唐夲：基于AI技术的天然气管网智能调控案例分享

编者按：“双碳”背景下，随着科技水平不断进步和能源行业快速发展，分布式能源已成为引领能源领域发展的重要趋势之一。第十九届中国分布式能源国际论坛”于2023年12月12日在重庆召开，本次大会由中国能源研究会与中国能源网联合主办。会上，重庆锦禹云能源科技有限公司创始人、总经理唐夲先生做了主题为《基于AI技术的天然气管网智能调控案例分享》的报告。

以下内容根据论坛演讲实录进行整理。

唐夲：尊敬的各位专家、各位领导，大家下午好!今天非常容幸来参加这个论坛，也谢谢主持人段主任。今天我给大家带来的是我们在天然气管网调控方面做的一些工作。首先，请工作老师帮忙放一下视频。

(视频播放)

刚刚其实给各位领导放了视频，把我们整个案例做了一个简要的介绍。实际上，我们相对做了一个天然气调度的一个百度导航，我们是基于AI和运筹优化的算法，结合数字孪生的技术开发了天然气管网调度的软件，来实现一张图整体的监控，并且结合生产、设备实时的数据以及状态来生成一个最优的调度的方案。

我们产品主要有几个特色，一个是能够实现智能调度，这个实际上是整个我们的核心。我们当时最早做这个事情的时候，是重庆气矿这边找到我们，我们主要在做电网调控方面的工作。他们找到我们，想来找我们合作做这件事情，因为他们前面和一些，比如说互联网的一些大厂，还有一些他们可能做传统的石油、石化、数字化集成的公司聊这些事情，发现没有人愿意来接这个事，我们分析可能互联网大厂它可能不太懂垂直领域的这些业务需求，他们可能更多是提供算力或者是通用的大模型的方案，尤其是针对专业他们是缺乏这方面的一些背景的知识。一些传统的集成商他们可能比较懂信息和的一些业务，但是怎么用大数据的方式来实现智能的调配，其实他们是缺乏手段的。所以我们整个算法就是刚刚视频讲的，我们类似于一个百度导航，我们实现这些厂站，在异常和检修的情况下，尤其是管网输送形成一个调度的方案。

另外，我们因为是一张图，可以监控这些厂站以及设备的一些数据，而且我们可以做动态的模拟仿真以及三维一些仿真。

为什么气矿他们会有这方面的需求呢?实际上我们都知道，整个我们全国的天然气管网实际上是联网的，在我们西部区域，像西南、像新疆和陕甘宁这些区域，我们整个产气量是非常大的，我们也有比较熟知的西气东输这样的工程。我们全国联网的这些管线就会把西部采的这些天然气输送到我们东部区域去，当然了，我们国家其实可能从中亚和俄罗斯还会进口一些天然气。

这么巨大的一些管线，实际上它经常可能会出一些问题的，会有一些故障和异常，可能是停产我们来做一些检修。那在这些检修或者是异常的情况下，天然气在管网这条路该怎么走，怎么输送，我们怎么样来调配它输送的路径以及它压力的一些配合，实际上原来他们是用人工的方式来做。

人工的方式来做其实有一些问题，第一，他算的速度会比较慢，他不能快速的去响应故障，快速的去处置。所以，他可能算半天或者是几个小时，或者是凭经验，遇到过的这种情况，凭经验算的比较快。但是没有遇到过新的情况，那可能计算整个速度就非常慢了。

第二，在人工计算的情况下，他往往为了安全，为了气体的压力，把它压的比较低，这样其实是阻碍了我们天然气管网输送的能力。其实我们这个管网还有更大的输送能力，但其实是没有发挥出来的。

所以基于此，我们设计了整个的解决方案，实现我们原料气和净化气调度的算法以及它整体的联动。我们还有一些工矿的监控和预警，以及智能报表分析这样的一些核心的功能。

这是我们产品的一个主要架构，可以看的出来，我们的底座是基于SCADA的数据，其实我们对标电网来讲，电网它每一个供电单位，每一个供电局，其实它有一套SCADA，有两套调度的系统，一组一备。但是我们跟客户聊发现，其实我们点燃其的管网公司它只有SCADA系统，它是没有智能调度的系统。所以我们现在实际上做的事情算是一个市场的空白，我们基于SCADA采集的一些数据以及现场的一些工矿的数据，我们在上面开发了我们调度的算法，基于这些算法形成我们调度方案，在我们整个调度的业务的闭环，也在我们整个系统里面去实现。这是我们一个基本的架构。

从功能来讲，我们刚刚也看到，我们有一个全景的地图，我们可以给调度人员非常清晰的，知道我们各个环节是怎么样子的。另外，我们有所有生产数据的监控，刚刚讲我们接入了全网的所有的生产的数据，另外我们可以形成非常优化的一个调度方案，另外我们还可以提供调度的计划以及基本的一些管理的功能。

另外，我们也是比较注重安全防护，我们要为客户提供信息安全的保护以及数据安全的一些防护。

下面介绍一下主要的特点，第一个，我们的界面比较友好，刚刚看到。另外一个，我们有核心的一些算法。最后，我们有一些价值的体现。

分别介绍一下，我们目前整个的界面它是一个基于实际、真实的地理的地图来做的。另外，我们还可以支持固定的模式以及缩放的一些模式，可以下转到不同的气井或者是厂站里面，我们可以看到设备相关的一些情况，包括它现在现场的一些情况，整个形成一张图。另外，我们也可以支持大屏以及PC端的展示。

这是在算法方面，团队大概花了两三年的时间，我们把整个调度，从原料气的调度到净化气的调度，我们把它调度的算法进行了一个突破。其实它采气之后，按照我们天然气的处理工艺一般分为两个环节，首先，经过脱水站和脱流站经过一个处理，把原料气变成净化气，再由净化气通过我们的管网输送到终端的用户，比如说一些燃气公司或者是一些大型的工业的用户。实际上，这两个阶段他们关注点是不一样的，在原料气阶段他可能更多的是物理的拓扑结构和各个厂站的处理能力，其实这些处理能力它是有限制的。我们再基于拓扑结构以及厂站处理能力的限制，我们会有一个最优化的方案出来，怎么去走。

第二步，在净化气方面关注的更多的是供需的平衡，这一块就是跟用户去打交道。我们用气实际上是有一定的波动，但是它其实也显现出来一些跟时间相关，跟日期相关的一些规律。所以我们用一些深度学习的方法，我们去学习到他用气波动的情况，我们会有一个跟输气端和采气端这边有一个供需平衡，联动的这么一个匹配。

我们把这两个我们说的原料气和净化气的调度，我们再联动起来，最终为客户形成了一个整体调度的方案。

刚才也提到之前基本上是靠人工计算的，因为很多都是经验的东西，大概可能几个小时，一两个小时或者有的时候比较异常的一些情况，甚至更长时间。现在通过软件的计算，我们可以降低到秒级，这个对他们整个处置的能力，应急的能力以及能源安全的把控，实际上优势非常的明显。

另外，我们整个把数字孪生体的概念也应用到天然气的管网。我们实际上针对这些设备，我们的调度对象就是一个数字孪生体，我们还可以把调控的方案再下发到相应的设备上面去，进行一个闭环和联动。

在效益方面，一个是可以大量节省故障，刚刚说我应急处置的能力提升了之后，我们可以大量的节省故障。我们如果按照故障处理成本五千万元每年的话，我们避免60%故障，可以为企业节省每年三千万元的成本。

另外，我们比较直接的可以提升它的产量，刚才讲的，我们如果压的比较低的话，人工的计算为了安全，没有把压力输送够，压的比较低的情况下，其实输送能力不够，就没有多输气，产量就不太行。我们也做了一个对比，在正常的工矿下，我们大概可以提升10%，在一些异常的情况下，我们可以提升30%。那对整个气矿的直接经济效益也是数亿级的规模。

另外，我们也是保障能源安全，包括能源的数字化转型。还有我们可以减少人工计算的错误，可以快速的生成不同工矿下的调度方案，大量节省调度员的工作负担。原来的调度员他花很多的时间做测算，做计算上面，现在他可能更多的就是关注全网的情况，关注用户怎么更好的去给他们天然气的用户提供优质的服务，他的关注点就会做一些变化。

这是我们重庆气矿的实施，刚才讲的实际上是他们需要调度决策的系统。我们现在接入重庆气矿大概是790口井，包括净化厂站、增压站、脱水站等等，设备数据大概是五千多条，以及五百多条的管线。另外就是我们刚刚介绍的，我们可以为他们提供实时调度的方案，能够实现全井的监控。

这是我们一些截图，刚刚视频里面也有提到过。最终可以实现产量的最大化，提升减负以及运行的安全。

因为天然气调度的工业软件，应该是行业内小小的突破，现在目前西南油气田生产运行部门也把我们这个产品做了一个市场准入商的推荐，他们觉得这是非常好的。

未来来讲，从数字化的角度来讲，我们相信数字化的方式可能会更多的渗透到电网、油气、分布式能源的领域，智能化升级是一个必然的趋势。我们后面也会再加强我们产品的迭代，包括系统的支持，包括算法的优化以及用户体验的改进。

我们也希望通过这次会议，和一些合作伙伴或者是直接的用户建立更多的联系，可以产生一些合作。

最后，简单的介绍一下我们公司的情况。我们锦禹云是2017年成立，目前研发50人，我们也有一些荣誉，大概就是这样子。

谢谢大家。