，F(xiàn)在各類發(fā)電廠都配備自動化控制系統(tǒng)、監(jiān)控信息系統(tǒng)以及管理信息系統(tǒng)。但目前還沒有達到智能化的水平。智能化應(yīng)該是更高級的形式，不是簡單的數(shù)字化和信息化。
雖然目前還不能準(zhǔn)確地給出“智能發(fā)電”的定義及其內(nèi)涵，但我認(rèn)為其初級形態(tài)應(yīng)包括以下內(nèi)容：自趨優(yōu)全程控制系統(tǒng)；自學(xué)習(xí)分析診斷專家系統(tǒng)；自恢復(fù)故障（事故）處理系統(tǒng)；自適應(yīng)多目標(biāo)優(yōu)化管理系統(tǒng)等。
一個智能系統(tǒng)和常規(guī)自動化系統(tǒng)的區(qū)別在哪里呢？對于自動化系統(tǒng)，過程和結(jié)果是事前設(shè)定的，人們知道它會怎么做。而一個智能系統(tǒng)要具備機器學(xué)習(xí)、推理、演繹能力，其過程和結(jié)果并不完全是人為的程序設(shè)計，而是超越了人的能力。
記者：能否舉個列子？
劉吉臻：例如，大家熟悉的機器人和人下棋。在早期的時候，人們通過編制復(fù)雜的程序，機器可以與人對弈，但編程的人是把高水平棋手的方法交給計算機執(zhí)行。此時，機器下得再好，也下不過更高水平的棋手。但是，智能機器人則完全不同，其過程和結(jié)果均非事前設(shè)定，而是賦予機器人學(xué)習(xí)、推理和演繹的能力。機器人可以通過對弈訓(xùn)練來不斷提升自己的水平，進而，有可能贏得與任何高手的比賽。
記者：那么對于發(fā)電廠來說，意味著什么？
劉吉臻：一臺新機組和一臺已運行了10年的機組相比，如果是采用智能控制與管理系統(tǒng)，那么后者的運行管理水平要比前者更優(yōu)。這就像人一樣，高智商的人通過學(xué)習(xí)和經(jīng)驗積累，將會做到“青出于藍(lán)勝于藍(lán)”。
最近新能源發(fā)電發(fā)展迅速，但是辛辛苦苦上的項目卻面臨棄電問題。由于新能源的隨機性、間歇性，很多人把它叫做垃圾電。那么我們應(yīng)該放棄發(fā)展新能源嗎？當(dāng)然不，而是應(yīng)該運用更加智能、先進的發(fā)電方式來解決問題。
智能發(fā)電廠將不僅是獨立的發(fā)電單元，而是一個能夠隨時感知外部信息，與電網(wǎng)以及其他發(fā)電單元乃至用戶友好互動的電源。以火力發(fā)電為例，不僅要做到安全、高效、清潔，還需要具備更高的靈活性，新能源多的時候，火電就少發(fā)，反之則多發(fā)，這樣就能保證新能源的消納。另外，新能源發(fā)電也要提升自身的安全性、可預(yù)測性和可調(diào)度性。前面提到了“自趨優(yōu)全程控制”。自趨優(yōu)意味著即使系統(tǒng)設(shè)計不很合理，也能通過持續(xù)運行實現(xiàn)不斷優(yōu)化。另外，實現(xiàn)機組在全工況下的優(yōu)化運行也是當(dāng)前需要解決的問題。現(xiàn)在很多機組的能效指標(biāo)、環(huán)保指標(biāo)都是在額定工況和理想條件下給出的，一旦偏離額定工況，技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)則會大幅下滑。
搶占新一輪技術(shù)革命制高點
記者：智能發(fā)電現(xiàn)在具備條件嗎？
劉吉臻：基本條件是具備的。
一是，現(xiàn)在電廠在數(shù)字化、信息化、自動化方面，達到了很高的水平。
二是，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計算機處理能力也有了極大的提升。
三是，發(fā)電裝備制造水平提升也很快。
有了這三個條件，智能發(fā)電是可以逐步推開的。
記者：有哪些是可預(yù)見的問題或短板？
劉吉臻：“智能發(fā)電”是一個多學(xué)科交叉的高新技術(shù)領(lǐng)域，在基礎(chǔ)理論、關(guān)鍵技術(shù)、工程應(yīng)用等方面都有十分艱巨的難題需要攻克。
其中首要的因素是國家的高度重視。以我國工業(yè)中儀表控制系統(tǒng)為例，雖然被稱為工業(yè)系統(tǒng)的“大腦”和“神經(jīng)中樞”，但是，多年來并沒有得到足夠的重視和應(yīng)有的投入。很多人認(rèn)為，主機裝備設(shè)計制造是硬碰硬的技術(shù)，而檢測技術(shù)、控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、芯片技術(shù)、軟件技術(shù)是軟技術(shù)。事實上，我國的核電技術(shù)、重型燃機、大型風(fēng)電等領(lǐng)域的儀表控制技術(shù)許多方面仍然受制于人，亟待取得實質(zhì)性進展與突破。
其次，如何調(diào)動電力企業(yè)推動技術(shù)進步的積極性，或者說為企業(yè)找到合理的盈利模式至關(guān)重要。
第三，如何在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)上，整合資源、產(chǎn)學(xué)研合作、循序漸進、協(xié)同攻關(guān)，在關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破。要避免低水平重復(fù)、一哄而上。以大數(shù)據(jù)為例，熱衷于大數(shù)據(jù)中心的建設(shè)，而對大數(shù)據(jù)的智能化處理與應(yīng)用技術(shù)缺乏系統(tǒng)的研究與有效的解決方案。
我們常說，既要腳踏實地，又要仰望星空。為了實現(xiàn)我國能源轉(zhuǎn)型，需要切實解決好發(fā)電領(lǐng)域安全、高效、清潔以及新能源消納等現(xiàn)實問題；同時，我們要思考未來，在新一輪技術(shù)革命的大潮來臨之際，不要被再一次甩開距離，而要敢于和別人齊步走，甚至領(lǐng)先一步。
