能源一向是世界經(jīng)濟(jì)的重要話(huà)題。自今年以來(lái),歐佩克達(dá)成減產(chǎn)協(xié)議,美國(guó)對(duì)委內(nèi)瑞拉持續(xù)施壓,伊朗遭遇“禁油令”,俄羅斯財(cái)政部也宣布將石油出口稅自6月1日起上調(diào)5.8美元,能源表現(xiàn)出越來(lái)越貴的態(tài)勢(shì)。 然而在中國(guó),一場(chǎng)另辟蹊徑的能源利用創(chuàng)新卻正在悄悄進(jìn)行……

首先,我們來(lái)做一道數(shù)學(xué)題:

2017,中國(guó)用掉了近6.3萬(wàn)億度電,

其中約4萬(wàn)億度電來(lái)自燃煤發(fā)電,

為此中國(guó)每年都要燒掉17億噸煤。

全國(guó)有超過(guò)1000家火電廠(chǎng),

如果把這些火電廠(chǎng)的鍋爐熱效率提升,

一年可以節(jié)省多少煤?

可以給子孫后代多發(fā)多少度電?

現(xiàn)在,人工智能已經(jīng)告訴我們答案。

2019年3月14日,國(guó)家能源集團(tuán)南寧電廠(chǎng)的集控室里來(lái)了很多人,有前來(lái)驗(yàn)收項(xiàng)目成果的專(zhuān)家鑒定組,有北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司和國(guó)電廣西公司的領(lǐng)導(dǎo),南寧電廠(chǎng)的多位領(lǐng)導(dǎo)及專(zhuān)工,還有心情緊張的京東數(shù)字科技Alpha電項(xiàng)目組成員們……

在專(zhuān)家的見(jiàn)證下,電廠(chǎng)集控室操作人員按照京東數(shù)字科技Alpha電算法的推薦值進(jìn)行操作,一段時(shí)間后,鍋爐熱效率有所提高。

鑒定組的一位專(zhuān)家表示結(jié)果超出了預(yù)期,建議向全國(guó)范圍內(nèi)推廣。

不能小看這0.3%-0.5%的提升,這是在火力發(fā)電技術(shù)高度成熟的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的新提升。0.5%的效率提升可以幫助一臺(tái)60萬(wàn)千瓦火電機(jī)組一年節(jié)省燃煤3600噸,如果全國(guó)推廣,每年可以為國(guó)家節(jié)約70億元 的燃煤消耗和污染治理費(fèi)。

站在一旁的京東數(shù)字科技Alpha電項(xiàng)目組產(chǎn)品經(jīng)理亮亮抑制不住內(nèi)心的激動(dòng),腦海中浮現(xiàn)著過(guò)去一年:往返北京廣西多次的漫長(zhǎng)路途,無(wú)數(shù)次客戶(hù)需求的溝通,在南寧電廠(chǎng)一天16小時(shí)的值守,從零開(kāi)始搭建的算法模型……

火力發(fā)電是我國(guó)主要的電力來(lái)源。

前無(wú)古人的試驗(yàn):他們想用AI改造發(fā)電

在我國(guó),火力發(fā)電量占據(jù)總發(fā)電量的70%以上,如何用更少的煤,發(fā)更多的電,同時(shí)排放更少的污染物,實(shí)現(xiàn)火力發(fā)電效率的優(yōu)化,是電力行業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)的需求。

但這件事,很少有人用大數(shù)據(jù)和人工智能的方法去做,誰(shuí)也不知道這套系統(tǒng)怎么設(shè)計(jì),更何況,在已經(jīng)十分成熟的發(fā)電控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上做到優(yōu)化,是一個(gè)令人撓頭的問(wèn)題。

“無(wú)論如何,咱們得先理解火力發(fā)電的原理不是?”Alpha電項(xiàng)目組團(tuán)隊(duì)在南寧電廠(chǎng)蹲了兩個(gè)月,每天住在電廠(chǎng)宿舍里,一出門(mén)就是煙囪,條件很艱苦。

“一天要和電廠(chǎng)不同部門(mén)、不同職能的10多個(gè)工作人員溝通”,亮亮說(shuō),他們嘴里說(shuō)的都是磨煤機(jī)、鍋爐、閥門(mén)這些專(zhuān)業(yè)用語(yǔ),我們需要翻譯成算法工程師能聽(tīng)得懂的話(huà),方便他們了解行業(yè),建立模型。

Alpha電項(xiàng)目組和京東數(shù)字科技副總裁、京東城市總裁鄭宇反復(fù)討論,結(jié)論是可不可以借助大數(shù)據(jù)和AI控制鍋爐運(yùn)行操作,進(jìn)一步精細(xì)化燃煤發(fā)電的燃燒過(guò)程?根據(jù)鍋爐工況,送入合適的煤、風(fēng),讓鍋爐自動(dòng)調(diào)節(jié)溫度和狀態(tài),實(shí)現(xiàn)提高運(yùn)行效率、降低污染排放。

這種方法,真的是前無(wú)古人,每個(gè)人心里其實(shí)都在打鼓。

“沒(méi)想到,鍋爐優(yōu)化問(wèn)題比Alpha Go圍棋問(wèn)題還復(fù)雜”

與AlphaGo解決的圍棋問(wèn)題相比,火電燃燒優(yōu)化問(wèn)題更難。AlphaGo解決的圍棋問(wèn)題中涉及優(yōu)化361個(gè)離散變量(白子、黑子、無(wú)子三個(gè)狀態(tài)),然而火電鍋爐燃燒優(yōu)化問(wèn)題中涉及上百個(gè)風(fēng)門(mén)閥門(mén)的開(kāi)度控制,例如某個(gè)閥門(mén)開(kāi)度20%和開(kāi)度22%都可能對(duì)機(jī)組運(yùn)行帶來(lái)非常不同的影響。

再加上鍋爐不停運(yùn)轉(zhuǎn)磨損,運(yùn)行一段時(shí)間的鍋爐和之前的狀態(tài)也不一樣,數(shù)據(jù)也就不一樣。如何在連續(xù)變量存在的情況下,精準(zhǔn)控制鍋爐運(yùn)行,這是一大難點(diǎn)。

另一個(gè)難點(diǎn),就是數(shù)據(jù)。

“Alpha Go在做第一版的時(shí)候,買(mǎi)了上千萬(wàn)的棋譜來(lái)學(xué)習(xí),數(shù)據(jù)量十分龐大,模型可以在這些數(shù)據(jù)中得到很好的訓(xùn)練。但我們只能從電廠(chǎng)拿到兩年的數(shù)據(jù),有些數(shù)據(jù)因?yàn)闄C(jī)組停機(jī)還無(wú)法使用”,Alpha電項(xiàng)目組組長(zhǎng)仙園介紹說(shuō)。

鍋爐發(fā)電的狀態(tài)監(jiān)測(cè)點(diǎn)有數(shù)千個(gè),主要控制變量有上百個(gè),如何用僅兩年的參考數(shù)據(jù)來(lái)制定復(fù)雜的算法優(yōu)化方案?需要根據(jù)真實(shí)數(shù)據(jù)構(gòu)建鍋爐燃燒模擬環(huán)境,不斷優(yōu)化。

電廠(chǎng)系統(tǒng)的專(zhuān)業(yè)度比較高,數(shù)據(jù)量非常大,有時(shí)候?qū)С鋈繑?shù)據(jù)甚至需要花費(fèi)數(shù)周時(shí)間,必要的時(shí)候甚至要請(qǐng)電力領(lǐng)域的技術(shù)專(zhuān)家來(lái)幫忙。

幾個(gè)月時(shí)間,數(shù)據(jù)終于完成了標(biāo)準(zhǔn)化和業(yè)務(wù)邏輯的梳理,接下來(lái),就是模型搭建、反復(fù)改進(jìn)測(cè)試的階段,這個(gè)階段是最艱苦的。因?yàn)殄仩t是一個(gè)特種設(shè)備,里面有各種各樣的安全限制條件,不是說(shuō)下圍棋,一個(gè)人下就行了,大不了輸了,鍋爐有大量超溫超壓等安全限制條件。

亮亮對(duì)這段經(jīng)歷依然記憶猶新,在系統(tǒng)試驗(yàn)階段,電廠(chǎng)的員工24小時(shí)3班倒,8小時(shí)換一批崗。京東數(shù)字科技的技術(shù)人員跟蹤調(diào)試,每天跟兩個(gè)班,16小時(shí)扎在集控室里。

“電廠(chǎng)是要24小時(shí)正常發(fā)電的,不能影響人們的正常生活”,仙園說(shuō),為了測(cè)試不同發(fā)電負(fù)荷的模型運(yùn)行情況,我們經(jīng)常下午6點(diǎn)以后開(kāi)始測(cè)試,測(cè)到夜里十二點(diǎn),發(fā)現(xiàn)了一個(gè)問(wèn)題,現(xiàn)場(chǎng)和公司研發(fā)端的同事就要熬夜改,用最快的速度解決問(wèn)題。

路阻且長(zhǎng),“進(jìn)一步有一步的歡喜“

“你如果不去深度了解一個(gè)行業(yè),不去了解客戶(hù)的需求,搞一個(gè)簡(jiǎn)單的人工智能算法是根本解決不了問(wèn)題的。我們花了一年多的時(shí)間深扎火力發(fā)電行業(yè),就是為了將技術(shù)與行業(yè)做到最大程度的融合,幫助能源行業(yè)降低成本,增加效率”,鄭宇表示。

Alpha電項(xiàng)目成功之后,申請(qǐng)了三項(xiàng)國(guó)家專(zhuān)利,還在2018年的中國(guó)人工智能峰會(huì)上獲得了創(chuàng)新獎(jiǎng),京東數(shù)字科技因此獎(jiǎng)勵(lì)了項(xiàng)目組的每一位成員。

南寧電廠(chǎng)驗(yàn)收成功只是一個(gè)開(kāi)始,如今,Alpha電項(xiàng)目組已經(jīng)開(kāi)始研發(fā)適用于更多鍋爐爐型的優(yōu)化模型。

“這并不是一個(gè)復(fù)制粘貼的過(guò)程,因?yàn)槊恳粋€(gè)電廠(chǎng)的鍋爐構(gòu)造都有不同“,亮亮說(shuō),拿磨煤機(jī)這件事來(lái)說(shuō),有的是“糖炒栗子”模式,用鋼球磨煤機(jī)把煤磨成粉送進(jìn)鍋爐,還有的是輥式磨煤機(jī),以“石磨面粉”的方式將煤粉碎。與此同時(shí),鍋爐內(nèi)部的燃燒方式也大有不同? 。如果在更多的電廠(chǎng)驗(yàn)證成功, AI火力發(fā)電的算法就可以充分證明其可復(fù)制性。

“也有很累很累到堅(jiān)持不下去的時(shí)候”,仙園說(shuō),但節(jié)能降耗,是電力行業(yè)造福千秋萬(wàn)代的愿景。我們走到產(chǎn)業(yè)中去,讓科技的力量發(fā)揮在最需要的地方,換來(lái)的一定是天藍(lán)水清的美好世界。離產(chǎn)業(yè)近一點(diǎn),再近一點(diǎn),讓產(chǎn)業(yè)的發(fā)展更加數(shù)字化、智能化,這是一家數(shù)字科技公司永遠(yuǎn)應(yīng)該保持的初心。

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