京東數(shù)科用AI優(yōu)化火力發(fā)電 比Alpha Go圍棋問題還復(fù)雜

能源一向是世界經(jīng)濟(jì)的重要話題。自今年以來,歐佩克達(dá)成減產(chǎn)協(xié)議,美國對委內(nèi)瑞拉持續(xù)施壓,伊朗遭遇“禁油令”,俄羅斯財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)出越來越貴的態(tài)勢。 然而在中國,一場另辟蹊徑的能源利用創(chuàng)新卻正在悄悄進(jìn)行……

首先,我們來做一道數(shù)學(xué)題:

2017,中國用掉了近6.3萬億度電,

其中約4萬億度電來自燃煤發(fā)電,

為此中國每年都要燒掉17億噸煤。

全國有超過1000家火電廠,

如果把這些火電廠的鍋爐熱效率提升,

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,國家能源集團(tuán)南寧電廠的集控室里來了很多人,有前來驗收項目成果的專家鑒定組,有北京華電天仁電力控制技術(shù)有限公司和國電廣西公司的領(lǐng)導(dǎo),南寧電廠的多位領(lǐng)導(dǎo)及專工,還有心情緊張的京東數(shù)字科技Alpha電項目組成員們……

在專家的見證下,電廠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,一段時間后,鍋爐熱效率有所提高。

鑒定組的一位專家表示結(jié)果超出了預(yù)期,建議向全國范圍內(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)上實現(xiàn)的新提升。0.5%的效率提升可以幫助一臺60萬千瓦火電機(jī)組一年節(jié)省燃煤3600噸,如果全國推廣,每年可以為國家節(jié)約70億元 的燃煤消耗和污染治理費。

站在一旁的京東數(shù)字科技Alpha電項目組產(chǎn)品經(jīng)理亮亮抑制不住內(nèi)心的激動,腦海中浮現(xiàn)著過去一年:往返北京廣西多次的漫長路途,無數(shù)次客戶需求的溝通,在南寧電廠一天16小時的值守,從零開始搭建的算法模型……

火力發(fā)電是我國主要的電力來源。

前無古人的試驗:他們想用AI改造發(fā)電

在我國,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,同時排放更少的污染物,實現(xiàn)火力發(fā)電效率的優(yōu)化,是電力行業(yè)長期以來的需求。

但這件事,很少有人用大數(shù)據(jù)和人工智能的方法去做,誰也不知道這套系統(tǒng)怎么設(shè)計,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,是一個令人撓頭的問題。

“無論如何,咱們得先理解火力發(fā)電的原理不是?”Alpha電項目組團(tuán)隊在南寧電廠蹲了兩個月,每天住在電廠宿舍里,一出門就是煙囪,條件很艱苦。

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

Alpha電項目組和京東數(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控制鍋爐運行操作,進(jìn)一步精細(xì)化燃煤發(fā)電的燃燒過程?根據(jù)鍋爐工況,送入合適的煤、風(fēng),讓鍋爐自動調(diào)節(jié)溫度和狀態(tài),實現(xiàn)提高運行效率、降低污染排放。

這種方法,真的是前無古人,每個人心里其實都在打鼓。

“沒想到,鍋爐優(yōu)化問題比Alpha Go圍棋問題還復(fù)雜”

與AlphaGo解決的圍棋問題相比,火電燃燒優(yōu)化問題更難。AlphaGo解決的圍棋問題中涉及優(yōu)化361個離散變量(白子、黑子、無子三個狀態(tài)),然而火電鍋爐燃燒優(yōu)化問題中涉及上百個風(fēng)門閥門的開度控制,例如某個閥門開度20%和開度22%都可能對機(jī)組運行帶來非常不同的影響。

再加上鍋爐不停運轉(zhuǎn)磨損,運行一段時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)控制鍋爐運行,這是一大難點。

另一個難點,就是數(shù)據(jù)。

“Alpha Go在做第一版的時候,買了上千萬的棋譜來學(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。但我們只能從電廠拿到兩年的數(shù)據(jù),有些數(shù)據(jù)因為機(jī)組停機(jī)還無法使用”,Alpha電項目組組長仙園介紹說。

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

電廠系統(tǒng)的專業(yè)度比較高,數(shù)據(jù)量非常大,有時候?qū)С鋈繑?shù)據(jù)甚至需要花費數(shù)周時間,必要的時候甚至要請電力領(lǐng)域的技術(shù)專家來幫忙。

幾個月時間,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,就是模型搭建、反復(fù)改進(jìn)測試的階段,這個階段是最艱苦的。因為鍋爐是一個特種設(shè)備,里面有各種各樣的安全限制條件,不是說下圍棋,一個人下就行了,大不了輸了,鍋爐有大量超溫超壓等安全限制條件。

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

“電廠是要24小時正常發(fā)電的,不能影響人們的正常生活”,仙園說,為了測試不同發(fā)電負(fù)荷的模型運行情況,我們經(jīng)常下午6點以后開始測試,測到夜里十二點,發(fā)現(xiàn)了一個問題,現(xiàn)場和公司研發(fā)端的同事就要熬夜改,用最快的速度解決問題。

路阻且長,“進(jìn)一步有一步的歡喜“

“你如果不去深度了解一個行業(yè),不去了解客戶的需求,搞一個簡單的人工智能算法是根本解決不了問題的。我們花了一年多的時間深扎火力發(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電項目成功之后,申請了三項國家專利,還在2018年的中國人工智能峰會上獲得了創(chuàng)新獎,京東數(shù)字科技因此獎勵了項目組的每一位成員。

南寧電廠驗收成功只是一個開始,如今,Alpha電項目組已經(jīng)開始研發(fā)適用于更多鍋爐爐型的優(yōu)化模型。

“這并不是一個復(fù)制粘貼的過程,因為每一個電廠的鍋爐構(gòu)造都有不同“,亮亮說,拿磨煤機(jī)這件事來說,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,鍋爐內(nèi)部的燃燒方式也大有不同? 。如果在更多的電廠驗證成功, AI火力發(fā)電的算法就可以充分證明其可復(fù)制性。

“也有很累很累到堅持不下去的時候”,仙園說,但節(jié)能降耗,是電力行業(yè)造福千秋萬代的愿景。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,換來的一定是天藍(lán)水清的美好世界。離產(chǎn)業(yè)近一點,再近一點,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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