唐夲：基于A(yíng)I技術(shù)的天然氣管網(wǎng)智能調控案例分享

編者按：“雙碳”背景下，隨著(zhù)科技水平不斷進(jìn)步和能源行業(yè)快速發(fā)展，分布式能源已成為引領(lǐng)能源領(lǐng)域發(fā)展的重要趨勢之一。第十九屆中國分布式能源國際論壇”于2023年12月12日在重慶召開(kāi)，本次大會(huì )由中國能源研究會(huì )與中國能源網(wǎng)聯(lián)合主辦。會(huì )上，重慶錦禹云能源科技有限公司創(chuàng )始人、總經(jīng)理唐夲先生做了主題為《基于A(yíng)I技術(shù)的天然氣管網(wǎng)智能調控案例分享》的報告。

以下內容根據論壇演講實(shí)錄進(jìn)行整理。

唐夲：尊敬的各位專(zhuān)家、各位領(lǐng)導，大家下午好!今天非常容幸來(lái)參加這個(gè)論壇，也謝謝主持人段主任。今天我給大家帶來(lái)的是我們在天然氣管網(wǎng)調控方面做的一些工作。首先，請工作老師幫忙放一下視頻。

(視頻播放)

剛剛其實(shí)給各位領(lǐng)導放了視頻，把我們整個(gè)案例做了一個(gè)簡(jiǎn)要的介紹。實(shí)際上，我們相對做了一個(gè)天然氣調度的一個(gè)百度導航，我們是基于A(yíng)I和運籌優(yōu)化的算法，結合數字孿生的技術(shù)開(kāi)發(fā)了天然氣管網(wǎng)調度的軟件，來(lái)實(shí)現一張圖整體的監控，并且結合生產(chǎn)、設備實(shí)時(shí)的數據以及狀態(tài)來(lái)生成一個(gè)最優(yōu)的調度的方案。

我們產(chǎn)品主要有幾個(gè)特色，一個(gè)是能夠實(shí)現智能調度，這個(gè)實(shí)際上是整個(gè)我們的核心。我們當時(shí)最早做這個(gè)事情的時(shí)候，是重慶氣礦這邊找到我們，我們主要在做電網(wǎng)調控方面的工作。他們找到我們，想來(lái)找我們合作做這件事情，因為他們前面和一些，比如說(shuō)互聯(lián)網(wǎng)的一些大廠(chǎng)，還有一些他們可能做傳統的石油、石化、數字化集成的公司聊這些事情，發(fā)現沒(méi)有人愿意來(lái)接這個(gè)事，我們分析可能互聯(lián)網(wǎng)大廠(chǎng)它可能不太懂垂直領(lǐng)域的這些業(yè)務(wù)需求，他們可能更多是提供算力或者是通用的大模型的方案，尤其是針對專(zhuān)業(yè)他們是缺乏這方面的一些背景的知識。一些傳統的集成商他們可能比較懂信息和的一些業(yè)務(wù)，但是怎么用大數據的方式來(lái)實(shí)現智能的調配，其實(shí)他們是缺乏手段的。所以我們整個(gè)算法就是剛剛視頻講的，我們類(lèi)似于一個(gè)百度導航，我們實(shí)現這些廠(chǎng)站，在異常和檢修的情況下，尤其是管網(wǎng)輸送形成一個(gè)調度的方案。

另外，我們因為是一張圖，可以監控這些廠(chǎng)站以及設備的一些數據，而且我們可以做動(dòng)態(tài)的模擬仿真以及三維一些仿真。

為什么氣礦他們會(huì )有這方面的需求呢?實(shí)際上我們都知道，整個(gè)我們全國的天然氣管網(wǎng)實(shí)際上是聯(lián)網(wǎng)的，在我們西部區域，像西南、像新疆和陜甘寧這些區域，我們整個(gè)產(chǎn)氣量是非常大的，我們也有比較熟知的西氣東輸這樣的工程。我們全國聯(lián)網(wǎng)的這些管線(xiàn)就會(huì )把西部采的這些天然氣輸送到我們東部區域去，當然了，我們國家其實(shí)可能從中亞和俄羅斯還會(huì )進(jìn)口一些天然氣。

這么巨大的一些管線(xiàn)，實(shí)際上它經(jīng)?？赡軙?huì )出一些問(wèn)題的，會(huì )有一些故障和異常，可能是停產(chǎn)我們來(lái)做一些檢修。那在這些檢修或者是異常的情況下，天然氣在管網(wǎng)這條路該怎么走，怎么輸送，我們怎么樣來(lái)調配它輸送的路徑以及它壓力的一些配合，實(shí)際上原來(lái)他們是用人工的方式來(lái)做。

人工的方式來(lái)做其實(shí)有一些問(wèn)題，第一，他算的速度會(huì )比較慢，他不能快速的去響應故障，快速的去處置。所以，他可能算半天或者是幾個(gè)小時(shí)，或者是憑經(jīng)驗，遇到過(guò)的這種情況，憑經(jīng)驗算的比較快。但是沒(méi)有遇到過(guò)新的情況，那可能計算整個(gè)速度就非常慢了。

第二，在人工計算的情況下，他往往為了安全，為了氣體的壓力，把它壓的比較低，這樣其實(shí)是阻礙了我們天然氣管網(wǎng)輸送的能力。其實(shí)我們這個(gè)管網(wǎng)還有更大的輸送能力，但其實(shí)是沒(méi)有發(fā)揮出來(lái)的。

所以基于此，我們設計了整個(gè)的解決方案，實(shí)現我們原料氣和凈化氣調度的算法以及它整體的聯(lián)動(dòng)。我們還有一些工礦的監控和預警，以及智能報表分析這樣的一些核心的功能。

這是我們產(chǎn)品的一個(gè)主要架構，可以看的出來(lái)，我們的底座是基于SCADA的數據，其實(shí)我們對標電網(wǎng)來(lái)講，電網(wǎng)它每一個(gè)供電單位，每一個(gè)供電局，其實(shí)它有一套SCADA，有兩套調度的系統，一組一備。但是我們跟客戶(hù)聊發(fā)現，其實(shí)我們點(diǎn)燃其的管網(wǎng)公司它只有SCADA系統，它是沒(méi)有智能調度的系統。所以我們現在實(shí)際上做的事情算是一個(gè)市場(chǎng)的空白，我們基于SCADA采集的一些數據以及現場(chǎng)的一些工礦的數據，我們在上面開(kāi)發(fā)了我們調度的算法，基于這些算法形成我們調度方案，在我們整個(gè)調度的業(yè)務(wù)的閉環(huán)，也在我們整個(gè)系統里面去實(shí)現。這是我們一個(gè)基本的架構。

從功能來(lái)講，我們剛剛也看到，我們有一個(gè)全景的地圖，我們可以給調度人員非常清晰的，知道我們各個(gè)環(huán)節是怎么樣子的。另外，我們有所有生產(chǎn)數據的監控，剛剛講我們接入了全網(wǎng)的所有的生產(chǎn)的數據，另外我們可以形成非常優(yōu)化的一個(gè)調度方案，另外我們還可以提供調度的計劃以及基本的一些管理的功能。

另外，我們也是比較注重安全防護，我們要為客戶(hù)提供信息安全的保護以及數據安全的一些防護。

下面介紹一下主要的特點(diǎn)，第一個(gè)，我們的界面比較友好，剛剛看到。另外一個(gè)，我們有核心的一些算法。最后，我們有一些價(jià)值的體現。

分別介紹一下，我們目前整個(gè)的界面它是一個(gè)基于實(shí)際、真實(shí)的地理的地圖來(lái)做的。另外，我們還可以支持固定的模式以及縮放的一些模式，可以下轉到不同的氣井或者是廠(chǎng)站里面，我們可以看到設備相關(guān)的一些情況，包括它現在現場(chǎng)的一些情況，整個(gè)形成一張圖。另外，我們也可以支持大屏以及PC端的展示。

這是在算法方面，團隊大概花了兩三年的時(shí)間，我們把整個(gè)調度，從原料氣的調度到凈化氣的調度，我們把它調度的算法進(jìn)行了一個(gè)突破。其實(shí)它采氣之后，按照我們天然氣的處理工藝一般分為兩個(gè)環(huán)節，首先，經(jīng)過(guò)脫水站和脫流站經(jīng)過(guò)一個(gè)處理，把原料氣變成凈化氣，再由凈化氣通過(guò)我們的管網(wǎng)輸送到終端的用戶(hù)，比如說(shuō)一些燃氣公司或者是一些大型的工業(yè)的用戶(hù)。實(shí)際上，這兩個(gè)階段他們關(guān)注點(diǎn)是不一樣的，在原料氣階段他可能更多的是物理的拓撲結構和各個(gè)廠(chǎng)站的處理能力，其實(shí)這些處理能力它是有限制的。我們再基于拓撲結構以及廠(chǎng)站處理能力的限制，我們會(huì )有一個(gè)最優(yōu)化的方案出來(lái)，怎么去走。

第二步，在凈化氣方面關(guān)注的更多的是供需的平衡，這一塊就是跟用戶(hù)去打交道。我們用氣實(shí)際上是有一定的波動(dòng)，但是它其實(shí)也顯現出來(lái)一些跟時(shí)間相關(guān)，跟日期相關(guān)的一些規律。所以我們用一些深度學(xué)習的方法，我們去學(xué)習到他用氣波動(dòng)的情況，我們會(huì )有一個(gè)跟輸氣端和采氣端這邊有一個(gè)供需平衡，聯(lián)動(dòng)的這么一個(gè)匹配。

我們把這兩個(gè)我們說(shuō)的原料氣和凈化氣的調度，我們再聯(lián)動(dòng)起來(lái)，最終為客戶(hù)形成了一個(gè)整體調度的方案。

剛才也提到之前基本上是靠人工計算的，因為很多都是經(jīng)驗的東西，大概可能幾個(gè)小時(shí)，一兩個(gè)小時(shí)或者有的時(shí)候比較異常的一些情況，甚至更長(cháng)時(shí)間?，F在通過(guò)軟件的計算，我們可以降低到秒級，這個(gè)對他們整個(gè)處置的能力，應急的能力以及能源安全的把控，實(shí)際上優(yōu)勢非常的明顯。

另外，我們整個(gè)把數字孿生體的概念也應用到天然氣的管網(wǎng)。我們實(shí)際上針對這些設備，我們的調度對象就是一個(gè)數字孿生體，我們還可以把調控的方案再下發(fā)到相應的設備上面去，進(jìn)行一個(gè)閉環(huán)和聯(lián)動(dòng)。

在效益方面，一個(gè)是可以大量節省故障，剛剛說(shuō)我應急處置的能力提升了之后，我們可以大量的節省故障。我們如果按照故障處理成本五千萬(wàn)元每年的話(huà)，我們避免60%故障，可以為企業(yè)節省每年三千萬(wàn)元的成本。

另外，我們比較直接的可以提升它的產(chǎn)量，剛才講的，我們如果壓的比較低的話(huà)，人工的計算為了安全，沒(méi)有把壓力輸送夠，壓的比較低的情況下，其實(shí)輸送能力不夠，就沒(méi)有多輸氣，產(chǎn)量就不太行。我們也做了一個(gè)對比，在正常的工礦下，我們大概可以提升10%，在一些異常的情況下，我們可以提升30%。那對整個(gè)氣礦的直接經(jīng)濟效益也是數億級的規模。

另外，我們也是保障能源安全，包括能源的數字化轉型。還有我們可以減少人工計算的錯誤，可以快速的生成不同工礦下的調度方案，大量節省調度員的工作負擔。原來(lái)的調度員他花很多的時(shí)間做測算，做計算上面，現在他可能更多的就是關(guān)注全網(wǎng)的情況，關(guān)注用戶(hù)怎么更好的去給他們天然氣的用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的服務(wù)，他的關(guān)注點(diǎn)就會(huì )做一些變化。

這是我們重慶氣礦的實(shí)施，剛才講的實(shí)際上是他們需要調度決策的系統。我們現在接入重慶氣礦大概是790口井，包括凈化廠(chǎng)站、增壓站、脫水站等等，設備數據大概是五千多條，以及五百多條的管線(xiàn)。另外就是我們剛剛介紹的，我們可以為他們提供實(shí)時(shí)調度的方案，能夠實(shí)現全井的監控。

這是我們一些截圖，剛剛視頻里面也有提到過(guò)。最終可以實(shí)現產(chǎn)量的最大化，提升減負以及運行的安全。

因為天然氣調度的工業(yè)軟件，應該是行業(yè)內小小的突破，現在目前西南油氣田生產(chǎn)運行部門(mén)也把我們這個(gè)產(chǎn)品做了一個(gè)市場(chǎng)準入商的推薦，他們覺(jué)得這是非常好的。

未來(lái)來(lái)講，從數字化的角度來(lái)講，我們相信數字化的方式可能會(huì )更多的滲透到電網(wǎng)、油氣、分布式能源的領(lǐng)域，智能化升級是一個(gè)必然的趨勢。我們后面也會(huì )再加強我們產(chǎn)品的迭代，包括系統的支持，包括算法的優(yōu)化以及用戶(hù)體驗的改進(jìn)。

我們也希望通過(guò)這次會(huì )議，和一些合作伙伴或者是直接的用戶(hù)建立更多的聯(lián)系，可以產(chǎn)生一些合作。

最后，簡(jiǎn)單的介紹一下我們公司的情況。我們錦禹云是2017年成立，目前研發(fā)50人，我們也有一些榮譽(yù)，大概就是這樣子。

謝謝大家。