麦肯锡长期服务于全球电力行业，目前已帮助300多家火电厂（国内近50家）实施了多种优化，包括配煤综合效益提升、精益运营提效降本、数字化诊断和转型等诸多项目。过往案例显示，全面、彻底的数字化转型，不但有助于传统发电企业降本增效，更能提高其企业管理水平和行业竞争力。
当前，全球电力行业格局正经历空前剧变：环保、碳排放和能源安全的压力日益增大；可再生能源的供应愈发多样、竞争逐渐激烈；储能成本稳步下降，进一步加速了新能源的普及；微网系统和相关应用的成熟让分布式发电得到越来越广泛的推广；智能大电网的建设也逐渐加快。新冠疫情暴发后，电力整体需求受企业停工影响而下滑，以欧洲为例，据麦肯锡估算，2020年欧洲全年用电量将比疫情前预测减少5%~10%。电力需求的下降将带动电力批发价格的下滑，这势必严重影响到传统发电企业的短期现金流。面对这些压力，曾经叱咤业界的传统电力巨头再也无法高枕无忧。但剧变之下，它们也迎来了深刻而彻底的转型机遇。
放眼国内，火电行业面临严峻的生存挑战：电力政策对能耗和排放的要求愈发严格；小机组的政策性关停并转逐渐加速；发电小时数常年处于低位；煤价、气价、电价等外部因素的变化也进一步加剧了火电厂的经营压力。从行业结构上看，中国承诺在2030年左右实现二氧化碳排放达到峰值，以逐步摆脱对化石能源的依赖。从技术结构上看，国家政策要求现役/新建电厂大幅降低每千瓦时的平均能耗；同时为加快清洁煤电体系的建设，全国所有具备改造条件的燃煤电厂须尽早实现超低排放。从市场情况来看，近年来某些地区的电煤价格稳步增长；同时，为了鼓励工商业的发展和电力零售业的市场化，煤电、气电标杆上网价格在一些地区亦有下降。近期形势上，受新冠疫情的影响，全国电力需求在第一季度下降6.5%，负荷的整体下降，叠加火电发电优先级别低的特点，使传统发电企业的利润空间进一步压缩。
虽然火电行业的发展势头整体趋缓，但近年来“新基建”和“特高压”的推进，有望在短期内对火电建设起到一定带动作用；同时，在未来相当长的一段时期内，火电企业的现有资产与新增投入仍然将为其持续创造价值。根据麦肯锡的预测，到2035年，全球将仍有超过35%的装机容量为火电。从经营角度来看，虽然健康、可持续的成本结构日益受到发电企业的重视，但许多传统电厂的整体运营仍有较大提升空间，以下为三项最主要的运营管理挑战：
01 端到端降本
目前，大多数火电企业都通过商务谈判等手段在一定程度上降低了燃料采购价格，但仍然较难实现全面、系统的端到端降本。举例而言，为了达成供电煤耗目标，生产部门会要求采购优质动力煤；而采购部门为了完成降本目标，则会寻求同煤种的更低价格。如此往复，便会影响煤质的稳定性，从而干扰生产目标的达成。
02 保持最佳设备运营水平
目前，利用小时数和负载偏低已经成为电力行业的新常态，而火电企业也很难在不同场景下始终如一地保持最佳设备运营水平。举例而言，为了降本，机组交付验收时往往只做标定煤种在80%~90%高负荷下的调试，而不做其它煤种或较低负荷下的调试。因此，火电企业缺乏机组在其它非标定高负荷工况下的参考参数以及调试经验，无法有效应对当前新常态下的工况条件。
03 运用精益理念以及先进的管理方法
在日常的运行和维护中，发电企业往往会忽视精益理念以及先进的管理方法，从而错失捕获可观收益的机会。例如有些火电厂为了节约成本，往往会选择价格相对较低的外部维修团队，从而导致维修停机时间延长。
近年来，全球电力行业开始大力投资数字化建设。2014年至今，全球数字电力基础设施及软件领域投资额的年均增速超过20％。许多全球领先的发电企业已通过成功的数字化转型有效提高了自身竞争力，通过部署包括大数据、机器学习、增强现实等大数据工具，在运营、安全等方面获得了显著提升。数字化建设将催生敏捷而精悍的跨功能团队，有效帮助发电企业在高度不确定的环境中灵活调整生产节奏；数字化建设还可以帮助能源企业重塑价值链，优化工作流程。同时在一些电厂资产即将退休之际，培养员工的优质技能。
麦肯锡曾帮助多家发电企业开展运营转型和重工业数字化转型，过往经验表明，在行业竞争日益加剧的背景下，数字化转型有助于发电企业实现卓越运营，抢占市场先机。转型举措主要包括以下三种：
1，实施端到端燃料综合效益优化，并且利用高级分析和机器学习对价值链开展整体优化，包括从采购、物流、燃料库存管理、发电生产、设备管理与维护到上网议价等各个环节。
2，通过数字工具有效提升设备效率，降低设备漏损。梳理各环节的关键价值漏损点，结合设备运行工况、管网状态、工艺参数情况，全面导入并实施电厂能效提升杠杆；并利用资源配置及实施引擎系统，在电厂中加速推广改善杠杆，从而有效降低能耗、节约成本。
3，通过优化管理体系提升运营稳定性、改善电厂安全。优化、精益管理机制，捕捉运营降本增效机会，针对权责配置、指标设计、目标设定、绩效对话和结果运用等多个环节开展具体分析，以持续实现降本增效。
过往经验显示，综合实施以下三大举措的发电企业通常可将综合供电成本降低4%~8%。
举措一：燃料综合优化
燃料综合优化囊括了整个价值链，包括从采购、物流、燃料库存管理、发电生产、设备管理与维护到上网议价等各个环节的优化。面对复杂的输入与输出元素，可引入神经网络算法对多元变量进行非线性优化，从而发现各元素间的重要关联，以追求综合效益的最大化。以煤电为例（见图1），燃料的综合优化有助于促使采购、煤场、生产运行各部门高度协同合作，有效监控和追踪价值链各个环节的指标。
以麦肯锡服务过的一家国内领先电厂为例，其平均供电煤耗数据业内领先，但各机组的供电煤耗波动却超过5%。通过原燃料综合效益优化，该电厂实现了精益配煤掺烧：通过大数据模型并结合机组现状，准确识别市场上适合该型锅炉的煤炭组合的定价套利空间，从而实现买煤、验煤、储煤、掺配等四大环节的优化以及整体经济效益的提升。
为保证系统有效运行，该电厂遵循端到端的改善思路，综合调整了如下五个相关环节：
选煤：对煤源进行全面梳理和参数分析；明确设定选煤的约束条件；科学计算最佳配比。
配煤：由专门的机构及人员利用专业设备精细配煤；保证在各项指标实现均匀掺配。
用煤：设定明确清晰的掺配目标参数；预先检验，确保入炉煤符合要求；根据入炉煤的实际参数优化操作。
考核：设定明确的配煤考核指标；对燃烧效果进行持续检测和分析。
激励：将配煤掺烧效益与绩效挂钩；制定配煤掺烧的相应激励制度。
该电厂用了3个月时间改进项目，总共识别出改进潜力近3亿元人民币，快速落袋年化收益近1亿元人民币。
举措二：设备效率优化
火电企业利用机器学习等高级数据分析方法，通过对设备、操作各环节的关键参数进行高级分析和寻优，找到不同负荷区间的最佳操作参数搭配；并通过对配风量、喷嘴角度等细节参数的控制，尽可能优化能耗，实现不同负荷下的降本增效。数字工具和高级分析技术的引入可帮助企业了解能耗及效率变化的原因，相应制定有针对性的行动，并持续监控改进。
以一家欧洲领先的燃气电厂为例，我们收集了该电厂一整年的生产数据，并对1600个变量进行了测试。结果显示，常见因素（如单位产量、环境温度、相对湿度和管道阻燃操作）的变化仅能解释25%左右的耗热变化，另外75%左右的变化则是由一系列容易被忽视的因素所致，包括冷却塔设置点、入口气体温度和MVAr （兆伏安培活性）设置点等（见图2）。这些发现以及后续的针对性改进，每年为该企业节省了约200万欧元的运营成本。
在另一个案例中，国内某煤电企业发现锅炉主蒸汽温度变化浮动较大，造成了0.3%的燃料损失（见图3）。麦肯锡专家通过分析传感器收集到的数据，从中识别出若干项重要参数；并且开发了一个决策树模型，用大量数据对此模型进行训练，以提升其准确性；此外也应用了高级算法优化模型对温差调整进行模拟，最终发现喷嘴的位置是决定温度浮动的关键要素。这番努力为企业挽回了90%以上的经济损失。
举措三：建立以预防性策略为中心的管理体系
发电企业往往会在计划停机方面投入大量精力，却忽略了在日常运维中以精益理念降低风险、消除隐患、减少价值漏损的重要性，从而错失捕获可观收益的机会。发电企业首先应当全面引入、梳理并建立以预防性策略为中心的管理体系，以提升关键设备的可靠性及产能，从而达到持续降本增效的目标；其次，发电企业还应深入分析故障原因，明确改善及维护策略，将计划性的预防维护更普遍地应用于关键设备，并以最高效的方式管理维修工程，以加强维修项目的针对性，提高按时完成率和检修质量管控的水平；最后，发电企业应当积极开展点检、润滑等自主维护，并动员一线员工保持设备状况，及时发现异常，在提升可用性及安全的前提下，尽可能减小设备的总寿命成本，从而有效降低电厂的运营成本。
以最简单的泵故障为例，发电企业可将大数据分析的结果导入模块化分析工具，层层梳理问题，确定根本原因，形成最终改进方案（见图4）。举例而言，国内某热电厂实施优化之前，其半年内的计划及非计划停机时间远高于行业平均水平。不过，通过深入分解故障根本原因，建立预防性维护机制，提升内部与外部维修管理水平，该电厂得以有效减少停机次数与停机时间；并通过降低启停成本来增加了年发电小时数，最终实现年均有效降本数千万元人民币。
除了提升燃料、设备和管理的表现，数字化转型还可为发电企业带来其他改善机会。
对发电企业而言，数字化转型的影响将远远超出燃料、效率、管理和安全这几个领域。一旦开展数字化运营，发电企业就能够以高级分析技术来提高最低和最高负荷、优化匝道速率，从而提升电厂作业灵活性；同样，发电企业也可以引入传感器来持续监测排放水平，并通过自动控制技术调整催化剂输入，从而提高环境合规性；由数字化技术支持的精益运营还可以帮助发电企业控制物流支出，优化水处理和空气质量控制等（见图5）。
此外，电力行业是一个涉及巨型复杂设备与庞大资产的行业，一场事故就可能是一场灾难，因此安全理应是发电企业的重中之重。人们普遍认为，经验不足以及过度疲劳是导致工伤的主要原因，但很多相对较不明显的因素也可能诱发事故。发电企业若能采用高级分析技术对操作数据、安全记录和外部来源进行分析，将有助于操作人员加深对风险的理解，有效识别导致风险升高的因素，准确预估风险影响，并根据预期影响对风险排序，从而为预防性规划提供信息。
开始行动
数字工具和技术本身并不创造价值，它们只有紧密结合一线作业情况，才能形成有效的解决方案，因此数字化转型绝不可闭门造车。只有充分考虑了现有流程、设备和员工能力的解决方案，才能推动真正有效的转型变革，从根本上改变发电企业的运营模式，充分释放数字技术的价值潜能。
具体而言，我们建议发电企业在转型规划阶段关注以下问题：
1，端到端工作流。局部的数字化解决方案只是权宜之计，不会让企业产生质的飞跃。每一个局部的数字化举措都应该与整体的转型规划遥相呼应。
2，了解用户需求。任何一个转型举措都应着眼于实际的工作目标。这就意味着要深入调研操作人员、维护计划人员、采购人员、材料处理人员以及其他工作人员的岗位情况。只有切身理解各个岗位的职责，才能明确痛点，确定转型计划的优先任务。
3，将安全与可靠视为第一要务。发电企业应当确保模式的改变不会损害运营的可靠性，以避免危及员工与民众的安全；另外，这种改变也不应侵蚀已经在企业内部确立的卓越文化。
4，贯彻敏捷开发。在安全可靠的前提下，发电企业应当尽快测试新想法和新技术，实现高频迭代，而不是以传统的瀑布式开发方法缓慢推进。
5，放眼未来。发电企业应当大胆开展早期测试，接受小范围的失败。不仅要考虑现有产品在当下产生何种影响，更要思考解决方案广泛铺开之后，整个企业的未来将发生何种变化。
结合发电企业转型阶段的需求，麦肯锡将转型举措整合为端到端的工具，其中主要包括：
1，原燃料综合效益优化（Value-in-Use, VIU）：通过综合效益数学优化模型的建立，对煤电价值链上从采购、物流、燃料的库存管理、发电生产、设备的管理和维护到上网议价的各个环节实现全面系统的端到端降本。
2，资源有效性12大工具（包括持有成本分析、能源流分析、负载曲线分析等）：聚焦关键漏损点，结合各设备运行工况、管网状态、工艺参数情况全面导入，实施电厂能效提升杠杆。
3， 组织管理优化工具：帮助发电企业优化权责配置、指标设计、目标设定、绩效对话和结果运用等多个环节开展具体分析，以确定针对性的措施。在强化和健全端到端的业绩指标体系的同时，通过强化业绩对话、业绩考核和绩效管理，真正实现业绩管理的有效闭环。
作者：
陈嘉文：麦肯锡全球董事合伙人，常驻上海分公司
汪小帆：麦肯锡全球董事合伙人，常驻上海分公司
许浩：麦肯锡全球董事合伙人，常驻北京分公司
Peter Safarik：麦肯锡全球董事合伙人，常驻芝加哥分公司
全亮：麦肯锡全球副董事合伙人，常驻上海分公司
陈持平：麦肯锡资深专家，常驻北京分公司
