某火電廠的監(jiān)控室里，一位運(yùn)營人員正牢牢盯著眼前的電腦。屏幕上，智慧燃燒系統(tǒng)頁面詳細(xì)地展示了鍋爐內(nèi)部的燃燒信息及運(yùn)行狀態(tài)，包括全爐膛溫度場、火焰狀態(tài)、橫截面溫度場、燃燒穩(wěn)定性、煤粉分配率等等指標(biāo)……

借由這些關(guān)鍵信息，運(yùn)營人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)鍋爐故障隱患，尋找優(yōu)化燃燒反應(yīng)的方案，一改過去僅憑人工經(jīng)驗(yàn)“兩眼一抹黑”的狀況——這正是智慧燃燒給傳統(tǒng)火電廠帶來的變革。

近年來，在數(shù)字化、智慧化浪潮的推動(dòng)下，電力產(chǎn)業(yè)已經(jīng)來到轉(zhuǎn)型升級的重要關(guān)口。勇立關(guān)口，華為云借助鯤鵬云服務(wù)，用AI技術(shù)為燃燒賦予智慧，讓電廠的鍋爐運(yùn)行變得更加高效、穩(wěn)定、安全、經(jīng)濟(jì)，為電力產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型提供“加速度”。

傳統(tǒng)電廠遭遇“大考”

電力，是現(xiàn)代社會維持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的“動(dòng)脈”。

站在用電側(cè)，新興應(yīng)用的涌現(xiàn)讓電力需求與日俱增。以電動(dòng)汽車為例，公安部發(fā)布的最新統(tǒng)計(jì)顯示，截至2023年底，中國純電動(dòng)汽車保有量為1552萬輛。電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院預(yù)計(jì)，到2030年全國電動(dòng)汽車充換電的理論最大負(fù)荷或達(dá)到25億千瓦，將與我國全社會最大用電負(fù)荷基本相當(dāng)。又以人工智能為例，生成式人工智能和大模型對算力的需求將拉動(dòng)海量電力的消耗，某AI行業(yè)專家曾指出——“AI的盡頭是光伏和儲能!如果只考慮計(jì)算，我們需要燒掉14個(gè)地球的能源?！?/p>

站在發(fā)電側(cè)，新能源裝機(jī)量的逐年上升，對電力系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力提出更高要求。與傳統(tǒng)煤電不同，以風(fēng)光能源為代表的可再生能源具有高波動(dòng)性、間歇性。為了配合出力不穩(wěn)定的可再生能源，煤電等傳統(tǒng)支撐性能源承擔(dān)了調(diào)節(jié)的任務(wù)，在新能源出力的高峰期少出力或不出力，反之在低谷期多出力，從而實(shí)現(xiàn)削峰填谷，調(diào)峰調(diào)頻。

顯然，在電力行業(yè)深度調(diào)峰和靈活性調(diào)節(jié)客觀需求下，煤電由常規(guī)主力電源向基礎(chǔ)保障性和系統(tǒng)調(diào)節(jié)性電源并重轉(zhuǎn)型的步伐加快，傳統(tǒng)電廠正在遭遇一場“大考”。

然而，傳統(tǒng)電廠主要以火力發(fā)電機(jī)組為主，想要實(shí)現(xiàn)靈活性改造絕非易事。

一方面，近幾年隨著電煤耗用量持續(xù)增長，煤炭市場日趨緊張，火電廠適合燃用的煤種越來越難以足量采購，電廠采購褐煤與動(dòng)力煤摻燒以控制發(fā)電成本。但摻燒煤質(zhì)復(fù)雜，煤質(zhì)量波動(dòng)增大，導(dǎo)致鍋爐效率下降、穩(wěn)定性差、鍋爐易發(fā)生故障，電廠用電率和煤耗也隨之上升。

另一方面，火力發(fā)電的燃燒爐內(nèi)部反應(yīng)復(fù)雜多變，運(yùn)行調(diào)整可控變量眾多，生產(chǎn)工藝流程復(fù)雜且需要實(shí)時(shí)調(diào)控，對于運(yùn)行人員能力要求很高，如何做到最優(yōu)運(yùn)行是所有電廠頭疼的難題，用智慧化手段解決這些挑戰(zhàn)勢在必行。

隨著新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的加速興起，數(shù)字化、智能化技術(shù)與能源行業(yè)進(jìn)一步結(jié)合，成為引領(lǐng)發(fā)電行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的原動(dòng)力。有國際咨詢機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2025年全球電廠數(shù)字化比例將接近19%，幫助發(fā)電企業(yè)降低運(yùn)營成本27%左右，從而降低全球發(fā)電行業(yè)碳排放量4.7%。

智慧燃燒交上“答卷”

面對行業(yè)共通難題，中國鯤鵬產(chǎn)業(yè)源頭創(chuàng)新中心、深圳市數(shù)據(jù)動(dòng)力科技有限公司與北京大學(xué)深圳研究院聯(lián)合推出的“鯤鵬AI智慧燃燒解決方案”提供了簡易的解題思路，交上了一份令業(yè)界滿意的“答卷”。

過去，由于缺乏有效的監(jiān)測手段，使得鍋爐燃燒一直存在“黑匣子”問題。電廠運(yùn)營人員無法直觀、準(zhǔn)確地獲取鍋爐內(nèi)部信息及運(yùn)行狀態(tài)，也就無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障隱患或是優(yōu)化運(yùn)營的方案。如今，借助這套智慧燃燒解決方案，運(yùn)營人員像是有了一雙“火眼金睛”，能夠?qū)﹀仩t中發(fā)生的一切“洞若觀火”。

在這套解決方案中，傳感器能夠?qū)⑷紵鞑杉降墓鈱W(xué)信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，借由網(wǎng)關(guān)傳輸?shù)浇y(tǒng)一平臺，而后基于AI技術(shù)實(shí)現(xiàn)溫度場精準(zhǔn)構(gòu)建，創(chuàng)建鍋爐燃燒的數(shù)字孿生系統(tǒng)，并且實(shí)現(xiàn)對鍋爐智能化、精細(xì)化的閉環(huán)控制。

具體來說，方案的核心優(yōu)勢如下：

01爐內(nèi)檢測技術(shù)顯著提升測量準(zhǔn)確性

相較于傳統(tǒng)的爐外軟測量的方法，AI智慧燃燒方案采用爐內(nèi)檢測技術(shù)，將多光譜探頭通過光纖直接接入爐內(nèi)二次風(fēng)管道處進(jìn)行爐內(nèi)數(shù)據(jù)檢測，由此顯著提升了測量的準(zhǔn)確性。

爐內(nèi)檢測能夠直接獲取燃燒過程中的關(guān)鍵參數(shù)，避免了爐外監(jiān)測因距離、熱輻射等因素導(dǎo)致的測量誤差。這種技術(shù)革新使得燃燒過程的控制更為精確，從而提高燃燒效率。

02實(shí)時(shí)掌握鍋爐“心臟”的運(yùn)行情況

燃燒器是鍋爐的“心臟”，對燃燒器這一關(guān)鍵區(qū)域的實(shí)時(shí)監(jiān)測和分析，能夠確保各工況下燃燒器的最佳運(yùn)行狀態(tài)。AI智慧燃燒方案不僅關(guān)注爐膛溫度場的構(gòu)建，更著眼于針對燃燒器附近的燃燒狀況進(jìn)行精準(zhǔn)檢測。這種檢測策略能夠?qū)崟r(shí)掌握燃燒器的工作狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)潛在問題，從而進(jìn)行針對性的調(diào)整和優(yōu)化。

應(yīng)用AI算法，基于燃燒器工程數(shù)據(jù)構(gòu)建每只燃燒器的最優(yōu)工況模型，最終構(gòu)建鍋爐燃燒整體AI模型，這一模型能夠全面反映鍋爐燃燒過程的復(fù)雜性和多變性，建立智能化的鍋爐精細(xì)化調(diào)整系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)鍋爐燃燒效率優(yōu)化。

03構(gòu)建針對多煤質(zhì)和全負(fù)荷AI控制模型

AI智慧燃燒方案將傳統(tǒng)依賴人工經(jīng)驗(yàn)的燃燒檢測方式升級為數(shù)字化檢驗(yàn)與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了燃燒過程的自動(dòng)控制和精準(zhǔn)控制。通過將專家經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行數(shù)字化沉淀，并對鍋爐歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，構(gòu)建了燃燒過程閉環(huán)控制的自優(yōu)化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了燃燒過程的持續(xù)優(yōu)化和自適應(yīng)調(diào)整。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步建立了基于煤質(zhì)和運(yùn)行負(fù)荷的AI模型。這不僅提高了燃燒控制的效率和準(zhǔn)確性，還降低了對人工經(jīng)驗(yàn)的依賴，減少了人為因素導(dǎo)致的誤差。

更進(jìn)一步，該模型能夠根據(jù)不同煤質(zhì)和負(fù)荷情況，智能推薦最優(yōu)工況參數(shù)調(diào)整方案，從而實(shí)現(xiàn)燃燒過程的閉環(huán)控制。

準(zhǔn)確的煤摻配比，能夠保證入爐發(fā)熱穩(wěn)定，降低原料成本;智能的溫度控制策略，能夠極大增強(qiáng)系統(tǒng)低負(fù)荷運(yùn)行的穩(wěn)定性;對燃燒不均勻、受熱面結(jié)渣、高溫部件超溫等異常狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)診斷，還能保證正常運(yùn)行，延長爐體壽命……AI智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用使得燃燒效率提升，能耗和排放降低，也為電廠鍋爐控制的智能化升級提供了有力支持。

總而言之，這套智慧燃燒解決方案有力提升了鍋爐運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和安全性，幫助電廠實(shí)現(xiàn)降本、提質(zhì)、增效。據(jù)悉，某電廠在部署該系統(tǒng)后，100%負(fù)荷時(shí)，降低煤耗10.19g/Kw.h;負(fù)荷75%時(shí)，降低煤耗3.52g/Kw.h;50%負(fù)荷時(shí)，降低煤耗0.72g/Kw.h。

鯤鵬為智慧燃燒解決方案注入“靈魂”

在智慧燃燒解決方案中，華為云鯤鵬云服務(wù)可以說是為其注入了“靈魂”。

01技術(shù)方面鯤鵬處理器為AI計(jì)算提供了強(qiáng)大的動(dòng)力。比如，鯤鵬920是目前業(yè)界領(lǐng)先的ARM-based處理器。該處理器采用7nm制造工藝，基于ARM架構(gòu)授權(quán)，由華為公司自主設(shè)計(jì)完成。通過優(yōu)化分支預(yù)測算法、提升運(yùn)算單元數(shù)量、改進(jìn)內(nèi)存子系統(tǒng)架構(gòu)等一系列微架構(gòu)設(shè)計(jì)，大幅提高處理器性能，能效比優(yōu)于業(yè)界標(biāo)桿30%。

華為云還為企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級提供了穩(wěn)定可靠、可持續(xù)創(chuàng)新、多元化的云服務(wù)。鍋爐的燃燒過程是一個(gè)多變量、強(qiáng)耦合的非線性系統(tǒng)，也具備時(shí)變性特點(diǎn)，因此對燃燒過程的建模十分復(fù)雜。依托鯤鵬服務(wù)器強(qiáng)大的算力與加速推理能力，可以處理復(fù)雜的燃燒過程模型和大規(guī)模數(shù)據(jù)運(yùn)算，也可以加速AI模型的訓(xùn)練和推理過程，實(shí)現(xiàn)對燃燒工況的實(shí)時(shí)分析與精準(zhǔn)調(diào)控。

同時(shí)，華為云OBS存儲服務(wù)提供了穩(wěn)定、安全、高性能的存儲能力，用于存儲海量的燃燒過程監(jiān)測數(shù)據(jù)、歷史運(yùn)行記錄及模型訓(xùn)練所需的各類數(shù)據(jù)資源。

02產(chǎn)業(yè)方面鯤鵬計(jì)算產(chǎn)業(yè)已在大數(shù)據(jù)、分布式存儲、AI計(jì)算、APC、Web等多個(gè)應(yīng)用場景實(shí)現(xiàn)規(guī)?；逃?。早在2019年，華為的鯤鵬、昇騰處理器就首次成功應(yīng)用于我國電力行業(yè)，并在該領(lǐng)域持續(xù)拓展和深耕，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)。

03安全方面電力關(guān)乎國計(jì)民生，是國家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的命脈，因此保障電力安全供應(yīng)至關(guān)重要。而鯤鵬生態(tài)可以為合作方提供全棧自研的AI計(jì)算能力，滿足電力行業(yè)對于安全、穩(wěn)定、高效的要求。

未來，更多能源行業(yè)企業(yè)將借助鯤鵬強(qiáng)大的數(shù)字化底座和全面完整的生態(tài)，不斷加入數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級的大潮，共同助推能源產(chǎn)業(yè)的綠色、可持續(xù)發(fā)展。