一、研究背景

1.安全意義

2020年9月，我國政府提出將提高自主貢獻(xiàn)力量，采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭在2030年前達(dá)到峰值，努力爭取2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。這就意味著我國的發(fā)展將進(jìn)入新時(shí)代，尤其是能源的發(fā)展將進(jìn)入一個(gè)新時(shí)期，能源結(jié)構(gòu)逐漸轉(zhuǎn)型，由原來以煤炭石油為主的能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為清潔環(huán)保的水電、核能、天然氣等新型能源，推動(dòng)能源綠色生產(chǎn)和消費(fèi)。我國的天然氣產(chǎn)業(yè)通過變革，消費(fèi)體系基本形成，市場趨向多元，供給能力大幅提高。雖然2020年受到新冠疫情的沖擊，天然氣市場仍保持增長態(tài)勢，支撐了我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)健康發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。

中國天然氣分為國內(nèi)氣和國外氣，國內(nèi)氣的主產(chǎn)區(qū)有新疆、四川、內(nèi)蒙古、陜西；國外來的氣分為管道氣和液化天然氣。2020年我國天然氣供應(yīng)量3200億立方米，國內(nèi)自產(chǎn)量約1800億立方米，國外進(jìn)口量約達(dá)1400億立方米。我國天然氣的主要消費(fèi)區(qū)分布在東南沿海地區(qū)，國家實(shí)施的“西氣東輸”戰(zhàn)略，用長輸管道輸氣，而供氣場站就是城市燃?xì)馄髽I(yè)和用戶之間防護(hù)門，作為輸配系統(tǒng)中的關(guān)鍵點(diǎn)，管道運(yùn)輸必須通過的關(guān)卡，具有保障輸氣安全運(yùn)行及安全的功能。一方面，天然氣具有較空氣輕，無色、無味、易燃易爆的特性，如果場站發(fā)生泄漏，容易發(fā)生爆炸事故；另一方面由于智能化水平低，人員操作失誤或設(shè)備原因?qū)е滦孤?，也?huì)發(fā)生爆炸事故。因此，加快推進(jìn)燃?xì)鈭稣镜男畔⒓夹g(shù)的應(yīng)用，提高燃?xì)鈭稣镜闹悄芑剑P(guān)系到民生，是城市燃?xì)馄髽I(yè)安全運(yùn)營的關(guān)鍵。

2.新時(shí)代新要求

國家提出了智慧社會(huì)、智慧能源、能源領(lǐng)域智慧化發(fā)展、推進(jìn)能源智能化體系建設(shè)、推動(dòng)能源技術(shù)同其他領(lǐng)域高新技術(shù)緊密結(jié)合、提高城市燃?xì)饣实?，這對(duì)能源行業(yè)提出了高要求，大多數(shù)城鎮(zhèn)燃?xì)鈭稣驹谛畔⒒矫妫嬖诠芫W(wǎng)定位不準(zhǔn)確、資料不全、不能滿足智慧運(yùn)營需求的數(shù)字采集等問題；而在設(shè)計(jì)和工程方面，同樣存在依賴人工，方式傳統(tǒng)，管理信息化手段不足等問題。燃?xì)馄髽I(yè)在自身安全管理方面，希望實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警和快速的應(yīng)急響應(yīng)，因此，迫切需要高效的數(shù)據(jù)采集方式和管理手段。

5G、大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)等正在燃?xì)庑袠I(yè)大力推廣應(yīng)用，而場站作為連接用戶與消費(fèi)者的“第一道關(guān)卡”，實(shí)現(xiàn)在可視化狀態(tài)下進(jìn)行溝通、討論、決策，必將提高場站的安全與運(yùn)行效率。因此，智慧場站的研究對(duì)保障場站安全、減少輸氣差錯(cuò)及安全運(yùn)行有著重要的意義。

3.可行性

建設(shè)智慧燃?xì)?/a>，有利于提高城市燃?xì)馄髽I(yè)生產(chǎn)運(yùn)營管理水平，能夠有效為政府公共安全、環(huán)保達(dá)標(biāo)、市政建設(shè)提供強(qiáng)有力的支持，為燃?xì)庑袠I(yè)的發(fā)展提供方向。新技術(shù)的發(fā)展提供基礎(chǔ)支撐。5G、大數(shù)據(jù)、云平臺(tái)及北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等技術(shù)為智慧燃?xì)饨ㄔO(shè)奠定了基礎(chǔ)。

智慧場站建設(shè)兼具社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，基于車、人、場等要素的標(biāo)準(zhǔn)化，借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)要素的數(shù)字化，對(duì)全環(huán)節(jié)要素狀態(tài)全面感知。并輔以自動(dòng)化、大數(shù)據(jù)、運(yùn)籌算法與人工智能技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)對(duì)要素調(diào)度的集約化，優(yōu)化運(yùn)行效益，提高生產(chǎn)運(yùn)作效率，保障城市燃?xì)馄髽I(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

二、燃?xì)鈭稣粳F(xiàn)狀

燃?xì)鈭稣疽蚪ㄔO(shè)位置和目的不同，功能也不同，可分為城市門站、輸氣站、儲(chǔ)配站、調(diào)壓站、汽車加氣站等多種形式。如門站是城市企業(yè)燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)的氣源點(diǎn)，也是天然氣進(jìn)入城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的配氣站，主要功能為接收長輸管線運(yùn)送來的燃?xì)?，通過過濾、調(diào)壓、計(jì)量、加臭、分配后，把燃?xì)馑腿氤鞘泄芫W(wǎng)系統(tǒng)或送入大工業(yè)生產(chǎn)用戶。

國家提出全面發(fā)展智慧能源的戰(zhàn)略部署，各大燃?xì)夤鹃_始嘗試建設(shè)智慧燃?xì)?/a>，解決當(dāng)前城市燃?xì)馄髽I(yè)在經(jīng)營管理中存在的痛點(diǎn)問題。雖然城市燃?xì)夤敬罅ν苿?dòng)智慧燃?xì)夥矫娴慕ㄔO(shè)，但也存在許多問題，如標(biāo)準(zhǔn)多樣，智能化進(jìn)程慢及水平差異大，燃?xì)鈭稣镜闹悄芨兄O(shè)備投入較少，無法銜接用戶數(shù)據(jù)等。北京燃?xì)饴氏忍岢觥爸悄苋細(xì)饩W(wǎng)”，通過信息技術(shù)與燃?xì)鈽I(yè)務(wù)相結(jié)合，構(gòu)建智慧燃?xì)饪蚣荏w系；深圳燃?xì)庵铝τ谌細(xì)庵悄芑ㄔO(shè)，形成了強(qiáng)有力的信息化系統(tǒng)；中國燃?xì)饪毓捎邢薰疽殉闪⒖萍脊就七M(jìn)燃?xì)庵悄芑ㄔO(shè)，構(gòu)建從氣源到用戶的智能服務(wù)體系。

如下表 1中所示，國內(nèi)城鎮(zhèn)燃?xì)馄髽I(yè)在智能化建設(shè)方面尚處于發(fā)展階段，而國外發(fā)達(dá)國家已進(jìn)入成熟階段，在發(fā)展趨勢方面國外已進(jìn)行互聯(lián)網(wǎng)和燃?xì)馍疃热诤?，而國?nèi)處于改造階段，在智能設(shè)備方面已體現(xiàn)信息化，國內(nèi)尚處于起步階段。

表1 智能燃?xì)饨ㄔO(shè)國內(nèi)外對(duì)比

國家已制定了推進(jìn)建設(shè)智能化場站相關(guān)制度，各城市燃?xì)夤疽仓鸩浇⒖萍夹畔⒒到y(tǒng)。高效、智慧化的管理手段已成為燃?xì)馄髽I(yè)安全穩(wěn)定供氣的必然發(fā)展方向，擴(kuò)大利用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)手段、信息化改造燃?xì)庠O(shè)備設(shè)施、智能化管理機(jī)制已經(jīng)成為城市燃?xì)廨斉涔芾響?yīng)用的重要發(fā)展趨勢。

歐洲發(fā)達(dá)國家形成了智能燃?xì)庀到y(tǒng)整體框架，管網(wǎng)的智能化水平進(jìn)入成熟階段，建立了安全環(huán)保、高效智慧的管網(wǎng)系統(tǒng)，重視用戶體驗(yàn)，加大科技投入，側(cè)重于智能燃?xì)庑畔⒒ㄔO(shè)和軟件開發(fā)等。

三、問題

當(dāng)前在信息技術(shù)和安全環(huán)保政策的推動(dòng)下，燃?xì)鈭稣炯毙枳詣?dòng)化、智能化，特別是在氣源調(diào)度、應(yīng)急指揮、綜合管理平臺(tái)及無人值守等方面沒體現(xiàn)出智能化，還是以傳統(tǒng)的手工操作為主，具體有以下幾方面。

1.尚未建立場站智能化的標(biāo)準(zhǔn)體系

各燃?xì)夤鞠嗬^投入燃?xì)庵悄芑ㄔO(shè)，但缺乏標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)，特別是燃?xì)鈭稣镜臉?biāo)準(zhǔn)體系更無參考數(shù)據(jù)，導(dǎo)致場站智能化水平參差不齊，標(biāo)準(zhǔn)繁雜，平均水平提升慢等問題。

2.現(xiàn)有場站的智能化程度不高

傳統(tǒng)場站SCADA系統(tǒng)，主要側(cè)重于靜態(tài)數(shù)據(jù)，如站點(diǎn)運(yùn)行狀況的數(shù)據(jù)，包括壓力、溫度、流量等，不能形成有效信息進(jìn)入模型為決策提供服務(wù)，大部分工作還需要手工操作。

3.數(shù)據(jù)不能充分利用、信息不能共享

各燃?xì)夤敬蠖冀ㄓ蠸CADA系統(tǒng)、GIS系統(tǒng)、客戶服務(wù)系統(tǒng)及收費(fèi)系統(tǒng)等，但各系統(tǒng)由于建設(shè)時(shí)針對(duì)的是具體問題，沒有“一張網(wǎng)”或“一個(gè)平臺(tái)”的意識(shí)，造成數(shù)據(jù)無法對(duì)接，沒有數(shù)據(jù)的支撐，無法實(shí)現(xiàn)智能控制，無法為決策者提供數(shù)據(jù)支撐。缺少大集團(tuán)意識(shí)，各個(gè)燃?xì)夤窘ㄔO(shè)自身的平臺(tái)，集團(tuán)缺少整體數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的處理只局限于各成員公司，甚至是部門，不能有效共享，信息閉塞現(xiàn)象嚴(yán)重，雖有大量數(shù)據(jù)，各系統(tǒng)之間卻無法進(jìn)行融合，容易造成決策失誤，導(dǎo)致成本增加，資源浪費(fèi)。

4.應(yīng)急處理效率低

一方面，燃?xì)庥捎谄渥陨淼奶匦约碍h(huán)境的影響，易發(fā)生突發(fā)事件，現(xiàn)有的應(yīng)急體系是值班人員逐級(jí)上報(bào)，流程長、效率低，易錯(cuò)失最佳處理時(shí)間；另一方面，需要人工實(shí)施監(jiān)控場站運(yùn)行情況，發(fā)生故障后，現(xiàn)場人員控制手段有限，信息化支撐不足，易造成應(yīng)急處理效率低。

四、建議

建設(shè)智能燃?xì)鈭稣?，首先，要調(diào)研現(xiàn)有場站，摸清掌握現(xiàn)有場站智能化數(shù)據(jù)。在現(xiàn)有設(shè)施基礎(chǔ)上，對(duì)現(xiàn)有燃?xì)鈭稣具M(jìn)行技術(shù)升級(jí)設(shè)備、設(shè)施改造，整合各類基礎(chǔ)及動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，梳理規(guī)范化的統(tǒng)一流程以及投入各類智能化設(shè)備、系統(tǒng)的使用，為實(shí)現(xiàn)真正的智慧燃?xì)夤芫W(wǎng)奠定良好基礎(chǔ)；其次，要求整個(gè)系統(tǒng)性能具有開放性、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展、性價(jià)比高，以此確保建成為技術(shù)先進(jìn)、使用可靠、經(jīng)濟(jì)合理的智慧場站。

1.構(gòu)建完善的、標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)采集設(shè)備體系，確保實(shí)現(xiàn)數(shù)字化

形成“一個(gè)平臺(tái)”，讓平臺(tái)管理各類數(shù)據(jù)采集設(shè)備，如在閥式智能調(diào)壓設(shè)備方面，可采用上海飛奧的GV系列、荷蘭公司的RZD系列及艾默生公司的ET系列。這些設(shè)備如遇到斷電時(shí)，也會(huì)繼續(xù)工作，按當(dāng)前工作狀態(tài)進(jìn)行。

2.在智能化改造基礎(chǔ)上加強(qiáng)數(shù)據(jù)分析、應(yīng)用和挖掘

一方面，對(duì)調(diào)壓箱、閘井、陰極樁等重要設(shè)備設(shè)施進(jìn)行智能化改造，包括數(shù)據(jù)倉庫、搜索引擎、物聯(lián)通訊、云計(jì)算、監(jiān)控設(shè)備等。深入進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、挖掘，利用積累的相關(guān)數(shù)據(jù)，挖掘其蘊(yùn)含的內(nèi)在邏輯，找出規(guī)律，為決策提供支持。另一方面，也需要在核心信息模塊，如管網(wǎng)仿真系統(tǒng)，大都采用國外公司的技術(shù)，應(yīng)借助國內(nèi)信息技術(shù)發(fā)展契機(jī)，開發(fā)數(shù)據(jù)處理軟件，形成自主產(chǎn)權(quán)。

3.統(tǒng)一平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)智能化

實(shí)現(xiàn)在一個(gè)平臺(tái)對(duì)所有信息進(jìn)行管理，增加各類運(yùn)算方法、專家分析模塊，對(duì)各類數(shù)據(jù)、生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)情況，包括設(shè)備管理、風(fēng)險(xiǎn)分析、計(jì)劃調(diào)度、生產(chǎn)運(yùn)行、輸配作業(yè)、應(yīng)急管理、仿真計(jì)算等，為決策者提供智能優(yōu)化的工作方案，提高處理突發(fā)事件的效率。

4.加強(qiáng)標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)

工藝流程標(biāo)準(zhǔn)化。完善功能配置，應(yīng)用BIM數(shù)字模型，環(huán)保方面占地少，噪音小等；場站配套設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)化。場站設(shè)備選型標(biāo)準(zhǔn)化，智能化產(chǎn)品能提升燃?xì)庀到y(tǒng)的調(diào)控水平、應(yīng)急能力、運(yùn)行的效率以及可靠性，主要包括智能巡檢設(shè)備、防入侵設(shè)施及泄漏檢測等；全景監(jiān)控標(biāo)準(zhǔn)等。