基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)技術(shù)的火力發(fā)電鍋爐燃燒優(yōu)化案例
一、項(xiàng)目背景
目前，火力發(fā)電依舊是中國(guó)的主要發(fā)電形式，占中國(guó)總發(fā)電量70%以上，而中國(guó)每年消費(fèi)的35億多噸煤炭中有近半數(shù)用于火力發(fā)電行業(yè)。目前我國(guó)火電機(jī)組的運(yùn)行控制方面仍然嚴(yán)重依賴運(yùn)行人員操作經(jīng)驗(yàn)，系統(tǒng)僅能達(dá)到半自動(dòng)化的調(diào)整，存在巨大的控制優(yōu)化空間。
對(duì)此，京東集團(tuán)以大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等時(shí)代前沿技術(shù)為基礎(chǔ)，建立并發(fā)展起核心的數(shù)字化風(fēng)險(xiǎn)管理能力、用戶運(yùn)營(yíng)能力、產(chǎn)業(yè)理解能力和B2B2C模式的企業(yè)服務(wù)能力。依托京東在人工智能及大數(shù)據(jù)方面豐富的技術(shù)能力與儲(chǔ)備，創(chuàng)新性地提出了基于AI技術(shù)的火電機(jī)組的控制方法，打造了“AI+火力發(fā)電”鍋爐燃燒優(yōu)化系統(tǒng)，開(kāi)創(chuàng)了AI技術(shù)在電廠鍋爐領(lǐng)域應(yīng)用的先例。
二、項(xiàng)目實(shí)施
1.總體實(shí)施思路與架構(gòu)
火力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)高度復(fù)雜，內(nèi)部反應(yīng)復(fù)雜多變，運(yùn)行調(diào)整可控變量眾多。如何使用人工智能算法動(dòng)態(tài)的去優(yōu)化各種閥門調(diào)控、送水、送風(fēng)，是一個(gè)世界性的難題。京東依托其在物聯(lián)網(wǎng)、人工智能及大數(shù)據(jù)能力，針對(duì)火電機(jī)組燃燒優(yōu)化的需要和傳統(tǒng)建模優(yōu)化方法的不足，由專業(yè)的AI團(tuán)隊(duì)研發(fā)基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的火力發(fā)電鍋爐燃燒優(yōu)化模型，將火電鍋爐的燃燒物理過(guò)程結(jié)構(gòu)化建模嵌入到AI模型中，利用海量的鍋爐真實(shí)運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)及AI技術(shù)優(yōu)化提升電廠的智能化運(yùn)行水平。
2.應(yīng)用場(chǎng)景與技術(shù)方案
通過(guò)挖掘電廠海量歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)基于深度學(xué)習(xí)的火電燃燒模擬器和基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的火力發(fā)電優(yōu)化模型，將燃燒物理過(guò)程結(jié)構(gòu)化建模嵌入到AI模型中，解決了復(fù)雜帶安全約束系統(tǒng)中高維連續(xù)控制變量?jī)?yōu)化的難題。此優(yōu)化模型已完成產(chǎn)品化設(shè)計(jì)，可通過(guò)直觀的交互式界面，對(duì)操作人員提供各個(gè)控制參數(shù)的優(yōu)化指導(dǎo)意見(jiàn)，輔助提升燃燒效率。整個(gè)系統(tǒng)針對(duì)火電機(jī)組的磨煤制粉系統(tǒng)及鍋爐燃燒、風(fēng)煙、水汽系統(tǒng)進(jìn)行全局性優(yōu)化，算法框架分為三個(gè)主要部分：
（1）磨煤機(jī)控制優(yōu)化，對(duì)磨煤制粉系統(tǒng)進(jìn)行從給煤量到閥門控制進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)控；
（2）鍋爐燃燒過(guò)程建模，構(gòu)建燃燒系統(tǒng)仿真模擬器；
（3）基于深度強(qiáng)化學(xué)習(xí)的鍋爐燃燒控制優(yōu)化，在滿足安全約束的同時(shí)，對(duì)鍋爐燃燒控制策略進(jìn)行尋優(yōu)。
三、實(shí)施效果
鍋爐燃燒優(yōu)化控制指導(dǎo)系統(tǒng)已在國(guó)電南寧電廠、國(guó)電廊坊電廠等電廠成功落地，實(shí)現(xiàn)鍋爐熱效率提升0.5%以上。按效率提升量測(cè)算，60萬(wàn)千瓦鍋爐提升0.5%的燃燒效率，可協(xié)助電廠減少度電1.5g煤耗，可每年可節(jié)省價(jià)值288萬(wàn)元的煤炭。目前，京東AI火力發(fā)電能源優(yōu)化技術(shù)已有十篇專利局受理專利，并獲得五項(xiàng)軟件著作權(quán)。此外，該技術(shù)榮獲2018年中國(guó)人工智能峰會(huì)（CAIS 2018）創(chuàng)新獎(jiǎng)并入選機(jī)器之星2019年三十大最佳AI應(yīng)用案例。與此同時(shí)，該火力發(fā)電AI優(yōu)化控制指導(dǎo)系統(tǒng)憑借其為低碳城市帶來(lái)的巨大減排潛力，引起社會(huì)的廣泛關(guān)注，先后獲得人民網(wǎng)、中國(guó)經(jīng)濟(jì)網(wǎng)、金融時(shí)報(bào)、中國(guó)青年報(bào)等十多家媒體報(bào)道。目前，京東集團(tuán)面向全國(guó)2000多家電廠推廣AI火力發(fā)電優(yōu)化技術(shù)，預(yù)計(jì)每年可為國(guó)家節(jié)省630萬(wàn)噸、價(jià)值50億元的煤炭，幫助減少160-210萬(wàn)噸二氧化碳排放，節(jié)約15億元的環(huán)境污染治理成本，為我國(guó)電力行業(yè)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益。
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