工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在能源行業(yè)的應(yīng)用實(shí)踐
能源是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的戰(zhàn)略物質(zhì)基礎(chǔ)，能源行業(yè)的興衰直接影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源不但是國(guó)家經(jīng)濟(jì)命脈的重要行業(yè)之一，更是國(guó)家安全的重要保障。當(dāng)前，世界主要國(guó)家均把能源行業(yè)作為新一輪科技革命的主戰(zhàn)場(chǎng)之一，制定各種政策措施搶占發(fā)展先機(jī)。例如美國(guó)發(fā)布了《全面能源戰(zhàn)略》，日本出臺(tái)了《面向2030年能源環(huán)境創(chuàng)新戰(zhàn)略》、歐盟制訂了《2050能源技術(shù)路線(xiàn)圖》，均旨在通過(guò)新的能源戰(zhàn)略在能源資源競(jìng)爭(zhēng)、能源技術(shù)競(jìng)賽方面搶占發(fā)展制高點(diǎn)。隨著新一代信息技術(shù)的發(fā)展和滲透，能源行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型步伐逐步加快，網(wǎng)絡(luò)化、智能化需求迫切，以工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)為代表的新一代產(chǎn)業(yè)變革在能源領(lǐng)域已廣泛發(fā)生。
一、能源行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的總體發(fā)展情況
能源行業(yè)信息化基礎(chǔ)良好，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)字化能力較為健全，但是對(duì)數(shù)據(jù)的綜合利用能力不高。在底層設(shè)備方面，能源行業(yè)屬于設(shè)備密集行業(yè)，并且高價(jià)值設(shè)備的占比較高，設(shè)備智能化程度較高，大部分設(shè)備數(shù)據(jù)的開(kāi)放較好。在生產(chǎn)方面，目前能源行業(yè)大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)均具備DCS、SCADA、MES等相應(yīng)的控制層軟件或系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)控制數(shù)據(jù)、生產(chǎn)過(guò)程數(shù)據(jù)的采集及獲取。在經(jīng)營(yíng)管理方面，大部分企業(yè)均建立了以ERP為核心的運(yùn)營(yíng)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)的獲取。但是，能源行業(yè)數(shù)據(jù)的集成和分析應(yīng)用水平不高，一是缺乏完善的數(shù)據(jù)管理體系，存在眾多系統(tǒng)數(shù)據(jù)對(duì)接不完善、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)多樣、存儲(chǔ)方式差異大、缺乏數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)等情況，導(dǎo)致整體的數(shù)據(jù)質(zhì)量不高。二是數(shù)據(jù)分析能力薄弱，目前能源化工領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析仍聚焦于簡(jiǎn)單的統(tǒng)計(jì)分析和報(bào)表呈現(xiàn)，對(duì)批處理、流計(jì)算、機(jī)器學(xué)習(xí)等新技術(shù)的應(yīng)用能力不足，導(dǎo)致存量數(shù)據(jù)的價(jià)值難以發(fā)揮。
能源行業(yè)對(duì)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需求迫切，需要工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提升原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理和分析能力，實(shí)現(xiàn)智能化升級(jí)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)能夠?yàn)槟茉葱袠I(yè)智能化升級(jí)提供關(guān)鍵技術(shù)支撐，一是工業(yè)無(wú)線(xiàn)、時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）、IPv6、5G網(wǎng)絡(luò)、低功耗廣域網(wǎng)等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠快速打通能源行業(yè)的信息流，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的匯聚。二是工業(yè)數(shù)據(jù)管理與分析、工業(yè)智能、工業(yè)微服務(wù)等技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)能源數(shù)據(jù)的深度挖掘與應(yīng)用。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)助力能源領(lǐng)域各行業(yè)實(shí)現(xiàn)價(jià)值挖掘和提升，隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷成熟，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備預(yù)測(cè)性維護(hù)、工廠(chǎng)能耗優(yōu)化、企業(yè)智能化管理、產(chǎn)業(yè)鏈協(xié)同管理、安全環(huán)保生產(chǎn)等典型工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用場(chǎng)景在火電、風(fēng)電、核電、石化、光伏等行業(yè)不斷落地，從而幫助能源行業(yè)降低設(shè)備運(yùn)維成本并節(jié)省工廠(chǎng)能耗支出，提高工廠(chǎng)整體管理水平，加強(qiáng)產(chǎn)業(yè)協(xié)作能力和資源調(diào)配，提升安全環(huán)保水平。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)在電力、石化等行業(yè)均有卓有成效的應(yīng)用。
二、電力行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
電力行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要集中在發(fā)電側(cè)設(shè)備運(yùn)維、電廠(chǎng)管理，用電側(cè)用電優(yōu)化等場(chǎng)景。
在設(shè)備資產(chǎn)健康管理，發(fā)電企業(yè)通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)資產(chǎn)的智能運(yùn)維和性能優(yōu)化，通過(guò)對(duì)電力生產(chǎn)中的核心設(shè)備數(shù)據(jù)的采集，并結(jié)合相應(yīng)的環(huán)境數(shù)據(jù)，將回歸分析、聚類(lèi)分析、深度學(xué)習(xí)等數(shù)據(jù)分析技術(shù)與設(shè)備的機(jī)理模型相結(jié)合，可訓(xùn)練出各類(lèi)設(shè)備故障預(yù)警模型，構(gòu)建出能夠基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的設(shè)備運(yùn)維流程，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備故障的提前預(yù)測(cè)和主動(dòng)維修，減少因設(shè)備零部件故障帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失。例如為有效避免設(shè)備停機(jī)造成的巨大損失，能源公司Bord Gáis Energy借助GE Predix平臺(tái)對(duì)資產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行性能管理優(yōu)化，每年產(chǎn)生228萬(wàn)歐元的經(jīng)濟(jì)效益。
電廠(chǎng)管理方面，發(fā)電企業(yè)主要借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)電廠(chǎng)的智能巡檢和安全監(jiān)控，通過(guò)智能穿戴設(shè)備、手持智能終端、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、視頻讀表、開(kāi)關(guān)狀態(tài)識(shí)別、指示燈識(shí)別、三維可視化、全廠(chǎng)無(wú)線(xiàn)等智能設(shè)備和技術(shù)實(shí)現(xiàn)巡檢過(guò)程可視化、巡檢路線(xiàn)預(yù)設(shè)、巡檢數(shù)據(jù)的自動(dòng)記錄、上傳,實(shí)現(xiàn)點(diǎn)檢、巡檢有機(jī)融合，提升巡檢質(zhì)量和實(shí)時(shí)性，減少人工巡檢工作量，杜絕漏檢現(xiàn)象和環(huán)保排放事故。
用電管理方面，用電企業(yè)可借助工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)用電優(yōu)化，節(jié)省電力成本，主要通過(guò)對(duì)企業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)用電數(shù)據(jù)的精細(xì)化采集，并通過(guò)用電數(shù)據(jù)的深度分析，找出企業(yè)用電成本的節(jié)省空間，并基于數(shù)據(jù)分析結(jié)果給出用電優(yōu)化建議，降低企業(yè)能效成本。例如廣東智造能源科技研究有限公司為某陶瓷有限公司三條高壓進(jìn)線(xiàn)分別安裝了數(shù)據(jù)采集裝置，通過(guò)對(duì)采集到的精細(xì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，診斷出該企業(yè)容改需具有約80萬(wàn)/年（占企業(yè)年總用電成本的2%）的節(jié)省空間。并幫助該公司到當(dāng)?shù)毓╇娋稚陥?bào)第三季度最大需量申報(bào)核定值，完成基本電費(fèi)計(jì)費(fèi)方式的變更和需量申報(bào)工作。幫助該公司第三季度累計(jì)節(jié)省基本電費(fèi)18萬(wàn)元，第四季度累計(jì)節(jié)省基本電費(fèi)35萬(wàn)元。
三、石化行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用
石化行業(yè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用主要集中在安全生產(chǎn)、生產(chǎn)管控、大機(jī)組裝備效率優(yōu)化等場(chǎng)景。在安全生產(chǎn)方面，石化企業(yè)通過(guò)工業(yè)互聯(lián)技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能安全監(jiān)控，利用工業(yè)無(wú)線(xiàn)、4G、NB-IoT等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)石化行業(yè)安全相關(guān)信息的全面感知和匯聚，建立包含生產(chǎn)裝置運(yùn)行參數(shù)、廠(chǎng)區(qū)的生產(chǎn)動(dòng)態(tài)信息、人員操作信息等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的信息平臺(tái)，并結(jié)合人臉識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等分析技術(shù)構(gòu)建關(guān)鍵生產(chǎn)裝置、現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)、人員、環(huán)境的全局化監(jiān)控體系，對(duì)異常狀態(tài)和安全風(fēng)險(xiǎn)能夠?qū)崟r(shí)報(bào)警，并通過(guò)數(shù)據(jù)分析結(jié)果支撐現(xiàn)場(chǎng)人員、消防中心的網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同，迅速處理安全隱患，確保石化生產(chǎn)的安全性和連續(xù)性。如中石化建立了貫穿總部、企業(yè)和現(xiàn)場(chǎng)的三級(jí)一體化應(yīng)急平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了重點(diǎn)環(huán)境排放點(diǎn)100%實(shí)時(shí)監(jiān)控與分析，支撐了關(guān)鍵區(qū)域事故模擬分析及搶險(xiǎn)預(yù)演。
生產(chǎn)管控方面，石化企業(yè)通過(guò)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的生產(chǎn)管控一體化，石化行業(yè)生產(chǎn)管控一體化主要通過(guò)數(shù)據(jù)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)企業(yè)資源管理、供應(yīng)鏈管理、制造執(zhí)行系統(tǒng)、先進(jìn)控制系統(tǒng)、分布式控制系統(tǒng)等系統(tǒng)進(jìn)行綜合集成，從而構(gòu)建實(shí)時(shí)感知、及時(shí)響應(yīng)的生產(chǎn)管控一體化平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)企業(yè)從原油選擇、采購(gòu)、生產(chǎn)加工過(guò)程到石化產(chǎn)品出廠(chǎng)全過(guò)程的智能化生產(chǎn)及管理，生產(chǎn)鏈條長(zhǎng)，產(chǎn)品復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化配置和生產(chǎn)控制的協(xié)同優(yōu)化，提升生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品質(zhì)量冗余。例如九江石化通過(guò)建設(shè)煉化一體化全流程優(yōu)化平臺(tái)，對(duì)計(jì)劃、調(diào)度、操作等生產(chǎn)全過(guò)程進(jìn)行優(yōu)化，形成了自上而下、由下到上的協(xié)同生產(chǎn)新模式，實(shí)現(xiàn)員工總數(shù)減少12%、班組數(shù)量減少13%、外操室數(shù)量削減35%。
在裝備的運(yùn)行優(yōu)化方面，石化企業(yè)主要利用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)大機(jī)組裝備的在線(xiàn)運(yùn)行分析優(yōu)化，通過(guò)對(duì)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)、設(shè)備效率數(shù)據(jù)的全面采集和分析，建立設(shè)備性能模型，可進(jìn)行典型設(shè)備的狀態(tài)分析和效能分析；核算設(shè)備實(shí)際效率和能耗，并與設(shè)計(jì)指標(biāo)進(jìn)行偏差分析，找到優(yōu)化方向，提高設(shè)備的利用率，降低運(yùn)營(yíng)成本。恒逸石化對(duì)大機(jī)組裝備做實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的參數(shù)分析，構(gòu)建動(dòng)態(tài)的燃煤優(yōu)化模型，實(shí)時(shí)分析最優(yōu)組合參數(shù)，提升燃煤效率，燃燒鍋爐煤耗量節(jié)省了2.6%。
四、我國(guó)能源領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展思考
我國(guó)能源領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)起步較早，當(dāng)前已經(jīng)開(kāi)展了廣泛應(yīng)用，并取得了良好成效。一方面，火電、風(fēng)電、核電、石化等領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)龍頭企業(yè)加大投入部署實(shí)施工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，其核心資產(chǎn)設(shè)備已逐步實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)管理，并基于數(shù)據(jù)分析實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)能力優(yōu)化和高效運(yùn)維管理。另一方面，近幾年由自動(dòng)化、軟件、系統(tǒng)集成起家的能源互聯(lián)網(wǎng)解決方案供應(yīng)商也大量涌現(xiàn)，能源工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)鏈初步構(gòu)建完善。在工業(yè)和信息化部2018年工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新發(fā)展工程和試點(diǎn)示范評(píng)選中，近20%的優(yōu)秀項(xiàng)目與能源領(lǐng)域有關(guān)，如石化盈科、中油瑞飛分別構(gòu)建了石油化工的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)，華能集團(tuán)、國(guó)網(wǎng)青海電力、特變電工、太極計(jì)算機(jī)等公司在電力領(lǐng)域打造了覆蓋發(fā)電、輸變電和新能源的全生命周期應(yīng)用標(biāo)桿。
但同時(shí)，也應(yīng)看到，我國(guó)能源行業(yè)在發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)仍面臨一系列問(wèn)題，一是產(chǎn)業(yè)力量不足，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、工業(yè)軟件、現(xiàn)場(chǎng)裝備等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的技術(shù)實(shí)力和產(chǎn)品性能仍與國(guó)外先進(jìn)水平有較大差距，同時(shí)缺乏類(lèi)似GE、西門(mén)子等具備綜合解決方案的龍頭供給側(cè)企業(yè)和面向能源領(lǐng)域的特定行業(yè)供應(yīng)商；二是應(yīng)用推廣不足，工業(yè)互聯(lián)前期應(yīng)用部署投入巨大，目前能源領(lǐng)域建設(shè)應(yīng)用的創(chuàng)新探索主要集中在龍頭企業(yè)和特定場(chǎng)景，中小企業(yè)投資能力和意愿不足，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用仍處于點(diǎn)狀發(fā)展?fàn)顟B(tài)；三是安全基礎(chǔ)薄弱，從總體上看，國(guó)內(nèi)能源企業(yè)對(duì)防護(hù)體系建設(shè)和管理的重視程度不夠，更多關(guān)注功能安全，對(duì)信息安全不夠重視，關(guān)乎國(guó)計(jì)民生的電力、石油、化工等行業(yè)均暴露在網(wǎng)絡(luò)威脅下，工控等核心設(shè)備高度依賴(lài)國(guó)外進(jìn)口，整體安全狀況不容樂(lè)觀。
垂直行業(yè)的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用發(fā)展，根本靠技術(shù)創(chuàng)新，關(guān)鍵是產(chǎn)業(yè)供給，動(dòng)力在市場(chǎng)應(yīng)用。下一步，需要從四個(gè)方面強(qiáng)化能源領(lǐng)域的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用：一是強(qiáng)化技術(shù)創(chuàng)新，瞄準(zhǔn)高端芯片、工業(yè)操作系統(tǒng)、工業(yè)軟件、安全防護(hù)等基礎(chǔ)技術(shù)，探索5G、下一代網(wǎng)絡(luò)、邊緣計(jì)算、人工智能、區(qū)塊鏈等前沿技術(shù)，發(fā)展泛在電力物聯(lián)網(wǎng)、能源互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等融合型技術(shù)，鼓勵(lì)能源領(lǐng)域與信息通信領(lǐng)域的深入合作、聯(lián)合攻關(guān)；二是培育產(chǎn)業(yè)力量，鼓勵(lì)有條件的能源企業(yè)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)、平臺(tái)、安全三大體系，努力拓展能源互聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)集成、平臺(tái)服務(wù)、整體解決方案等能力和業(yè)務(wù)，支持由“自用”轉(zhuǎn)向“外供”，不斷提升能源領(lǐng)域工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)供給的質(zhì)量和效益；三是加強(qiáng)應(yīng)用實(shí)施，通過(guò)試點(diǎn)示范、專(zhuān)項(xiàng)、標(biāo)桿工廠(chǎng)等方式，支持能源企業(yè)加快網(wǎng)絡(luò)化、智能化改造，推動(dòng)IPv6商業(yè)化部署，推進(jìn)業(yè)務(wù)系統(tǒng)和工業(yè)設(shè)備上云上平臺(tái)，積極發(fā)展智能化生產(chǎn)、服務(wù)型制造等新模式新業(yè)態(tài)，創(chuàng)新生產(chǎn)方式、組織形式和增值模式；四是完善合作生態(tài)，加強(qiáng)政府部門(mén)間多方聯(lián)動(dòng)，完善跨界合作體制機(jī)制，以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、創(chuàng)新中心、產(chǎn)業(yè)集群等建設(shè)為牽引，加強(qiáng)在相關(guān)產(chǎn)業(yè)政策制定、人才培養(yǎng)、重大科研項(xiàng)目部署、試點(diǎn)示范項(xiàng)目設(shè)置以及各類(lèi)園區(qū)建設(shè)等方面的溝通與合作，確保體系化推進(jìn)。
作者簡(jiǎn)介 中國(guó)信息通信研究院信息化與工業(yè)化融合研究所數(shù)字化轉(zhuǎn)型部副主任 擁有八年以上行業(yè)趨勢(shì)、戰(zhàn)略與業(yè)務(wù)規(guī)劃等領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)，深度參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)指導(dǎo)意見(jiàn)等文件編撰與支撐，從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)體系架構(gòu)、產(chǎn)業(yè)、應(yīng)用等領(lǐng)域研究。 李 南 中國(guó)信息通信研究院信息化與工業(yè)化融合研究所助理工程師
五年以上行業(yè)趨勢(shì)、戰(zhàn)略與業(yè)務(wù)規(guī)劃等領(lǐng)域工作經(jīng)驗(yàn)，深度參與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)相關(guān)文件編撰與支撐，從事工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)大數(shù)據(jù)等領(lǐng)域研究。
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