《实现核电站数字化 反应堆的神经系统之未来智能化篇》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2020-07-13
  • 智能化是当今世界工业的发展趋势,也是我国产业结构优化升级和增强国际竞争力的关键环节。在这样的大背景下,智能化趋势必然会影响核电,推动行业从数字化进一步向智能化迈进。
    什么是智能化仪控系统?
    智能化仪控系统是以人工智能、大数据、物联网、云技术等为基础,由机器替代或辅助人进行分析、判断、决策,具有“智慧”的仪控系统。智能化仪控系统的实现,离不开智能化控制技术、智能控制仪表、物联网、大数据、超级计算等新理论新技术的应用。
    仪控系统智能化的优势
    将以人工智能为代表的新技术融入到仪控系统中,有助于实现核电站数字化和智能化生产运营,促进核电发展进入第四次工业革命的新格局。
    仪控系统的智能化,可以加强核电关键系统和设备的自动运行监控,提高系统、设备的可靠性;有效减少核电站的人员数量,提高核电站运行的可利用率,提高经济性;对人不可达区域通过远程控制进行维修,能有效减少工作人员的受照剂量;为严重事故处理创造技术条件;为核电站退役创造技术条件。
    与模拟技术过渡到数字技术的发展不同,仪控系统的智能化发展使得这个系统再也无法“独善其身”。作为反应堆的神经系统,它把核电站内的不同的设备和系统连结成一个智慧的整体,统筹全局,协调合作。因此,我们未来的发展眼光不应只局限于“仪控系统的智能化”,更应是整个核电工程的全面智能化。
    我国的智能核电工程
    2017年,中核集团在“十三五”重点战略任务中提出“数字核工业”计划,以研发设计数字化、装备制造智能化为建设重点,积极推动人工智能和大数据在核电全体系的应用。
    2018年11月,中国核能电力股份有限公司对外发布设备可靠性管理系统ERDB。大数据寿命预测是ERDB的亮点功能之一,通过对电厂设备各类数据的智能分析,数据的深度学习,可科学准确预测设备的劣化趋势,及时合理地为后续维修策略提供依据。ERDB系统集设备管理的数据、管理、经验为一体,不仅帮助电厂实现设备的智能化健康管理,更为电厂提供了长期的可靠性提升方法与经验。
    在核电关键设备故障诊断与预测方面,中国核动力研究设计院研发的反应堆远程智能诊断平台PRID,使用自主开发的智能诊断分析算法,对关键设备准确、及时开展智能诊断分析,提出运维策略,开创了信息化、一体化、智能化的核电关键设备运维新模式。PRID是全国首个针对核电关键设备的智能运维平台。在前不久举办的中国国际大数据产业博览会上,该平台从千余件案例中脱颖而出,入选2019年“十佳大数据案例”。PRID可以实现群堆状态下的反应堆关键设备智能诊断的可视化展示,支持远程诊断,对于关键设备诊断分析的质量和效率具有显著提高作用。
    此外,人工智能在人因工程上表现可圈可点。在引发核电各种事故的诸多因素中,人因失效是重要方面,将智能技术引入核电人因工程,可以有效提升核电安全运行水平。例如,核电厂先进控制室智能化人机接口系统,可使操作员快速准确获取信息,尽快排除故障,避免事故扩大,降低核电站风险;智能语音控制和语音播报系统,能够降低操作员诊断失误率,防止由于人因失误而带来的风险升级。
    机器人与智能装备也是核工业智能化的重要方向。核电机器人可替代人潜入核电站拍摄传递图像,让人们更真切了解核电站内部真实状况,也可在高辐射区域代替人工开展一些特殊操作。例如,中国科学院自行研制的多功能水下智能检查机器人已先后为中核、中广核等多家单位提供支持。国家863计划“核反应堆专用机器人技术与应用”课题在广西防城港核电基地通过验收,研发出6款核电智能机器人。
    时代大潮中,智能化是产业升级必由之路,核电不会例外。目前而言,核电智能化仍有很多待探索之处。随着我国具备完全自主知识产权的三代核电技术“华龙一号”落地,将推动更多核电相关自主智能装备技术不断涌现。核能应用是一个对安全性、可靠性要求极其苛刻的行业,当务之急是如何确保智能技术满足核安全相关要求。随着人们对智能技术的认知更加深入,相信核工业的智能时代很快就会来临,核能也将在智能技术的“赋能”下再次腾飞!

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  • 《数字化、智能化是解决储能产业发展难题的重要手段》

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    • 编译者:武春亮
    • 发布时间:2023-08-30
    • 数字化、智能化是解决储能产业发展难题的重要手段 . 北极星智能电网在线 ?? 来源:国家电网报 ??作者:陈光 王智敏?? 2023/8/29 16:05:30 ?? 我要投稿 ?? 关键词: 数字技术新型电力系统储能 北极星智能电网在线讯 :当前,我国正积极稳妥推进碳达峰碳中和,加快构建 新型电力系统 。 储能 作为支撑新能源大规模开发利用的重要手段,在辅助电网调峰调频、助力削峰填谷等方面的作用日益彰显,在整个电力系统中发挥重要作用。然而,储能产业的发展面临着成本高、安全风险大、利用率低等问题。大数据、云计算、物联网、人工智能等 数字技术 为解决储能产业发展面临的难点问题提供了解决方案。 储能产业发展面临成本高、安全风险大等难题 成本偏高是储能产业发展面临的最大挑战。储能电站的成本主要由建设成本和运营成本两部分构成。建设成本包括设备成本、建筑成本、土地成本等,运营成本包括运维成本、人工成本、充电成本等。其中,设备成本中的电池成本和运营成本中的运维成本是大头。新能源产业的爆发式增长增加了原材料的供应压力,推高了电池价格。而电池成本占据了储能电站成本的一半以上,导致储能电站的建设成本攀升。同时,很多储能电站采用人工巡检和运维模式,相关的运维成本占储能电站总成本的30%以上。 安全问题是影响储能产业发展的又一个关键因素。近年来,全球发生多起储能电池爆炸起火事件。随着储能装机规模的扩大、电池单体数量的增加以及共享储能、云储能等新型储能形态的出现,储能产业面临的安全问题和挑战更多,安全管理水平需进一步提升。 目前,储能系统的整体利用程度偏低。根据中电联2022年发布的《新能源配储能运行情况调研报告》,我国电化学储能项目的平均等效利用系数为12.2%。其中,新能源配储能利用系数仅为6.1%,火电厂配储能利用系数为15.3%,电网侧储能利用系数为14.8%,用户侧储能利用系数为28.3%。 数字化、智能化是解决储能产业发展难题的重要手段 现有的储能系统本质上属于模拟系统,通过引入大数据、云计算、物联网、人工智能等数字技术,能够实现能量流与信息流的融合,为解决储能产业发展面临的难点问题提供解决方案。 利用数字技术可降低储能系统成本。通过建立电池的可重构网络,储能系统能够实现对电池的柔性和精细化控制,提升有效容量,延长循环寿命,大幅降低电池成本。依托云计算、区块链等数字技术,用户可随时、随地、按需使用集中式或分布式共享储能资源,按照使用需求支付服务费,共同分担储能设备的投资、安装、维护等方面成本,从而降低每个用户的相关费用支出和社会的整体资源投入。在运维方面,大数据、人工智能等数字技术可助力将传统的人工运维模式升级为智能运维模式。一旦发生故障,运维人员可第一时间通过线上操作完成故障电池模组的检测和单独隔离,无须人工巡检或系统全部停机,降低运维成本。 利用数字技术可提高储能系统安全防护水平。数字化的储能系统可以通过电池的可控并联来降低热损耗,通过电芯间的动态重组来防止热堆积,降低电池故障发生概率;一旦发生故障,通过控制可重构电池网络开关的通断实现电池的毫秒级拓扑重构和微秒级故障精准隔离,避免电池出现热失控,提升储能系统的安全水平。建设数据采集系统,准确采集电池的电压、电流、电阻等数据和电站的运行数据,可增强储能系统的感知能力。建设电池管理系统,存储、处理和分析电池数据,并结合人工智能技术评估电池的健康状态、一致性状态、荷电状态以及剩余寿命等情况,在此基础上开展电站和设备的状态分析、预警,可有效提升安全防护水平。 利用数字技术可提升储能系统整体利用效率。2014年,清华大学能源互联网创新研究院能源战略与运筹研究中心提出了“云储能”的概念。2018年,国网青海省电力公司提出了“共享储能”的概念。目前,相关模式已在多个地区推广应用。区块链等数字技术是支撑“共享储能”“云储能”等新模式的底层技术,可将零散的储能资源整合在一起,实现储能资源的跨时空共享、复用,助力盘活闲散的储能资源,提升储能设备的利用率。 数据采集系统和电池管理系统可高效采集数据,增强数据的存储、计算、分析能力,实现智能诊断等功能。以物联网、区块链等为“技术底座”,借助“云-边-端”物联网架构建设储能云平台,可实现储能系统的大规模协同管理,提升响应速度,确保储能系统处于最佳运行状态。同时,依托数字技术可优化储能电站散热管理、功率分配等功能,降低储能电站的自身能耗和电能的二次损耗,提升运行效率。 加快推进储能产业数字化、智能化发展需多方协作 我国储能产业目前的数字化、智能化整体水平还比较低。加快推进储能产业数字化、智能化发展,需要多方协作、共同发力。 在理论层面,学术界需加强储能产业数字化、智能化相关基础理论研究和机理分析,针对电池基础数据采集精度提升、信息能量同频处理、数字化储能交易机制与运营模式等问题开展攻关。 在政策层面,政府部门需出台针对性更强、更加细化的鼓励政策,以示范项目、优惠政策等方式支持储能产业数字化、智能化发展。积极推广数字化储能电站、智能运维、“共享储能”、“云储能”等新模式。 在市场层面,相关企业需积极探索各类数字技术在储能领域的应用场景,解决数据不联通、标准不统一导致的“信息孤岛”等问题,建设具备多种功能的数字化储能管理平台,打造智能化、全场景、体系化的服务,为各类用户提供“一站式”定制服务。 (作者单位:国网能源研究院有限公司) 原标题:用数字技术推动储能产业发展 分享到: 点击查看更多精彩资讯 北极星投稿热线:陈女士 13693626116 邮箱:chenchen#bjxmail.com(请将#换成@) 特别声明:北极星转载其他网站内容,出于传递更多信息而非盈利之目的,同时并不代表赞成其观点或证实其描述,内容仅供参考。版权归原作者所有,若有侵权,请联系我们删除。 凡来源注明北极星网的内容为北极星原创,转载需获授权。 .
  • 《智能化技术引领油气行业未来》

    • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
    • 编译者:guokm
    • 发布时间:2019-09-03
    • 当前国际油价仍处于相对低位,而油气开发向深海深层非常规进军,开发难度加大,成本增加,技术创新无疑是降本增效的利器。8月27日至28日,2019贝克休斯(中国)智能化油田服务博览会在北京举行,展示了贝克休斯从油藏评价、钻井到完井、生产全产业链共16种新型技术产品。与会专家从油服的角度分析了当前油气开发面临的各种挑战,提出了应对这些挑战的技术解决方案,揭示了油气开发技术发展的新趋势。 油气开发面临哪些难题 油气行业技术的发展必须坚持问题导向,才能有针对性解决油气生产实际问题。深海深层非常规油气藏由于地质、地理环境等因素,在勘探、钻井、完井、开发全过程面临更加复杂的难题。 非常规油气藏地层条件往往更为复杂,例如我国四川地区地层复杂多变,易出现垮塌风险,易产生震动,硅质含量高;新疆玛湖地区地层复杂多变,微裂缝、断层发育,地层研磨性强,有浊沸石分布。 复杂的地质条件给钻井带来一系列风险与难题。如可钻性差,钻井液滤失风险加大,容易发生卡钻等复杂情况,机械钻速低,进而增加非生产时间。恶劣的地质条件还对钻头提出了苛刻的要求,钻头需要更加坚硬耐磨,耐高温高压,打定向井时准确导向难度加大,同时钻头的适用范围要更广,例如在极硬地层和夹层频繁的地层都需要有良好的表现。 非常规油藏一般具有低孔隙度、低渗透率、严重的非均质性等特点,自然产能很低甚至无自然产能,往往需要钻水平井,并进行压裂改造,套管尺寸更小、磅级更大。由此带来产量快速下降、气体处理(段塞)、固体处理、大位移、严重的狗腿度和套管尺寸限制等诸多问题。非常规储层还面临地质不确定性风险,例如断层。 目前存在哪些新型技术 为应对油气开发尤其是非常规开发面临的难题,油气行业不断研发新技术,实现降本增效。从开发过程看,目前新技术可分为油藏评价技术、钻井技术、完井技术和生产技术四大类。 油藏评价代表性技术有高精度全三维压裂模拟技术和远程测井技术。高精度全三维压裂模拟技术能整合所有不同类别的数据,包括三维地震及构造数据、测井数据、地质力学数据、完井及生产数据等,它在优化压裂设计、提高生产井压裂效果以及指导大型压裂施工等方面发挥重要作用。远程测井系统突破了地域限制,实现了测井现场和远程专家系统之间数据的实时传输,有助于测井公司实现快速决策,有效处理紧急事件,大大提高作业效率和质量。 新型钻井类技术主要有定向钻井技术(关键是导向技术)、尖端钻头技术和先进的钻井液技术。定向钻井成功的三要素是精准的井筒定位、卓越的井筒质量和快速可靠的工具表现,而新型尾管导向系统和旋转导向系统能实现连续精准的导向,帮助井筒精确定位。 尖端钻头的代表是狮虎兽钻头,已经发展到第五代,第五代狮虎兽钻头具有先进的切削结构,可提高机械速和钻头可靠性,同时通过先期的软件模拟确保提供优秀的定向控制能力,它还优化密封材料和结构,延长钻头使用寿命。公开数据显示,狮虎兽钻头创造单趟最长进尺的新纪录,平均进尺提高40%,机械钻速提高43 %,轴承寿命提高35 %,节约钻井成本59万美元。 钻井液被喻为为钻井的血液,新型钻井液技术可有效应对压差卡钻、井壁失稳、流体漏失等多种问题,其中有代表性的是先进的桥堵技术,合成石墨在压力条件下桥堵更大的孔喉通道,可变形封堵聚合物成膜喉道。该技术在我国长宁页岩气区块首次现场应用降低90%漏失量。 最新的先进分支井完井技术帮助油气田降本增效。分支井有增加单井产能、油藏动用率最大、优化地表工程或井槽需求、减少设备资产以及运营资本的投入、减少对自然环境的影响等诸多优点。体现这一技术的主要是壁挂式悬挂系统、和多级压裂分支井完井系统。 生产技术主要包括压裂技术和人工举升技术。水平井分段压裂技术的关键在于桥塞,主要分为快钻桥塞和可溶桥塞两类。新型桥塞有鱼雷桥塞、轻质合金桥塞和幽灵全可溶桥塞,分别为复合桥塞、快钻桥塞和全可溶桥塞。其中,幽灵全可溶桥塞在矿化水和温度条件下溶解,无需井筒干预,可以下至连油不能达到的超长水平井内,使用过程中无硬质金属材料或者陶瓷残留在井筒内。 人工举升技术的关键在于泵。新款电潜泵专门为非常规研油气藏研发,可提高系统的操作灵活性和性能,是可靠高性能的宽幅泵。在动态条件下,该泵技术通过延长系统正常运行时间和增大生产压差来提高生产率和最终储层恢复。可减少气体干扰,提高生产和资产使用价值,稳定生产,减少停机时间,同时降低运行成本、提高系统的可靠性。 未来技术发展路在何方 目前的技术解决的问题有限,要破解油气行业的难点,油气行业技术向着数字化和智能化发展。此次博览会的主题和名称都强调了“智”字,展品中的智能随钻扩眼器和抽油机智能控制系统也说明技术智能化的发展方向。 8月22日,中国石油集团经济技术研究院在最新发布的《世界与中国能源展望》(2019版)报告中专门设置了智能互联情景并预测该情境下,我国能源产业将向更加高效、绿色、低碳方向转型,在新技术的支持下,油气开采收率将得到提升,同时开采成本将下降。 数字化、智能化技术对油气行业的影响更不可小觑。以数字化、智能化和纳米技术为主要特征的第五次油气生产技术革命正在来临。这些新型信息化技术在油气生产领域大规模快速扩散应用,将大幅提升油气开采效率、降低开采成本。 谈到我国油气行业数字化、智能化技术的应用现状,中国石油经济技术研究院副院长姜学峰表示:“目前我国油气行业的信息化处于较高级阶段,数字化技术已经起步,但距离真正的智能化还相差很远。在油藏模拟分析、钻井工程以及炼厂运营管理方面我们已经开始探索应用智能化技术,未来的发展潜力巨大。” 根据中国石油集团经济技术研究院的预测,到2020年,数字化和智能化技术开始在全球油气生产领域规模化商业应用; 2025年前后,在全球油气生产领域大规模推广;2030年后,将得到全面应用。数字化和智能化技术在油气生产领域的应用可以提高油气采收率20%以上,而成本可以下降20%以上。这将大大增加全球油气资源量,提升油气竞争力。