双碳目标下，数字孪生如何“盘活”火力发电？-技术圈

来源：Hightopo

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导读

随着双碳政策的推行，在国家清洁能源消纳和环保的需求下，对火电厂在深度调峰、超低排放、灵活运行等方面提出了更高要求。对于火力发电而言，数字化转型迫在眉睫。

火力发电厂满足了全世界将近五成的电力需求，在我国超过半数以上的电力来源于火力发电。随着双碳政策的推行，在国家清洁能源消纳和环保的需求下，对火电厂在深度调峰、超低排放、灵活运行等方面提出了更高要求。与此同时，生产安全、安防监控也是工业领域的重中之重。传统的管理模式迫切需要转型，向智能化、数字化、安全化、绿色化的智慧电厂方向发展。

通过 HT 可视化技术数字孪生正在运行的火力发电厂，搭建数字化运营平台，对发电厂进行工厂式精细化的数字化管理，提升企业对整个发电厂业务进行数字化管理能力。

效果展示

HT 支持多种方式的模型渲染，采用轻量化三维建模技术，数字孪生火电厂 1：1 高仿真模拟，以三维场景为基础，2D 数据面板为辅，数字化展现火电厂各区域的建设、运行情况、安全配备、周边动态环境等情况。同样支持导入 IFC 格式的 BIM 模型文件生成场景，支持渲染 3D Tiles 格式的倾斜摄影模型文件。通过 HT 实现可交互式的 Web 三维场景，可进行缩放、平移、旋转，场景内各设备可以响应交互事件。

HT 三维可视化技术采用 B/S 架构，用户可通过 PC 、 PAD 或是智能手机，只要打开浏览器可随时随地访问三维可视化系统，实现远程监查和管控。通过 B/S 架构与模型轻量相结合， HT 三维可视化技术首先在一定程度上减轻了用户对于采购高性能硬件费用的压力，其次打破了以往用户在监控室内进行管理的管理场景的局限性。

智慧生产

案例以某沿海燃煤发电厂为原型，配置了 4×660MW 超临界燃煤发电机组。通过结合数据传输技术，将厂区运行信息、以及现场重点设备运行情况等信息在场景中实时展现，让厂区运维人员通过 HT 可视化大屏实时监控厂区生产信息，全面高效管理。

大屏左侧厂区信息面板展示了本项目主要信息，包括：厂区信息、经营信息。其中经营信息可以查看实时的成本、收入、利润动态趋势图。

右侧展现安全生产天数，记录了厂区安全投产累计时间。设备运行效率与生产信息共同监控着锅炉与汽轮发电机组实时的运行效率与运行参数。

通过点击底部智慧生产功能，运用动画效果模拟火电厂的生产流程场景，直观展示了以煤的运输、存储、输送、燃烧、发电的一系列生产过程，配以文字说明与其主要特性，具有科技感的逼真视觉效果让用户清晰了解智慧火电厂的运作。

HT 可视化增加了无人机漫游视角以及第一人称视角的动画效果呈现，向用户展示更加透明直观的智慧火电厂全场景。

“智慧生产”是智能电网在生产领域的具体体现。通过图扑软件可视化平台将火电厂、设备机器、人员等信息集成展现，打造全面感知、全面覆盖、全面可视、全面可控的智慧工厂管理系统。为建设“安全、可靠、绿色、高效”电网，全面提质增效打下坚实基础。

智慧安防人员定位

本案例基于 UWB 定位基站或其他定位硬件基础，在三维场景中实现厂内员工实时定位可视化功能。在集控中心部署可视化管理系统，管理人员可以实时监控厂区在岗人员的位置，通过场景交互可以直观地查看员工信息、联系方式、行动轨迹等数据。

工作人员随身携带的定位卡装置，可人为操作发出 SOS 报警信息。现场人员如遇到危险情况，信息会第一时间反馈在安防界面的报警记录中，集控中心工作人员收到呼救信息即可第一时间相应。

人员快捷导航功能支持查询和定位所有在线人员，也可浏览离线人员名单，帮助管理者快速查找。

人员定位功能一方面有助于现场人员的调动指挥，加强全局管理；另一方面有助于监控员工的行为轨迹和安全信息，加强安全管理。补足了厂区现有系统的薄弱环节和存在的威胁，提高企业运行决策的及时性和准确性，提升企业的智能化水平和运行效率，为企业安全稳定运行提供有力保障。

电子围栏

电子围栏是目前较为先进的周界防护报警系统，电子围栏主机采用了先进的“阻挡为主，报警为辅”的周界安防理念，集“威慑、阻挡、报警、安全”于一身。围栏通常分为永久性围栏和临时性围栏，永久性围栏在火电厂项目中一般出现在汽轮机、变压器、升压站等区域；临时性围栏往往出现在厂区内临时施工或者“两票”维修区。

企业可根据生产情况自由设置报警类型，例如串岗、滞留、超员、缺员、闯入、静置超时等报警类型。基于 HT for Web 轻量化场景建模以及人员定位功能的支持，未经两票授权的人员一旦涉足围栏区域，报警信息将会展示在围栏违规记录中并可供查询，从而保障了工作人员的安全。

智能监控

厂区三维场景中，在室内和室外设置了视频监控点位，以明显的图标展示其位置。本案例采用的是支持识别人员行为的监控设备，可对安全帽穿戴、工作服着装、接打电话等违规行为进行捕捉与告警，并记录在摄像头报警记录中。存在报警信息的监控点位会出现明显的告警效果，支持管理者及时点击查看实时监控影像以及抓拍记录。集成各类子系统的设备告警信息，在可视化系统中展示所有的告警信息。

相比于传统的二维监控系统，三维场景的界面展现更加直观、简单，便于监控人员识别异常信息，提高监控效率。用户通过三维场景，对厂区的摄像头位置分布一目了然。亦可通过新兴视频融合技术，将视频无缝嵌入到场景中，真实还原场景实景。

工艺流程

火力发电厂简称火电厂，是利用可燃物（例如煤）作为燃料生产电能的工厂。它的基本生产过程是：燃料在燃烧时使水生成蒸汽，将燃料的化学能转变成热能，蒸汽压力推动汽轮机旋转，热能转换成机械能，然后汽轮机带动发电机旋转，将机械能转变成电能。

采用三维组态的简化方式实现电厂关键工艺流程上的设备连接，一方面可监控重要设备的运行信息；另一方面，用一条直观的直线流程展示出燃煤发电厂的主要发电工艺：输煤栈桥→筛煤机→碎煤机→输煤皮带→给煤机→磨煤机→锅炉→汽轮机→发电机→主变→升压站→电网……

燃煤发电厂生产工艺主要设备包含：锅炉、汽轮机、发电机。

通过完成化学能→热能→机械能→电能这一系列转化，从而为电网提供着源源不断的电力。

锅炉是一个换热器，主要由炉膛、水冷壁、过热器、省煤器、空气预热器组成。

将原煤加工成适于现代动力锅炉燃用的形式(如把煤磨成很细的煤粉)，再借助热风送入锅炉内充分燃烧，使储存于燃料中的化学能转变为热能；锅炉内的水吸热后在一定压力下变为饱和蒸汽，饱和蒸汽在过热器内继续加热成过热蒸汽。

汽轮机是把热能转换成机械能的设备，发电机是把机械能转换为电能的设备。

来自锅炉的过热蒸汽陆续进入汽轮机的高压涡轮、中压涡轮、低压涡轮，在汽轮机内膨胀做功，驱动汽轮发电机组旋转，将蒸汽内能转换成汽轮发电机组转子系统旋转的机械能；发电机转子旋转时，在发电机转子内由励磁电流形成的磁场也随之旋转，使定子线圈所交链的磁通发生周期性的变化，在定子线圈中产生感应电势，发出电能。

发电机发出的电能大部分由主变压器升高电压，经过高压配电装置和高压输电线路向外供电，其发出电能的一小部分作为本厂自用称作厂用电。

输煤系统作为火电厂外围尤为重要的系统，一直为电厂锅炉提供燃料，是电厂能否运行的重要保证。在传统模式中，输煤系统有自己独立的控制室，有且仅有在这个控制室中才能实现对整个系统的实时监控，其局限性可想而知。整条输煤传送线路不仅占地面积大、输送距离远，还有设备高低落差的限制，传统的二维组态画面已经不能将其清晰直观的展现出来。

通过 HT 可视化搭建火力发电厂复杂环境下无死角全覆盖可视化场景，深度开发应用智能发电控制技术，提升发电企业智慧管控、智能运行、智能安全监控、智能分析与远程诊断等综合能力，构建面向未来的智慧燃煤发电创新管理运营模式。

当前随着多地能耗双控政策的升级，已经有多个省份出台了力度不等的限电措施。拉闸限电不仅是能源紧缺问题，也受到国家双控政策和环保等因素的影响。“能耗双控”的目标是要推动能源清洁低碳安全高效利用，也促使一些高能耗行业的产业结构、能源结构调整升级。

对于火力发电而言，这是一个迫切需要转型的时代。

创新和技术在发电领域发挥着越来越重要的作用，结合 GIS 技术、大数据、物联网、5G 和可视化等先进技术的综合应用给火力发电厂、光伏发电站、风力发电站带来更大的价值提升，解决着困扰发电行业的深层顽疾。数字化技术的深度应用打通了数据壁垒，实现数据共享，让电力行业与数字化实现深度融合。智能发电已经成为全面提高电力系统运行效率，适应我国电力体制改革、推动能源革命的必然趋势。

智慧变电站

在我国，煤电无论是装机量还是发电量均占绝对优势，但风电、光伏等新能源替代煤电的空间非常巨大。未来新能源和火电仍将相互依存，电力公司或迎来盈利和估值双修复。新能源或迎来倍速发展期，但也需要储能降本配合。

智慧减碳

随着能源管控的诸多问题显现，“虚拟电厂”也就起到了重要的作用。

什么是虚拟电厂呢？虚拟电厂，顾名思义就是一个虚拟化的电厂，不是电厂但是起到一个电厂的作用，依托互联网和现代信息通信技术，把分布式电源、储能、负荷等分散在电网的各类资源相聚合，实现冷、热、电整体能源供应效益最大化，并进行协同优化运行控制和市场交易，对电网提供辅助服务，起到灵活的削峰填谷等作用。

未来，虚拟电厂将解决电力大规模储存问题，实现能源转型提供更多的解决方案，对于完善我国的电力市场体制实现电源多样化，解决能源与环保问题具有重要的促进作用。而通过 HT 可视化大屏能将数据分析、能源管控、人员调度等问题更加集中化管理，促进虚拟电厂的高效运维发展。

HT 可视化赋能行业的智能制造与数字化转型，让产业运维可追溯管理，让设备运行可监控管理，让万物”互联互通”。HT 可视化管理系统全面提升运维管理的智能化水平，以实现感知、决策、管理等全面智慧化为准则，提高企业绿色化、精细化、智能化管理水平，实现产业的集中统一管理。

3月31日，深圳

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