7月4日，由華北電力大學與中國國電集團公司共建的“智能發(fā)電協同創(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。
據介紹，我國發(fā)電技術經過數十年的發(fā)展，自動化、數字化、信息化水平已大幅提升?！爸悄馨l(fā)電”定義為以自動化、數字化、信息化為基礎，綜合應用互聯網、大數據資源，充分發(fā)揮計算機超強的信息處理能力，形成一種具備自學習、自組織、自趨優(yōu)、自恢復等功能的智能發(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？與現有發(fā)電技術有何異同？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、華北電力大學校長劉吉臻。
第四次工業(yè)革命背景下的發(fā)電技術
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)革命是互聯網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型是解決未來能源供應的最基本任務，也是解決問題的有效途徑。雖然現階段我國新能源發(fā)展迅速，但在整個能源結構當中占比較小，傳統化石能源還將長期占據主導地位。我認為，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，當今能源革命的主題是新能源開發(fā)利用與傳統化石能源清潔高效利用。
2014年，國務院在《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《關于推進“互聯網+”智慧能源發(fā)展的指導意見》，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”（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)電技術的轉型革命。
2001年EPRI（美國電力研究協會）率先開展了智能電網研究，2003年美國能源部啟動“智能電網”建設項目，2009年奧巴馬總統將“智能電網”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”的研發(fā)和推廣，促進了電網技術的快速進步，有效推動了相關產業(yè)的快速發(fā)展。而數字化、信息化、自動化和互動化正是智能電網的典型特征。
2013年，德國聯邦政府提出了“工業(yè)4.0”的概念。它倡導以高度數字化、網絡化、機器自組織為標志的第四次工業(yè)革命，旨在提升工業(yè)生產的智能化水平。
我國提出了“中國制造2025”。這一行動綱領表明政府希望通過10年左右時間，使中國成為制造強國。其內涵是指在信息化與工業(yè)化深度融合的背景下，應對互聯網、大數據、云計算等信息領域新技術發(fā)展，推進重點行業(yè)智能轉型升級，提高資源利用效率，加快構建高效、清潔、低碳、循環(huán)的綠色工業(yè)體系。行動綱領明確了10大重點領域，其中新一代信息技術產業(yè)、電力裝備、節(jié)能與新能源汽車等領域與能源行業(yè)密切相關。
記者：智能電網的這些特性和“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與電力的本質特征。
首先，電力系統中的發(fā)、輸、供、用是同步進行、高度統一的。不管是煤電、氣電、核電，還是風電、光伏，一般來說都要并入到同一張電網上，源、網、荷之間有著天然的協同關系。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、傳輸、消費是瞬間完成的。
所以，電力系統具有“空間上廣域性，時間上瞬時性”，正如有人指出，電力系統是最龐大、最復雜的人造系統工程。
按照大系統理論，系統的分解與協調是解決大系統問題的基本方法。既要考慮全局協同，也要把它分解為局部子系統，實現局部優(yōu)化。
目前智能電網的定義及其內涵還不能完全涵蓋電力系統的所有內容。發(fā)電側不僅涉及不同物理化學原理下的各類能源的轉化，發(fā)電裝備先進制造，發(fā)電過程運行控制與優(yōu)化，也包括電網和電源的協同以及不同電源間的協同。所以，發(fā)電側實現智能化，是未來電力系統的重要內容與發(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化石能源發(fā)電，都是能源轉換，首要考慮的是如何使轉換更高效、更清潔、更便捷。當前，在以新能源開發(fā)和化石能源清潔高效利用為核心內容的中國能源轉型與能源革命中，電源側正面臨著提升能源轉換效率、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)電系統裝備制造方面加大了研發(fā)投入。與之相適應，以信息化為基礎的智能發(fā)電運行控制技術將成為未來一段時期內發(fā)電行業(yè)的重點發(fā)展領域，也將是我國能源發(fā)展所面臨的重大技術需求，也是實現能源綠色、低碳、智能發(fā)展的戰(zhàn)略選擇。
不是簡單的數字化和信息化
記者：“智能發(fā)電”與現有技術有何異同？
劉吉臻：過去，電力生產自動化水平很低，需要靠人的手動操作，后來基本實現了自動化、數字化、信息化?，F在各類發(fā)電廠都配備自動化控制系統、監(jiān)控信息系統以及管理信息系統。但目前還沒有達到智能化的水平。智能化應該是更高級的形式，不是簡單的數字化和信息化。
雖然目前還不能準確地給出“智能發(fā)電”的定義及其內涵，但我認為其初級形態(tài)應包括以下內容：自趨優(yōu)全程控制系統；自學習分析診斷專家系統；自恢復故障（事故）處理系統；自適應多目標優(yōu)化管理系統等。
一個智能系統和常規(guī)自動化系統的區(qū)別在哪里呢？對于自動化系統，過程和結果是事前設定的，人們知道它會怎么做。而一個智能系統要具備機器學習、推理、演繹能力，其過程和結果并不完全是人為的程序設計，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，其過程和結果均非事前設定，而是賦予機器人學習、推理和演繹的能力。機器人可以通過對弈訓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，那么后者的運行管理水平要比前者更優(yōu)。這就像人一樣，高智商的人通過學習和經驗積累，將會做到“青出于藍勝于藍”。
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。那么我們應該放棄發(fā)展新能源嗎？當然不，而是應該運用更加智能、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、可預測性和可調度性。前面提到了“自趨優(yōu)全程控制”。自趨優(yōu)意味著即使系統設計不很合理，也能通過持續(xù)運行實現不斷優(yōu)化。另外，實現機組在全工況下的優(yōu)化運行也是當前需要解決的問題?，F在很多機組的能效指標、環(huán)保指標都是在額定工況和理想條件下給出的，一旦偏離額定工況，技術經濟指標則會大幅下滑。
搶占新一輪技術革命制高點
記者：智能發(fā)電現在具備條件嗎？
劉吉臻：基本條件是具備的。
一是，現在電廠在數字化、信息化、自動化方面，達到了很高的水平。
二是，網絡技術、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：有哪些是可預見的問題或短板？
劉吉臻：“智能發(fā)電”是一個多學科交叉的高新技術領域，在基礎理論、關鍵技術、工程應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)中儀表控制系統為例，雖然被稱為工業(yè)系統的“大腦”和“神經中樞”，但是，多年來并沒有得到足夠的重視和應有的投入。很多人認為，主機裝備設計制造是硬碰硬的技術，而檢測技術、控制技術、網絡技術、芯片技術、軟件技術是軟技術。事實上，我國的核電技術、重型燃機、大型風電等領域的儀表控制技術許多方面仍然受制于人，亟待取得實質性進展與突破。
其次，如何調動電力企業(yè)推動技術進步的積極性，或者說為企業(yè)找到合理的盈利模式至關重要。
第三，如何在現有技術基礎上，整合資源、產學研合作、循序漸進、協同攻關，在關鍵技術方面取得突破。要避免低水平重復、一哄而上。以大數據為例，熱衷于大數據中心的建設，而對大數據的智能化處理與應用技術缺乏系統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。為了實現我國能源轉型，需要切實解決好發(fā)電領域安全、高效、清潔以及新能源消納等現實問題；同時，我們要思考未來，在新一輪技術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，甚至領先一步。
