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數字化,到底是個什麼鬼?氣電篇

數字化,到底是個什麼鬼?

數字化,對我們意味著什麼(行業、公司、個人)?

各位也許都有不同的答案。 NexTurbine也有些粗淺思考,願與大家探討。本文先從氣電領域的數字化談起。稍後,我們再談一談燃機研發製造的數字化。

廣義來說,任何從物理現實到虛擬數據的轉換,都可稱之為數字化。因此無論大小難易,很多應用都和數字化沾邊兒,但從廣度和深度,數據體量和複雜性,數據分析利用等不同維度來看,數字化部署的難度及其所創造的價值,是有天壤之別的。

在發電領域,數字化應用大致可劃分為「監測、診斷、預測、主動干預」四個層級。從機器的自動化控制到數字化管理,最終達到智能化發電,要在各個層級都開展深入而廣泛應用。西門子發電與天燃氣集團首席技術官趙作智博士,曾在NexTurbiine2016談及四個層級的劃分及其應用現狀。

第一層級 監測

發生了什麼? 對狀態的實時報告,譬如運行報告、故障報告。這一層級最基礎,應用最廣泛。99%的工業領域都已應用,但並未利用所有數據。

第二層級 診斷

為什麼發生? 對狀態數據的精確分析,譬如報警管理、根本原因分析、這一層級大約有30%的工業領域應用。

第三層級 預測

將發生什麼?基於數據積累和專家經驗建模,能對即將發生的情況作出預判和主動響應。譬如電力消耗預測、故障預測,這一層級的應用又更少一些,大概有13%的工業開始應用。

第四層級 主動干預

我們該做什麼?基於主動預測基礎上,能夠所有行動、干預。譬如運行點優化、負荷平衡。在這一層級,只有大約3%,極少工業應用能達到這一層級。

( NexTurbine2018 趙作智博士時隔兩年再登講台,期待他的最新洞見)

我們來看看這幾年數字化在發電端的發展趨勢。本世紀工業領域的三大趨勢,「電氣化」帶來的新機市場增長日漸式微,「自動化」逐漸成為成標配,"數字化"儼然已成未來競爭的命門。2016-2017年,發電設備是十年生死兩茫茫,工業數字化則是春風得意馬蹄疾。

GE自2016年自稱為「全球數字化工業公司」。GE數字戰略技術聯盟副總裁Abhi Kunte稱,僅在2016年,GE節約了7.3億美元生產成本。Kunte表示:「我們邁向數字化轉型的第一步是實現設備的自動化和數字化,並著手分析收集的數據。掌握設備數據是實現主動管理設備並縮短停機時間的前提。通過數據分析,我們得出了對工業設備管理全新的認識,包括設備狀況如何、怎樣運作、故障發生前有哪些跡象等。」

GE前首席執行官(CEO)Jeff Immelt在2016年立下目標「要在2020年時,讓GE成為世界十大軟體公司之一」。不久之後的2017年,西門子新上任全球首席技術官(CTO)Roland Busch自豪的宣布,「西門子已躋身全球十大的軟體公司」。此言不虛,西門子大中華區能源管理集團總經理麥明銳(Markus Mildner),近期接受能源雜誌採訪時談到,「西門子工作的軟體開發人員已超17500名,涉及電氣化、自動化,以及一些軟體、網路控制等領域。除電氣化和自動化之外的業務,西門子在市場中發展速度最快的是數字化,也就是從軟體到系統這方面。」

新機市場上,自帶數字化介面,正成為標配。2017年年底,西門子推出最新研發的的HL級重型燃氣輪機。這一升級機型將自帶數字化介面,裝有超過3000個感測器,可通過物聯網Mindsphere連接機組上數以千計感測器。西門子首席技術官Roland曾談到過人工智慧(AI)在燃氣輪機上的應用:

「我們將人工智慧技術應用到燃氣輪機上,作為燃氣輪機的大腦。燃氣輪機會面臨不同溫度下、燃氣質量和能量的輸出。客戶的共同期待是:一、最高的能源效率;二、最低的設備損壞率和最低的排放,不希望葉片受熱太快,如果葉片太熱就會灼傷,而更換成本又很高。一台燃氣輪機上會有幾千個感測器在提供數據,而人工很難確保燃氣輪機總是保持在最佳運行點上。我們利用人工智慧技術將工程師們解放了出來,通過計算機進行操作優化,保證燃氣輪機能夠保持最佳狀態的運行。事實證明,跟工程師相比,人工智慧的操作要好得多。」

(圖:西門子8000HL模型效果圖 來源: 西門子)

2017年,三菱日立也在正式推出了旗下數字化解決方案MHPS-TOMONI。所有JAC燃機將配備MHPS-TOMONI。MHPS總裁兼首席執行官Kenji Ando表示:「MHPS-TOMONI利用大數據、精確分析和人智,與客戶合作解決複雜難題,實現電廠運行優化和靈活性以應對現今的能源市場,降低發電成本,提升環保能力。」 MHPS-TOMONI將與OSIsoft和微軟合作以強化功能。三菱日立已加入微軟紅地毯孵化計劃(RCIP),利用Microsoft Azure的PI Integrator,將PI系統數據整理、準備和傳輸至微軟雲平台。與傳統的數據分析方法和業務應用相比,能減少數據準備負擔、總時間、成本和能耗。

(NexTurbine2018 三菱日立技術專家國內首次詳解MHPS-TOMONI)


不僅僅是單機的數字化程度提升,全廠數字化也勢如破竹。電廠管理體系的數字化深入而廣泛。新建電廠的三維數字化移交程度提高,集成了設備全生命周期信息、三維模型、地理定位、監測數據等信息,通過可視化管理體系、性能計算、故障預警等手段,實時監管全廠設備狀態。

同時,眼界開放的電廠管理層也鼓勵數字化微創新,新技術被廣泛應用到各種電廠場景中。華能桐鄉燃機熱電、深圳鈺湖電廠開展了機器人巡檢;京能高安屯燃氣熱電利用三維虛擬現實技術,實現場景自由漫遊、設備檢修指導、操作規程模擬、事故演練教學、生產流程、動畫演示,還可實現多人聯機模擬。

(圖:深圳鈺湖電力機器人「小鈺」 夜間巡廠)

在單機和全廠數字化的浪潮中,機群數字化粉墨登場。2017年下半年,華潤電力與西門子簽署協議,為華潤旗下機群部署集成化聯網遠程運營中心(ROC),在華潤電力某大區試點建設,2018年年底完成19台發電機組(總裝機容量9.6吉瓦)的接入。通過MindSphere集成和聯網,集成先進的數據分析、聯網和網路安全與遠程監控、可視化、分析和數據解讀等功能,提高機群透明度,進行資產診斷和運營優化。

2017年12月,中國大唐集團公司與GE戰略合作的三大中心之一,「北京國際電力數據監測診斷中心」全面上線。對大唐集團6家電廠13台機組機群進行管理,這些電廠分布在深圳、江蘇、浙江等地。超過10,875個感測器不間斷監測電廠總體與主要部件情況,每天產生2.3GB數據。智慧信號(SmartSignal)、監測與診斷系統(M&D)將感測器的採集的實時數據與相應工況下的正常情況進行比對,如有異常則發出預警信息。事件管理系統(Case Management System)隨後篩選預警信息,將需要注意的事件編入標準化處理流程,防止關鍵故障惡化。熱效率分析和優化系統(Emap)實時監測燃機效率,每五分鐘就能獲得全廠、機組、機組內透平、壓氣機以及主要輔機的效率,幫助運維人員尋找「效率短板」。

(圖:大唐集團北京國際電力數據監測診斷中心)

從單機、到全廠、再到機群,氣電領域的數字化正乘風破浪、百花齊放;各種數字化應用層出不窮,不斷深化四個層級的部署。


對傳統的燃機巨頭而言,數字化是時代的浪潮,未來的藍海,超過10%的年增長率,巨大的商業潛力。從燃氣輪機三巨頭,GE、西門子、三菱日立;到自動化老牌勢力艾默生,各家的數字化解決方案已普遍覆蓋第一和第二層級,正全力以赴進擊第三和第四層級。中國的兩機專項、自主化燃機,還停留在硬體開發階段,未見有關於數字化的專項投入,此時尚未重視,恐怕又將落後一個時代。

(NexTurbine2018 西門子、三菱日立、艾默生,都有數字化主題發言)

對用戶而言,釐清需求和範疇,至關重要。從監測到主動干預,從硬體到軟體,部署難度和投入呈幾何係數增長。當我們考慮是否要投入某項"數字化"應用的時候,希望大家都能先問一問,它屬於以上哪個層級? 使用了哪些數據? 是如何利用數據並獲得性能提升的?當家人兼聽則明,多了解市面最新的數字化解決方案和應用案例,不被潮流拋棄,也不被概念忽悠。

數字化帶來價值是巨大的,但數字化更像是一種新時代必備工具包,而不是包治百病的靈丹妙藥。關於數字化的挑戰,除了用戶普遍關心的數據安全問題,西門子(中國)有限公司執行副總裁、西門子大中華區能源管理集團總經理麥明銳(Markus Mildner)還提到關鍵的一點,做有意義的數字化,"不是只為了數字化而數字化"。

"你拿這個數據到底想做什麼?我們不是只為了數字化做數字化的。如果說一個流程本身有問題,你把它盲目地數字化了,也就是在燒錢,並沒有對這個流程進行改善,並沒有實現這個流程的高效和可預測性。所以說我們每當談到數字化的時候,不光是把這個流程變得更快,還需要保證你整個的流程這個過程是有意義的。"

對公司、行業和個人而言,具備「有意義的數字化」這一能力,所需的學習曲線比任何時候都漫長曲折。從數以萬計的專家,到數以兆計的大數據;從燃氣輪機、控制系統、感測器、儀器設備,再到數字化平台、神經網路、人工智慧;技術進化越來越快,人才的挑戰越來越大。

長風破浪會有時,直掛雲帆濟滄海。數字化的巔峰之戰,你準備好了么?

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參考資料

智能化發電 趙作智(西門子發電與天燃氣集團) NexTurbine2016峰會發言

數字化電廠 信息化管理 劉江(神華國華北京熱電) NexTurbine2016-2017 兩屆峰會發言

京能集團數字化電廠 楊鑫(北京京能高安屯燃氣熱電) NexTurbine2017峰會發言

智能巡點檢項目彙報 阮國榮(華能桐鄉熱電)NexTurbine2017峰會發言

GE:工業互聯網初露鋒芒 文/Justin Springham(Mobile World Live)& 許勝藍 20180301

電力數字化轉型痛點何在?文/王高峰(能源雜誌)20180328

「百年老店」西門子的新故事 文/發條橙子發條橙子(虎嗅網)20170328

西門子助建中國首個數字化電力遠程運營中心 文/西門子(西門子官網)201710

GE助力大唐高井電廠踐行數字化轉型 文/李慧(中國能源網)20180328

「高井樣本」:看這裡的「三大中心」如何工作 經濟觀察網 20180320

神華在北京投運一家智能燃氣電廠 原來電廠也可以這樣美?神華國華電力公司 20150811

深圳鈺湖電廠巡檢機器人應用情況調研報告

深圳鈺湖電力機器人「小鈺」:大王派我來巡廠 深圳僑報 20170425

三菱-日立電力系統有限公司通過與「OSIsoft 和微軟紅地毯孵化計劃合作」,推動數字化轉型 20170926

三維虛擬模擬技術在電廠培訓中 的應用 文/陳曉萌,賈艾樺,柳泓羽(北京京能高安屯燃氣熱電有限責任公司) 201710

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