新型电力系统中建设煤电智慧燃料之思考
大唐国际发电股份有限公司党委委员、副总经理 路平
近年来，在“双碳”目标背景下，我国新能源装机规模快速跃升，正逐步成为新型电力系统电源结构中的主力军。煤电基础电源地位向“兜底、调峰、应急”转换，决定了其既要具备快捷高效调节能力，又须科学管控企业成本打造核心竞争力，这是当前必须面对和解决的现实问题。
随着新一轮科技革命和产业变革加速推进，以人工智能为代表的新一代信息技术不断突破，数字化转型为煤电提高燃料精准供应效率和成本精益化管控能力提供了机遇，助力推动燃料管理全链条向智慧化迈进，从而实现管理水平质的飞跃。
建设智慧燃料的必要性和可行性
建设智慧燃料的必要性
发展新质生产力的需要。技术革命性突破、生产要素创新型配置、产业深度转型升级能够催生新质生产力，推动提高全要素生产率。煤电燃料也必须由粗放的管理方式，转变为以技术进步推动的精益化、智慧化管控模式，提高全流程生产率。
建设新型电力系统的需要。煤电在新型电力系统中发挥着调节作用，而且随着新能源出力及用户负荷的瞬间变化对应及时调峰，智慧燃料可适时调整燃煤品质、供应量，既能提高整体生产运行效能，科学管控燃料成本，又能有效保障电力安全供应。
提高核心竞争力的需要。在市场经济条件下，企业必须不断创新才能在激烈的市场竞争中生存并不断发展。建设新型电力系统背景下，煤电设备利用小时无疑会大幅下降，在电价一定的条件下，煤电企业唯有依靠智慧燃料踏准采购节奏、实时精准优化配煤掺烧方案，实现成本最低化，才能保证在电量现货竞争中处于优势。
建设智慧燃料的可行性
数字技术赋能加快。国家加快推进产学研用深度融合，伴随工业领域关键技术、信息通信领域前沿技术的突破，人工智能、大数据、区块链等信息技术在煤电行业深度应用成为可能，赋能燃料市场分析、智慧计划调运、数据质量验收、成本控制、异常诊断、经营决策等应用场景。
企业燃料信息化成果为智慧燃料建设奠定了基础。近年来，煤电企业越来越重视智慧电厂建设，编制了信息化建设规划，加大了科研资金投入力度。同时，基于燃料信息化数据化、财务一体化等已有信息系统对燃料基础数据、优化调运等功能的基础框架进行迭代升级，可助力智慧燃料建设。
智慧燃料概念及技术特点
智慧燃料指运用大数据、云计算、人工智能、物联网和燃料专业相关技术，集成燃料市场、运输、接卸、输送和采制化、储存、掺配及发电设备和燃料管理信息，实现从市场分析、采购行为到入炉掺烧、智能报表燃料全流程的实物流、信息流、价值流在线智慧化管控。
智慧燃料是智慧电厂的重要组成部分和经营决策管理系统的核心，以价值管控为主线、以风险防控为前提、以过程指导为动力，立足燃料管理及生产运行全流程价值创造关键控制点，实现关联各环节最优指导。
智慧燃料可与供应链上下游(包括煤炭、铁路等单位)、相关业务系统(生产、营销、财务等)互联和数据互换，具有开放性、扩展性、融合性。
智慧燃料的技术特点主要包括以下6个方面：
——大数据。利用大数据分析技术，实现对燃料物理指标全方位全流程定置管理、燃料化学指标全天候跟踪、燃料价值全链条监督管控。
——云计算。通过云计算技术，实现燃煤物理、化学以及价值数据的解析、建模、存储、共享和孪生利用，生成市场走势曲线、采购、掺烧及取煤模型等。
——物联网。利用此技术实现对燃煤运输、配送、计量和堆取设备设施的实时感知、智能控制、自动化数据采集和运维管理。
——5G技术。可实现发电、燃料设备之间的高速连接、数据传输、远程监控和智慧化管控，提高工作效率。
——人工智能。通过人工智能技术实现对燃煤采购计划调运、采制化、配送、堆取、入炉配煤掺烧建模、优化、报警、修正和智能调节。
——远程音视频。对运输、接卸、储存、堆取和入炉燃烧现场状态实时可观、提示、报警、控制等。
建设的基本原则和思路
智慧燃料坚持“顶层设计、技术领先、经济适用、安全可靠”的原则。
——顶层设计：由集团信息化管理和业务部门对智慧燃料建设模式、技术路线、管控需求进行设计、研发。
——技术领先：高标准、高起点，大胆使用前沿的工业、信息技术和先进设备设施。
——经济适用：流程快捷、节约投资，各项功能适用燃料业务管理，防止“面子”和“看板”工程。
——安全可靠：建设防火墙等保障体系，确保网络安全、数据保密及设备运行安全。
在全面建成数字燃料体系基础上建设智慧燃料，提升燃料管理全面感知能力、智慧预测能力、智慧计划与调度能力、储煤管理和智慧配煤掺烧能力，达到燃料供应管理和成本控制国内一流水平。
智慧燃料主要应用场景
1.煤炭市场分析模型——采购策略的依据
影响煤炭供应形势和价格走势的因素复杂，但供求关系的“基本面”是主要因素。供应侧因素包含煤炭产能产量、进出口煤量、全社会煤炭库存、石油与天然气供应、铁路运输运量等情况。需求侧因素包含电力、化工、冶金、建材等行业对煤炭需求，新能源发展规模及发电量，石油与天然气需求情况等。此外，还存在国际、国内宏观经济走势、能源政策、气候状况及突发事件等间接体现在煤炭产运销存数据中的其他因素。
基于煤炭产、运、需、存等量化大数据，通过互联网、云计算、人工智能等信息技术解析运算，生成短期、中长期、远期市场走势曲线，包括价格测算，能够有效指导燃料工作者提前谋划采购和存储策略，提升保障供应和价格控制能力。
根据煤电企业的需求，煤炭市场曲线可以是全国性的，也可以是关注重点关联区域的。为避免投资浪费，应坚持集团统一开发、各级使用的建设模式。
2.智慧计划——实现采购成本最低
智慧计划以运输到厂煤价最低为管理目标，主要管控采购结构的最优化，即在保证安全、环保的前提下，对可采购的、不同品质的煤源按照需求(周期计划采购量)进行智慧匹配，系统通过寻优生成采购模型。在给定矿点煤炭合同量、质量指标(包括发热量、硫份、水分、灰分、挥发分、可磨系数等指标)、到厂标煤单价(含运杂费、途损)等条件下，智慧计划通过大数据运算，匹配出符合生产要求和价值控制的不同矿点、不同煤质的采购量，生成综合成本最低采购模型。
模型可根据煤矿安全生产、运力、厂内储煤以及其他实际情况，再次根据量、质、价指标生成人工指令，由系统反复运算直至生成完全具有实际操作性的计划为止。
3.智慧调运——智慧计划和配煤掺烧的保障
智慧调运是基于月度智慧计划和煤场存煤数量、质量指标及发电负荷曲线，形成的日、周、月燃煤调运方案，由系统共享、指导煤矿及运输商有序调运燃煤到指定煤场。
智慧调运是智慧计划落实的重要环节，是数字化煤场和智慧配煤掺烧的重要前提和基础。利用大数据、GPS、人脸识别等技术，系统实时调度和监控燃煤在装、在途、入厂、接卸及车辆回空运行状况，控制来煤数量、质量，有效提高调运效率，控制入厂煤质量。
4.智能验收——燃料采制化智慧闭环管控
智慧验收是指对入厂燃煤采样、送样、制样、化验等验收环节，实现全流程自动化无人化运行，以及数据自动实时可靠采集与分析，实现设备远程集中控制。
智能验收运用自动化、人工智能、物联网和远程音视频等技术，与自动采样系统封闭式连接，利用气动传输管道将煤样输送至全自动制样机，机器人完成制样，智能存查煤样，全自动化验，实现全程全自动智能验收。采制化煤质数据信息流实时在线运行，由系统进行采集、统计、报警、解析。系统自动定期对检验设备精准度进行校验、修正。
燃煤计量、采制化重点场所和区域配置音视频、门禁等设备，确保计量及采制化全流程、全天候得到监控，操作规范化、无干扰，有效提高化验数据准确性，防范廉政风险。
5.智慧化煤场——配煤掺烧寻优的关键环节
智慧化煤场利用人工智能技术、无人值守斗轮机和无人机、盘煤仪、音视频等设备设施，实时动态监控煤场、煤仓分堆及分层燃煤的数量、质量、价格等信息，在系统中建立三维煤堆模型，实现对煤场的数字化、智能化管控。
智慧化煤场指令入场煤按规划堆放、入仓，静态煤场燃煤数量、质量、价格、位置、分层台账清晰，燃煤入场入仓动态作业时，系统实时监督和更新煤量、质量、价格以及存煤信息，实现在场燃煤量质价及坐标实时掌控。这是配煤掺烧追求成本最低化建模寻优的基础。
智慧化煤场配置安全、环保监督管理功能，建立危险区域电子围栏，实现人车分离和场内工作人员数量、定位管控等，人员进入危险区域系统自动报警，确保场内安全。
6.智慧掺烧——效益保障的关键环节
智慧掺烧基于发电负荷曲线对应耗煤需求、锅炉经济运行煤质参数，结合智慧计划、智慧调运入场来煤和智慧化煤场储煤量质价指标，以保障安全、环保生产为前提，以入炉综合经济效益最优为目标进行自动迭代优化计算，考虑取煤环境及设备边界条件，寻求最佳燃煤掺烧方案。同时，要考虑到原煤仓煤质及输煤周期等因素影响，以提高模型计算的精准度。
智慧掺烧通过大数据、物联网、人工智能、音视频等技术手段，指挥斗轮机等取煤设施按方案取煤、输煤，启用煤仓选择，入场来煤按方案上煤，实现精准掺烧。
智慧掺烧具有学习、积累和优化功能。即装设快速监测煤质设备，实时自动检测入炉煤质指标，并与配煤掺烧方案对比，自动报警并修正配煤掺烧和上煤方案，确保机组最经济的运行模式。
7.智慧报表——效益快速反映晴雨表
智慧燃料利用大数据，基于燃煤实时与累计来、耗、存，以及量、质、价数据生成制式报表，根据需求生成定制报表。
建立入厂煤价对标体系，解析各环节短板，及时提供提升决策方案等。
8.智慧燃料集控中心——燃料运行监测驾驶舱
智慧燃料集控中心遵照“集团统一智慧化平台、三级主体全业务应用”原则，是燃料业务管控、监督、调度驾驶舱，可集中展示各项功能，实现集中统一调度。
围绕价值链，实现燃料市场分析、合同管理、计划调运、验收、煤场管理、结算索赔、统计分析、配煤掺烧、供应商管理等全业务统一在线智慧化分析和监督、管控，并与生产设备、营销业务、财务等无缝衔接。
智慧燃料集控中心运用大数据、智能化、人工智能及音视频等技术，通过采集智慧燃料各模块数据模型计算、挖掘分析、反馈应用，运用可视化及图表实时直观展示包括但不限于生产与营销有关参数、燃料指标、财务数据及现场情况等，对生产、燃料运行全程数据实时在线监测，与模型比对分析，开展智能“后评价”，并提供多元化控制手段，及时开展生产运行、营销及燃料业务决策。
充分利用科技创新、数字技术及算力资源、智能设备设施等新质生产要素，加快关键环节研发创新和“堵点”突破，唯有实现包括燃料在内的智慧电厂建设，煤电才能适应新型电力系统，步入高质量发展的快车道。
