Ученые Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого создали систему, которая подбирает оптимальные режимы работы теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) с помощью искусственного интеллекта. На это уходит около 15 секунд вместо нескольких минут — в 16 раз быстрее, чем при расчетах классическими методами. Такая скорость дает возможность управлять режимами сразу нескольких электростанций из единого диспетчерского центра.
Цель работы — создать систему, которая продлевает срок службы оборудования, повышает эффективность ТЭЦ и снижает нагрузку на экологию. Для этого используются методы предиктивной аналитики — система предсказывает состояние оборудования и предлагает решения заранее. В России уже есть программы, которые решают отдельные задачи. Например, те, что оптимизируют работу на рынке электроэнергии или оценивают состояние оборудования. При этом комплексного решения, которое охватывало бы все эти задачи сразу, пока нет.
В этом году ученые получили два важных результата. Первый — модель цифрового двойника теперь настраивается автоматически и учитывает износ оборудования. Второй — в систему добавили искусственный интеллект, который работает в связке с цифровым двойником.
«Приведу пример: ТЭЦ с пятью энергоблоками и турбинами Т-100. Цифровой двойник станции генерирует около 280 тысяч возможных состояний оборудования. Оптимизатор за доли секунды ищет решение, а затем мы отправляем его обратно в цифровой двойник для проверки. В итоге удалось уйти от нескольких минут к 15 секундам», — рассказала руководитель проекта, доцент Высшей школы атомной и тепловой энергетики СПбПУ Ирина Аникина.Для персонала станции это выглядит как система подсказок, которая помогает одновременно выдерживать несколько требований: оборудование должно быть надежным, топлива нужно тратить меньше, а выручка от продажи тепла и электроэнергии — расти. Ученые сравнивают задачу с эксплуатацией грузового автомобиля, когда важно, чтобы машина не ломалась и расходовала минимум топлива, но при этом учитывала пробки, рельеф, погоду и качество топлива.
По оценке исследователей, работа на предложенных режимах увеличила бы выручку станции на треть за полгода.
«Система комплексной оптимизации жизненного цикла оборудования нужна всем эксплуатируемым станциям страны. Пора уходить от нормативных параметров в ремонтах и оценке эффективности к факту: ремонт нужно делать не по графикам, а по состоянию. Использование такой системы позволит решить проблемы импортозамещения, дороговизны ремонта и неэкономичных режимов работы», — подчеркнула Ирина Аникина.В основе разработки — цифровые двойники с классическими математическими моделями ТЭЦ, а также методы машинного обучения. Результаты можно масштабировать на теплоэлектроцентрали России и ближнего зарубежья. Но для качественной работы цифрового двойника нужно обеспечить передачу данных за пределы станции по промышленным протоколам или ежедневную ручную загрузку параметров.
Часть модулей уже прошла проверку на реальных станциях: они следят за состоянием оборудования и подбирают оптимальные режимы. Следующий шаг — собрать их в одну систему, которая будет давать персоналу готовые рекомендации.
Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»).
