30年前手工抄表，30年后用DCS（分散式控制系统）。在热电行业工作超过30年的闵伟眼中，热电控制系统的迭代正把热电厂的“大脑”变得日益聪明，大大减轻了热电生产人员的劳动强度。闵伟是杭州杭联热电有限公司总经理，对于热电控制系统这个如同热电厂大脑一般的存在，他还有更高的期待：“希望它还能变得更聪明一点、更智慧一些。”这一期待也是热电行业对智能化转型需求的缩影。由于工艺复杂、控制参数多、波动性较强、碳排放较高的生产场景，越来越多的热电企业正试图把热电生产与数字技术深度融合，打造更加智慧的“运行控制大脑”，进而兼顾降本、高效、节能、低碳等多重目标。这也与国家能源局3月28日印发的“关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见”相契合。提出这一导向的必要性是什么？数字化、智能化技术能为热电能源发展带来什么？在能源领域推行数字化、智能化的瓶颈的方向和未来是什么？围绕这些话题，36氪与全应科技创始人、CEO夏建涛博士聊了聊。全应科技是一家提供热电生产智能化解决方案的工业互联网企业，聚焦热电智能调控技术，2016年成立至今推出五代核心产品。其中最新一代产品让热电生产从依赖人工运行迈入依赖AI机器人的“无人驾驶”新时代，自动化投运率最高达到99%以上。“关于加快推进能源数字化智能化发展的若干意见”（以下简称《意见》）是国家能源局首份基于数字化、智能化维度的能源转型升级路线图，不仅明确了数字化、智能化对能源高质量发展的支撑性作用，也提出明确发展目标和具体实施路径。在深耕能源领域的夏建涛看来，这份纲领性文件给中国能源产业发展掀开了新篇章，能源领域的数字化、智能化需求显著增加。“今年5月，华能、国能、国电投等发电集团纷纷在《中国电力报》撰文，发表对《意见》的理解，并提出各自的数字化、智能化发展规划。热电能源大省山东省也在8月31日召开了全省数字经济高质量发展会议，全面部署山东省数字经济发展重大任务，努力打造全国领先的数字经济发展新高地。”我国为何在这一时点发文力推能源数字化、智能化转型。夏建涛分析，这既是数字中国战略在能源领域的具体落地，也是化解能源保供与双碳目标达成矛盾的迫切需求。我国富煤、少油、贫气的能源资源禀赋，决定了煤炭能源将长期保持主体能源地位和能源供应的兜底保障作用。近几年来，风/光等绿能装机容量快速增加，截至2022年底，我国绿能装机突破了13亿千瓦，超过煤电12亿千瓦的装机容量。但由于波动性、间歇性、随机性等天然缺陷，风电、光伏等清洁能源相当长时间内难以承担能源供应主力军的角色。国家能源局统计数据显示，尽管伴随电力投资结构调整，清洁能源装机比例已超过煤电，但2022年，装机容量占43.8%的煤电发电量占比仍高达66.5%。燃煤热电依旧是能源保供的主力军。力争2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和，是党中央统筹国内国际两个大局作出的重大战略决策。由于煤炭是高碳排放的化石能源，我国能源保供和“双碳”目标之间的矛盾日益突出。目前，我国已明确要求按“先立后破”的思路推进能源绿色转型发展，夏建涛表示，这意味着未来相当长时间内煤电将与绿电协同发展，继续发挥兜底保障作用。在此情况下，如何实现保供与“双碳目标”同时达成？“向科技要生产力是化解保供与双碳矛盾的必要路径。”夏建涛说。数字技术主要通过两种机制助力破解能源转型矛盾。一方面，通过对燃煤发电机组进行数字化、智能化升级，减少其对人的依赖，从而提高机组运行准确度，减少燃料的损耗，实现燃煤发电机组本身的高效清洁。另一方面，数字技术有助于解决风电、光伏面临的最大挑战——波动性。相较“靠天吃饭”的风电和光伏，煤电的发电量和发电过程更易于被精准控制。夏建涛介绍，如果把绿能发电过程数字化、精准预测绿电发电量，则可以实现用煤电“削峰填谷”，从而提高绿电的上网电量。“比如，当绿能发电量大时，我们要让煤电发电量小；当绿能发电量小时，我们就加大煤电发电量。两种能源叠加起来能够形成一个稳定的电力供应。”夏建涛举例。电力去碳化大势下，高效清洁是燃煤发电行业在保供与低碳的双重压力下追求的重要目标。但从业内实践来看，实现上述目标的主要动作是对锅炉进行节能改造、超低排放改造等硬件升级。全应科技则试图提供另一种方案——用数字化智能化技术重塑整个燃煤发电过程。全应科技的创业故事肇始于国务院2015年印发的“中国制造2025”。“要用数字科技与传统工业相结合，推动传统工业转型升级。”本硕博学习人工智能的夏建涛回忆，这个政策导向让他和一起创业的几位来自IBM研究院大数据建模专家思考，是不是可以用自己的专业知识在这个工业4.0新时代做些什么。但传统工业细分领域颇多，具体要用数字化技术为哪个行业赋能？夏建涛告诉36氪，选择赛道时他们主要秉承三个原则：“数字化基础要好、赛道要够大、客户类型不要太单一。”在上述原则下，石油化工和热电行业最终进入了全应科技的视野。但考虑到后者市场规模更大、市场主体类型更加多样，全应科技最终选择从热电赛道切入。运行控制高度依赖人工是热电行业高质量发展的一大痛点。夏建涛介绍，由于下游用电用气负荷和燃煤热值均大幅波动，若想实现一个热电系统的稳定生产，需对上百个参数同时精准调控，而单凭既有的DCS（分散式控制系统）无法做到，因此需要人工专家时刻参与运行调控。热电生产的特征是多参数、强耦合、大延迟、多时变。夏建涛指出，这样的特征之下，高度依赖人工有三大弊端：“第一，整个系统的能源转换效率还不是最高的，因为人没有办法时时刻刻控制到最优；第二是NOx等污染物排放不稳定，忽高忽低；第三，随着青年人到工厂就业的意愿逐渐降低，热电厂人才招聘与培养面临严峻挑战。”而在解决这些问题上，全应科技提供的核心价值是用数字化模型替代对人工经验的需求。上述价值体现在全应科技的核心产品——ADMC热电智能调控系统上。自2018年推出首代系统以来，ADMC技术进行了五次迭代升级。其中，前四代ADMC技术实现了半自动化辅助调控功能，可以为司炉岗、司机岗、调度岗、值长岗等各个岗位的运行人员提供智能看板，让运行人员实时获得由人工智能数字化模型计算出的最优控制参数，再把这些参数手动输入到DCS控制器中。夏建涛介绍，随着服务客户数量的不断增加，热电运行数据也持续增长，数字模型不断学习进步，到了第四代已经可以覆盖热电生产的全部工艺类型和所有主机辅机。但即便如此，前四代ADMC智能调控系统仍需要人工配合输入参数才能实现闭环控制。而全应科技的“野心”是打造一套具有全自动运行能力的热电智能调控系统。“让热电生产过程变成像无人驾驶一样的无人操作场景。”夏建涛说，基于这一目标，全应科技从2022年第四季度开始打磨第五代ADMC技术，最终在2023年6月正式交付给客户。第五代与前四代的核心区别是在高精度数字化模型的基础上叠加了智能控制算法。夏建涛告诉36氪，这套基于数字孪生模型的预测控制算法能替代人工输入，自动把计算机算出的控制参数输出到DCS执行。同时，ADMC系统基于“云/边”协同的工业互联网架构构建，即一边在云端做模型学习和构建，一边在智能边缘端做模型的实时计算和反馈控制。“因此它是一个具有自我学习、自我适应的智能系统，可以对客户热电系统的工况变化、负荷变化和煤质变化进行紧密跟踪和准确控制。”上述特征意味着，叠加了智能控制算法的第五代ADMC系统实现了计算机的自我闭环，对热电系统的控制速度更快、更精准。而从用户的使用情况来看，不管是半自动化的前四代产品还是最新迭代的第五代产品，ADMC热电智能调控系统都对热电生产的痛点有明显改善。夏建涛回忆，陕煤集团下属的一家热电厂是ADMC系统2018年研发成功后首个投运的电厂。尽管初代ADMC只是半自动化调控系统，但仍使该热电厂的系统运行效率大幅提升，每年能够节省数百万元的用煤成本。今年6月份交付的第五代ADMC系统则让客户黑龙江新昊热电厂实现了全厂99.6%的全厂自动化投运率，各项运行指标大幅改善，热电厂运行更安全、更平稳、更高效、更低碳。这意味着对人力的依赖大幅减少。“整个热电厂从原来每班组八个人、每天需要三班四倒的运行模式变成了一个班组只需要一两个人，而且这个人也不需要做任何操作，主要负责在设备跳机或系统异常等情况下做一些设备切换、安全防护工作。”夏建涛介绍道。海宁马桥大都市热电有限公司从2020年起使用全应科技产品，也是首批投用第五代ADMC系统的热电厂，目前全厂整体自动化投运率超过97%以上，锅炉吨煤产气率提升1.2%以上。多炉多机组合复杂、下游日用户超过100家，大都市热电的运行场景颇为复杂多变。该公司副总工程师郑国发感慨，要让这样的复杂场景实现全厂自动运行，需要克服许多技术难点，安全保障也是重要问题。ADMC第五代通过手动/自动无扰切换、通信信号故障处理、运行参数超限处理等安全防控逻辑，让这么复杂的热电厂生产系统实现了安全、平稳、高效地运行。从多方反馈来看，第五代ADMC系统让热电系统运行从智能导航复制模式迈入到智能全自动模式。不过夏建涛坦言，数字化模型精准度、模型自适应、边缘控制算法的计算量，以及超低负荷、设备故障等异常情况的智能化响应处理等方面，ADMC系统仍有迭代进步空间，这也是后续产品研发需要努力的方向。在能源转型及数字技术与实体经济深度融合背景下，电力能源领域的数字化、智能化建设步伐正在加快。据中国电力企业联合会（下称“中电联”）统计，2022年，电力行业主要企业数字化投入为373.3亿元，比上年增长22.3%。技术创新方面，同年电力数字化领域的专利数量、软件著作数量、获奖数也分别较上年增加19.62%、22.4倍和14.83倍。谈及创业初期的经历，夏建涛坦言，人们的观念认知曾是早期在热电领域推广数字化智能化技术的一大瓶颈：“在很多传统热电人眼中，热电的操作逻辑只能靠人工专家来决策、靠自动化系统来执行。”因此，2019年到2020年期间，数字科技的知识普及成为夏建涛面向客户的重点工作。随着客户案例不断增加、应用效果逐步显现，热电行业对数字化、智能化技术的认可度和理解程度也慢慢提升。而随着近年煤炭价格整体高位运行，燃煤电厂成本攀升、经营承压，资金成为客观上制约数字化、智能化技术推广面临的新瓶颈。中电联披露的数据显示，在国内煤价创历史新高的2021年，五大发电集团煤电板块亏损1427亿元，累计亏损面在80%左右。针对这一瓶颈，燃煤成本攀升则意味着燃煤发电企业对通过数字智能技术实现节能降耗有更大的需求。在资金方面，从“中国制造2025”发布以来，国家围绕实体经济数字化转型出台了多项资金支持政策， “双碳”目标提出后，许多省市也出台能源企业面向数字化、智能化改造项目专项补贴政策。为使资金支持更精准落地，相关补贴政策应更加多样化，并对数字化、智能化升级的概念和范围也需做更加清晰的界定。夏建涛提到，“避免所有的技改都去申报数字化、智能化项目补贴，导致真正做数字化升级项目的企业不一定拿到经费补贴。”“先立后破” 背景下，煤电装机短期内仍有增量，但从长期来看，我国煤电机组增量规模逐步收缩是大势所趋，煤电也将逐步从能源供应主力的角色转化为兜底保供、电网调峰调频的辅助性角色。对于面向热电行业提供智能解决方案的全应科技来说，一个难以回避的问题是，当热电智能化、数字化存量市场被逐步消化，更长期的机会在哪里？“燃煤热电厂只是全应科技ADMC技术开拓的第一个方向”，夏建涛介绍，后续全应科技希望用这套技术为垃圾发电、生物质发电等非煤发电过程赋能。更长远的目标则是把ADMC智能调控技术与化工、水泥、冶金等高耗能行业相结合，为更多高能耗流程工业实现智能化专业升级，使其运转更高效、更低碳、更智能。
