DOI: 10.3969/j.issn.1000-6826.2022.03.1002 人工智能在钢铁能源管控 中的应用 Application of Artificial Intelligence Technology in Energy Management and Control of Iron and Steel Industry 供稿|赵耕 1，柳军 1，孙文权 2，张哲 1，刘向国 挑战，本文介绍了钢铁工业能源管控的现 状，分析了驱动人工智能在钢铁工业能源管控领域应用的重要技术，结合钢铁工业人工智能应用实 例讨论了典型人工智能技术应用于钢铁能源管控的可行性和存在的问题，指出钢铁智慧能源的未来 发展趋势为：如何实现机理、数据、知识等多模型合理深度融合；运算结果的可解释性提升。钢铁 企业智能化、绿色化需求必将使人工智能深度融入钢铁能源综合管控。 随着能源管理系统 日趋复杂、个性化产品需求日益强烈，传统的模型 方法与技术体系已遇到瓶颈，无法有效应对大数 据、物联网等新场景、新模式带来的挑战。而人工 智能热潮的到来，为上述问题的解决提供了新的 途径。 钢铁工业能源管控的现状与发展需求 钢铁生产是我国国民经济的重要支柱产业，也 是能源消耗大户。据 2017 年统计数字，我国钢铁协 会会员单位吨钢能耗 (折合标准煤消耗)570.5 kg/t， 较上一年度降低了

智能化能源管控平台 整体解决方案 需求分析 01 解决方案 02 特点 & 效果 03 业绩 & 效益 04 PA RT O N E 1需求分析 钢铁行业能源管理三个层级 LEVEL 3 LEVEL 2 LEVEL 1 基于全流程优化与系统节能思想的能源管理，重点关 注全生产流程及工序间的优化与协调，期望实现公司 整体节能效益的最大化。 基于能源介质平衡的能源管理，重点关注一次能源及 钢铁行业能源管控痛点问题 Ø 能源站所室分散，从生产效率、 管 理 效 益 和 人 员 优化上都存在很大提升空间； Ø 大多原能源管理系统只关注在生 产 监 视 、 报 表 数 据，能源生产平衡主要依靠人员调度指挥； Ø 缺少对用户在能效、能耗方面的数据分析； Ø 缺少能源各专业系统间的深层次分析和协同。 PA RT T W O 2解决方案 远程集控 视频安防 基础管理 基础管理 移动应用 智能专家 平台建设内容 一个系统平台 一个数据中心 五大支撑系统 平台功能架构 智能化能源管控系统平台 智能化管理 实现全流程管理信息化、数字化，利用大数据技术分 析能效能耗，预测能源产生和消耗，评价能源管理水 平，实现科学化的管理节能； 自动化运行 优化工艺流程，提高自动化运行水平，让生产操作简 单、易用、安全、稳定； 集约化操控 对基础设备进行升级改造，实现站所室全面无人值守

第四章 我国煤矿智能化科技攻关方向与重点任务 ............ 28 （一）信息基础设施向网络综合承载与数据融合应用发展 .... 28 （二）地质保障向精准探测与隐蔽致灾精准防控方向发展 .... 29 （三）掘进系统向数智少人化方向发展 .................... 30 （四）综采智能化向高阶数智开采方向发展 ................ 31 （七）矿井通风智能化向无人本安自主化方向迈进 .......... 33 （八）供电智能化向数字低碳方向发展 .................... 34 （九）煤矿灾害预警向多模态智能防控方向迈进 ............ 35 （十）煤矿大模型向通专融合的高价值场景驱动发展 ........ 36 （十一）煤矿机器人向具身智能方向发展 .................. 37 点任务。2021 年，国家发展改革委等四部门联合印发了《能源领域 5G 应用实施方案》，在智能煤矿板块提出建设煤矿井上井下 5G 网络基 础系统，搭建智能化煤矿融合管控平台、企业云平台和大数据处理中 心等基础设施，打造“云-边-端”的矿山工业互联网体系架构。2023 年，工业和信息化部、应急管理部、国家矿山安全监察局等 17 部门 联合发布《“机器人+”应用行动实施方案》，要求推动研制矿山机

战略演进。在国家数字化战略的引领下，能源领域已成为技 术创新和应用的先锋。2022年1月发布的《“十四五”现代能 源体系规划》中明确了数字化和智能化在能源产业升级中的 核心地位，倡导利用人工智能、云计算、区块链、物联网和 大数据等前沿技术实现能源系统的全环节智能协同。2023年 相继发布的《数字中国建设整体布局规划》和《关于加快推 进能源数字化智能化发展的若干意见》强调了能源等关键领 域 动能源产业清洁低碳转型、支持新型电力系统建设、促进油 气行业绿色低碳发展以及构建数字能源生态系统中的关键作 用。这一规划的发布标志着中国能源战略正向智能化和自动 化的深层次发展迈进，旨在通过新一代信息技术，如人工智 能、云计算、区块链、物联网和大数据，实现能源系统的高 效预测、预警、联合调度和远程控制。2024年7月，随着《加 快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》的发布， 新型电力系统的建设目标被进一步细化。该方案围绕“清洁 用，促进能源生产、运输、 消费等各环节智能化升级， 推动能源行业低碳转型 2022.01 2022.06 2023.03 2022.03 2023.02 2024.07 加强新一代信息技术、人工智能、 云计算、区块链、物联网、大数据 等新技术在能源领域的推广应用。 适应数字化、自动化、网络化能源 基础设施发展要求，建设智能调度 体系，实现源网荷储互动、多能协 同互补及用能需求智能调控 加强电网基础设施建设及智能化升

战略演进。在国家数字化战略的引领下，能源领域已成为技 术创新和应用的先锋。2022年1月发布的《“十四五”现代能 源体系规划》中明确了数字化和智能化在能源产业升级中的 核心地位，倡导利用人工智能、云计算、区块链、物联网和 大数据等前沿技术实现能源系统的全环节智能协同。2023年 相继发布的《数字中国建设整体布局规划》和《关于加快推 进能源数字化智能化发展的若干意见》强调了能源等关键领 域 动能源产业清洁低碳转型、支持新型电力系统建设、促进油 气行业绿色低碳发展以及构建数字能源生态系统中的关键作 用。这一规划的发布标志着中国能源战略正向智能化和自动 化的深层次发展迈进，旨在通过新一代信息技术，如人工智 能、云计算、区块链、物联网和大数据，实现能源系统的高 效预测、预警、联合调度和远程控制。2024年7月，随着《加 快构建新型电力系统行动方案（2024—2027年）》的发布， 新型电力系统的建设目标被进一步细化。该方案围绕“清洁 用，促进能源生产、运输、 消费等各环节智能化升级， 推动能源行业低碳转型 2022.01 2022.06 2023.03 2022.03 2023.02 2024.07 加强新一代信息技术、人工智能、 云计算、区块链、物联网、大数据 等新技术在能源领域的推广应用。 适应数字化、自动化、网络化能源 基础设施发展要求，建设智能调度 体系，实现源网荷储互动、多能协 同互补及用能需求智能调控 加强电网基础设施建设及智能化升

提高职工的幸福感与获得感作为智能化煤矿建设的根本目标，通 过实施新一代信息技术提高煤矿智能化水平，促进煤矿安全、质 量、效率与效益的稳步提升。 （三）建设目标 按照《指导意见》提出的三阶段目标，重点突破智能化煤矿 综合管控平台、智能综采（放）、智能快速掘进、智能主辅运输、 智能安全监控、智能选煤厂、智能机器人等系列关键技术与装备， 形成智能化煤矿设计、建设、评价、验收等系列技术规范与标准 体系，建成一批多种类型、不同模式的智能化煤矿，提升煤矿安 对于晋陕蒙等大型煤炭基地的生产煤矿，应全面进行智能化 升级改造，重点提高采煤工作面智能化水平、掘进工作面减人提 效和远程控制、智能安全生产水平，井下水泵房、变电所等固定 2 岗位全部实现无人值守作业，形成基于综合管控平台的智能一体 化管控；对于中东部矿区等建设基础较薄弱的生产煤矿，重点进 行基础信息系统、机械化+智能化的采掘系统、重大安全隐患的智 能预警系统、智能安全监测系统等建设，实现减人、增安、提效； 对于云贵基 开展煤矿智能化顶层设计，采用先进生产工艺、技术与装备，全 面建设信息基础设施、智能化生产系统、智能化综合管控平台等， 形成完整的智能化煤矿安全高效运维体系。 2.露天煤矿智能化建设目标 生产煤矿重点提升基础网络、数据中心、感知系统、智能装 备、机器人等建设，重点建设远程操控系统、无人驾驶系统、远 程运维系统、综合管控系统等，实现开采环境数字化、剥采装备 智能化、生产过程遥控化、信息传输网络化和经营管理信息化。

4 未上市特色公司标杆研究 5 海康威视标杆研究 3 常识数据 • 2017 年全国城市供水管道长度约 78.3 万公里，比上年增长 4.9% 。 • 水十条中提出“到 2020 年供水漏损率控 制在 10% 以内”的目标，全国 654 个城 市平均管网漏损率超过 15% ，最高达到 70% 以上，尤其农村更加严重，总体距 发达国家 6-8% 还有较大的差距。 • 2017 年全国城市排水管道长度达到 处理、再生水综合利用等过程。 • 技术结构：在这个过程中，智能水表硬件终端、 NB-IoT/LoRa 通信、云计算、系统方案集成等 一系列技术相辅相成，以此实现由传统水务向智 慧水务的高效能转变。 • 参与主体：“智慧水务”行业由两大主体组成： 水务集团和解决方案提供商，其中后者包含工业 设备系统集成商、软件系统集成商、云服务商等， 并且工业设备系统集成商又包含电气自控类企业、 水表类企业、水泵类企业等等一系列相关企业。 管网压力智能控制系统 – 水源井远程控制系统 – 管网巡检系统 – RFID 抄表管理系统 – 短距离无线抄表系统 – 消防栓管理系统 – 化验室水质管理系统 – 移动信息化平台 – SCADA 云平台解决方案 – 应急调度解决方案 – 管网建模解决方案 – 渗漏预警系统解决方案 – 智慧农村供水 – 供水分区计量管理系统 – 物联户表集抄系统 • 智慧排水 – 排水 / 污水泵站远程监控系统

台达数百家，国家、省、企业三级协同联动的技术监测服务体 系基本建成，有效带动企业“上云用数赋智”。 （三）工业互联网通用体系架构 2017 年，工业互联网产业联盟在工信部指导下组织编写 《工业互联网平台白皮书》，其中指出“工业互联网平台是面 向制造业数字化、网络化、智能化需求，构建基于海量数据采 集、汇聚、分析的服务体系，支撑制造资源泛在连接、弹性供 给、高效配置的工业云平台”。其通用体系架构如下所示： 图 1 工业互联网通用体系架构 边缘层通过各类通信手段实现对各类设备、传感器、PLC、 控制系统等的海量数据采集，依托协议转换实现多源异构数据 的标准化，利用边缘计算实现底层数据的汇聚处理。基础设施 层以公有云、私有云、混合云等云资源的方式提供可弹性调度 的计算、存储和网络资源，并对云资源进行统一编排，智能监 控和优化资源分配，同时保障数据传输过程中的安全。平台层 提供工业数据管理能力，将技术、知识、经验等资源固化为可 移植、可复用的工业微服务组件，构建应用开发环境，实现工 能源化工行业已开展初步应用，实现能源化工、大数据、人工 智能等技术交叉系统性突破，针对共性问题形成了面向能源化 工行业的解决方案，构建新型工业应用，加速核心技术创新。 国内外工业软件巨头已依托平台开展全链条工业软件云化重构， 加快上云迁移，变革型技术产品不断涌现，并持续向高价值场 景适配验证。数据集成能力进一步加强，工业互联网集成技术 向更深层次的模型集成和更广范围的数据主线演进，为数据和 模型融合决策提供底座支撑，使更深层次的互联互通互操作成

尔英福科技有限公 司、上海易碳数字科技有限公司、江苏擎天工业互联网有限公司、 陕西能碳宝科技有限公司、中化能科碳资产运营有限公司、湖州新 能源云碳中和研究院、上海智洋数能科技有限公司、北京建谊集 团、鲲鹏智慧健康科技（深圳）有限公司、徐工汉云技术股份有限 公司、中国联合网络通信集团有限公司、南京旗云中天科技有限公 司、罗克佳华科技集团股份有限公司、中海华壹科技、中电科普天 科技股份有限公司、普天通信有限责任公司 2024 年 8 月 国务院办公厅印发《加 快构建碳排放双控制 度体系工作方案》 要求将碳排放指标及相关要求纳入国家 规划，明确了“十五五”时期要建立强度 控制为主、总量控制为辅的碳排放双控 制度，建立碳达峰碳中和综合评价考核 制度，强调要如期实现碳达峰目标。 2024 年 8 月 底 中央网信办、国家发展 改革委、工信部等九个 部门印发《数字化绿色 化协同转型发展实施 指南》 点，随后出台的《中共中央 国务院关于全面推进美丽中国建设的意见》进一步 明确了减污降碳协同增效的相关举措和安排。此后，生态环境部、工信部、国家 发展改革委、财政部等多个国家部委纷纷联合制定政策，部署了源头防控、突出 重点领域、开展模式创新、优化环境治理等任务分工，从监管、制度、标准、能 力方面形成合力，系统推进减污降碳扩绿增效相关领域工作落实。 表 2 2024 年部委联合制定主要实施方案、意见列表

建造、故障预测与健康管理、运营管理等。 未来具体的技术发展趋势包括基于数字孪生的船舶设计建造一体化、基于数字孪生的船舶虚实融合试验、 多学科船舶数字孪生模型精准构建与同步演化、船岸虚实平行运维管控等。 表 2.1 机械与运载工程领域 Top 10 工程研究前沿 序号 工程研究前沿 核心论文数 被引频次 篇均被引频次 平均出版年 1 船舶数字孪生系统 23 589 25.61 2020.3 纤维素基纳米发电机规模化制备工艺及装备。 2.1.2 Top 3 工程研究前沿重点解读 2.1.2.1 船舶数字孪生系统 迈入 21 世纪，船舶数字化、智能化、网络化转型逐渐成为全球船舶工业发展的重要趋势。随着云计算、 物联网、大数据、人工智能等新一代信息技术的发展与成熟，船舶工业迎来转型发展的新机遇。以转型升 级为目标，各国相继出台政策推动智能船舶发展。其中，船舶数字孪生系统作为推动船舶工业信息物理融合、 好地分析、优化、增强物理船舶的目的。 船舶数字孪生系统自概念提出至今，经历了理论框架研究、局部应用探索、深化技术攻关的过程，并 开始逐步进入体系能力建设阶段。在早期的理论框架研究中，形成了数字孪生船舶全生命周期管控理论、 运行机制、关键技术体系、各阶段应用框架等理论性成果。在理论指导下，数字孪生在船体结构、承压结构、 推进系统、热力系统等关键系统的应用探索得以开展，并主要针对设计、建造或运维中的特定环节。随着