科環國能智深：讓電站“智”起來

與大多數電廠不同，國家能源集團內蒙古上海廟發電有限公司（以下簡稱“上海廟電廠”）的集控室旁邊還有一間專門的智慧信息室。這間智慧信息室與鋼鐵、汽車、港口等智能化程度較高的行業企業的智慧中心類似，工作人員面前的大屏幕上，智能監盤、智能控制等模塊的信息實時更新并不時彈出智能決策指導。

“技術人員昨天給除鹽水泵進行了一次小型智能化升級，運行不到24小時已經減少了400多次人工操作。系統還在不斷學習持續進化，未來這種智能化升級有望從除鹽水泵等輔機延伸到鍋爐、汽輪機、發電機3大主機。”上海廟電廠智慧信息中心技術員魏銘毅說。

上海廟電廠將全國產自主可控智能分散控制系統（iDCS）首次應用于100萬千瓦火電機組。這套iDCS由國能智深控制技術有限公司（以下簡稱“科環國能智深”）自主研發，該公司隸屬于國家能源集團科技環保有限公司（以下簡稱“科環集團”），是我國能源行業工業控制領域的龍頭企業。

工業控制系統被譽為能源裝備的“大腦和神經中樞”。iDCS以傳統的DCS（分散控制系統）為基礎，擴展感知信息、融合人工智能與大數據分析技術，具備自學習、自趨優、自診斷、自恢復、自適應、自組織等智能化特征。“雙碳”目標下，由科環國能智深自主研發的iDCS目前已累計應用超過130臺套，iDCS系列技術產品實現火水核新“譜系化”發展。

科環國能智深是國務院國資委評選的“科改企業”和創建世界一流專業領軍示范企業。該公司深耕工業控制領域40余年，其前身是原水利電力部下屬電科院電廠自動化所。作為轉制科研院所，該公司深度融入國家能源集團以全球最大電力裝機規模所創造的科技成果轉化應用場景；作為央企子公司，該公司與清華大學、華北電力大學等高校建立創新聯合體，整合科技創新資源；作為傳統產業一分子，該公司在業內率先研發出iDCS，推動能源行業從自動化向智能化升級；作為國產化先鋒，該公司從最早開展國產DCS研發到如今實現全產業鏈國產化，不斷強化安全支撐作用；作為高新技術企業，該公司走過從引進、消化、吸收國外先進技術到自主創新的發展道路，引領中國在該領域實現跟跑到并跑再到領跑的跨越。

科環國能智深為強化企業科技創新主體地位、以科技創新引領產業創新提供了一個可供借鑒的樣本。

智能化升級

2016年11月，在中國工程院院士、時任華北電力大學校長劉吉臻的推動下，“智能發電”被首次寫入國家能源局發布的《電力發展“十三五”規劃》。

在當年7月，華北電力大學與原中國國電（后與中國神華重組成國家能源集團）共建的“智能發電協同創新中心”揭牌成立，正式推出“智能發電”的概念。這個由央企和高校打造的創新聯合體具有較強的科技創新和科技成果轉化實力，此前雙方曾合作完成了2014年度國家科學技術進步獎二等獎項目“大型超超臨界機組自動化成套控制系統關鍵技術及應用”。科環國能智深也參與了這個獲獎項目，其在國內大型火電機組DCS市場占有率約22%。

但智能發電并非易事。在我國，金融等服務業、鋼鐵等流程型制造業、整車組裝等離散型制造業最后環節的智能化成熟度相對較高。發電行業卻情況特殊，其設備和流程龐大復雜，地域差異較大，對安全性、穩定性、保密性等的要求較高。更重要的是，發電廠并非獨立的工廠，而需接受電網統一調度，“雙碳”目標下火電廠還需深度調峰、快速調峰，這大幅增加了智能化的難度。

2017年初，在智能發電協同創新中心的組織下，智能發電運行控制系統（ICS）正式進入研發階段。科環國能智深承擔起ICS的研發工作，劉吉臻被聘為項目技術負責人和首席科學家，位于內蒙古鄂爾多斯的國家能源集團東勝電廠被確定為試點應用單位。

“研發團隊大概有40人，開展了一年半的集中攻關。大家經常一起干到凌晨，有時干脆直接住在辦公室，周六日經常加班。”科環國能智深智能技術部副經理安鳳栓回憶。

2018年7月，業內首套ICS在東勝電廠1號機組正式投運。近一年后，2號機組及廠級ICS也正式投運。

2019年10月，“智能發電運行控制系統研發及其應用”科學技術成果鑒定會召開。多位院士和專家組成的鑒定委員會認為，該系統“整體技術達到國際領先水平”，并具有5個主要創新點，即提出了雙層網絡結構（ICS+ISS）的智能發電運行控制系統架構，構建了自主可控的智能發電運行控制系統平臺，研發了基于深度神經網絡模型的廣義預測控制、強化學習等智能運行控制算法，研發了模型自弈、故障特征學習、深度搜索等智能分析診斷算法，構建了具有主動防御、邊界防護、集中監管功能的工控系統網絡安全解決方案。

“智能發電運行控制系統研發及其應用”項目獲得2020年度電力科學技術進步獎一等獎，相關成果“火電智能控制系統”入選國務院國資委《中央企業科技創新成果推薦目錄（2020年版）》。

2020年12月，ICS經過迭代更新升級形成新一代全自主可控iDCS。這一次，國家能源集團選擇內蒙古鄂爾多斯的布連電廠和上海廟電廠作為試點，前者是對一臺老電廠的66萬千瓦火電機組進行智能化升級改造，后者則將智能化方案融入一座新電廠的100萬千瓦火電機組建設。

2021年5月，科環國能智深研發的自主可控iDCS在布連電廠2號機組完成首臺示范應用。同年12月，iDCS在上海廟電廠完成首臺百萬機組示范應用的捷報再次傳來。

“從電廠工人的角度來看，iDCS在減少工作量、提升精確度等方面成效顯著。比如，除鹽水泵智能化改造開展1個月來，日均操作量已降低95%以上；扇區冷卻母管的溫度壓力控制，以前人為操作會比較保守，但現在系統能理性計算一個最優值，平衡經濟與安全。”魏銘毅向記者更新進展情況。

從內蒙古鄂爾多斯起步，科環國能智深研發的iDCS累計在全國各地的火電廠應用達到100臺套，“智慧監盤、少人值守、自趨優運行”的智能化運行模式成為現實。

2024年，科環國能智深牽頭主編的行業標準《火力發電廠智能控制系統技術規范》發布并正式實施，標志著國家能源集團牽頭自主研發、首次應用并規模化推廣的火電iDCS得到了全行業的認可。

多元化拓土

科環國能智深在火電之外不斷開疆拓土。

這種多元化戰略首先體現在組織架構上。科環國能智深綜合管理部副經理高宇鵬介紹，該公司針對火電業務縱向設立了智能技術部、市場營銷中心、工程中心等部門，但隨著業務領域不斷拓展，該公司還橫向成立了水電新能源事業部、核電儀控事業部、煤炭事業部、化工事業部等部門。

創新聯合體建設也圍繞多元化戰略不斷擴張“朋友圈”。“除華北電力大學外，我們還與清華大學、北京化工大學、中國礦業大學等高校合作開展科技創新。”科環集團副總工程師、科環國能智深首席科學家田雨聰說。

國家能源集團為科環國能智深的多元化戰略提供廣闊的應用場景。該公司電力裝機容量已突破3億千瓦，在全國總裝機量占比超過1/10，成為全球裝機規模最大的企業。其在火電和風電2個細分領域的裝機量也居世界首位，水電、光伏發電等細分領域裝機量處于中國前列。此外，國家能源集團還是全球最大煤炭生產企業和全球最大煤制油煤化工企業。

10余年來，科環國能智深研發的產品已廣泛應用于火電、水電、核電、風電、光伏發電、天然氣發電、地熱發電、煤礦生產、煤化工等領域，在國家能源集團之外也有大量應用。進入iDCS時代，其iDCS在非火電領域應用已超過30臺套。

水電iDCS依托國家能源集團下屬吉牛水電站和瑪爾擋水電站實施。科環國能智深水電新能源事業部專家李朝鋒介紹，基于水電廠智能管控需求，該公司在云邊協同控制器的軟硬件機制、基于組播訂閱數據傳輸功能、監控系統上下位機軟件一體化、現地層和廠站層擴展輸入輸出EIO功能、系統可視化組態技術等方面進行了研發并取得了突破。

2023年4月，國內首個采用iDCS架構的基地型光伏控制系統在國家能源集團下屬寧東200萬千瓦復合光伏基地投運。“項目研發了首套基于國產芯片和操作系統的百萬千瓦級光伏智能管控系統，實現了大型光伏電站就地控制與遠程集控一體化，為國家‘沙戈荒’風光電基地開發、新型電力系統建設和能源數智化轉型提供了關鍵原創技術。”李朝鋒說。

2025年的第一天，科環國能智深在核電領域實現“破冰”。中核集團旗下“華龍一號”漳州核電1號機組正式投入商業運行，其DCS采用了科環國能智深基于成熟大型火電控制系統自主研發的新一代核電分散控制系統——EDPF-NU平臺。“核電是一個對安全性要求極高的行業，因而對DCS的功能、性能指標要求也極其嚴苛。科環國能智深建立了科學全面的核電質保體系，為攻克核電DCS‘卡脖子’問題打下了堅實的基礎。EDPF-NU平臺均為自主研發，特別是控制器同步、系統自診斷、時鐘同步和數據存儲等功能取得了重大突破。”科環國能智深核電儀控事業部副總經理桑明說。

他介紹，漳州核電現已開工建設的4臺“華龍一號”核電機組DCS均采用科環國能智深研發的EDPF-NU平臺。此外，EDPF-NU平臺還應用于世界首套陸上商用模塊化核電小堆“玲龍一號”——海南昌江小堆DEH系統等項目。

國產化攻堅

“國產化”是科環國能智深的一個重要標簽。

1984年，我國首個研發應用電站自動化控制系統產品和技術的科研機構——電科院電廠自動化所成立，這便是科環國能智深的前身。這家新機構的很多成員曾參與過1964年原國家科技委員會的“上海南市電廠火電廠計算機應用科學試點”項目。

彼時，我國火電機組的DCS完全被國外所壟斷。“當時一套30萬千瓦機組的DCS售價就高達幾千萬元，并且工程服務也不及時，后續運維成本畸高，但是又不得不用。”田雨聰回憶。

在那個資料匱乏、設備稀缺、技術基礎薄弱的年代，經過8年努力，電科院自動化所終于在1992年研發出我國第一套DCS，并成功應用于安徽淮北電廠，一舉打破國外壟斷。

1999年，電科院下屬電廠自動化所與電廠西屋工程中心重組成立北京電研智深控制技術有限公司，開啟科研院所轉制之路。此后近20年，該公司雖幾經變更，但堅持走消化吸收與自主研發相結合的道路，一方面積極開展與西屋、ABB、西門子等跨國公司的技術合作，另一方面堅持研發具有完全自主知識產權的工業控制系統產品和技術，從而取得數十項“中國首臺套”和“世界第一”業績。

近年來，以iDCS成功研發為標志，科環國能智深將“國產化”擺上更加突出的位置。iDCS實現關鍵核心電力裝備的自主國產化，應用軟件100%自主研發、芯片100%國產化、操作系統100%國產化，核心知識產權100%自主可控。“系統訪問的安全性得到有效控制，不存在后臺數據泄露風險，對保障我國能源生產與供給安全作出貢獻。”田雨聰說。

但全產業鏈國產化不只是零部件的簡單替換。田雨聰介紹，以芯片為例，為實現芯片100%國產化，科環國能智深對所有電路進行了重新設計。“這也算是拓展了國產芯片的應用空間。”

為提升產業鏈控制能力，科環國能智深于2022年成立國能智深（天津）控制技術有限公司。其智能制造產線于2023年投產，并在當年入選國家級智能制造優秀場景名單。“我們這條產線是按照最高標準打造的，它讓科環國能智深在產品研發、生產制造到工程服務的每一個環節都能自主可控，年產量可達60萬塊。”科環集團黨委委員、副總經理，國能智深黨委書記、董事長馮健說。

國產化新產品的研發應用正加速推進，存量市場的國產化替代改造工作也在有條不紊地開展。我國工業控制領域曾長期被國外壟斷。截至目前，科環國能智深已對210臺套主機DCS進行國產化替代改造，其中進口品牌主機DCS有173臺套；對161臺套DEH（汽輪機數字電液控制系統）進行國產化替代改造，其中進口品牌DEH有129臺套。

不只是一枝獨秀。在科環國能智深的引領下，近年來，其他發電央企旗下負責工業控制技術研發的子公司也蓬勃發展起來，為國產化注入新的活力。