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当下,人类正面临着日益严重的能源短缺和环境破坏问题,找寻到可再生的清洁能源是人类实现绿色、低碳、可持续的发展的前提条件。风能,作为最具商业潜力、最具活力的可再生能源之一,成本较低,开发历史悠久,取之不尽用之不竭,既可以为经济增长提供稳定电力供应的同时,又可以有效缓解空气污染、水污染和全球变暖问题,优势凸显。
海上风电优势凸显,制约因素不容忽视
风力发电主要分为陆上和海上风电两大类,其中最关键的因素就是风的大小,而海上风况普遍优于陆上。风力机的发电功率与风速的三次方成正比, 因而同等条件下海上风力机的年发电量能比陆上高70%。同时海上很少有静风期, 因此风力机的发电时间更长。
此外,我国的经济带主要集中在沿海地区,沿海地区集中了我国最发达的城市群和最集中的人口,能源需求巨大。但我国东部地区能源基础较为薄弱,而海上风电有着天然的海洋属性,从而具有临近负荷中心的优势。
由此可见,我国海上风电的前景比陆上风电更为广阔,海上风电作为发展趋势已是可以预见的将来,有望成为我国风电产业发展的新动力。国家风电“十三五”规划提出,到2020年底,风电累计并网装机容量确保达到 2.1亿千瓦以上,其中海上风电并网装机容量达到500万千瓦以上。然而,海上风电的发展却并非一帆风顺。
制约海上风电发展的因素主要是运营成本居高不下与技术水平受限,进入2020年后,海上风电发展又迎来更艰巨的挑战。2020年2月,国家提出新增海上风电不再纳入中央财政补贴范围,从商业模式和技术水平来看,无疑给海上风电全行业增加了新一重挑战。
一方面,海上风电大多建设在距海岸数十千米处,由于远离海岸,海上风电机组在恶劣的海洋环境影响下,螺栓等易损件失效加快,机械和电气系统故障率大幅上升,导致检修维护的频次加快,同时运行与维护需要特殊的设备和运输工具,导致后期维护支出大大增加。在海上风电项目中,后期运营维护费用往往占去大半,远超机组设备成本,而远离大陆不适宜现场测试和作业,又再度面临高昂的成本压力。
另一方面,当前很多海上风电运维的技术水平尚未成熟。客观因素是机组故障率高,维修工作量大,但执行的仍是被动运维模式,通常是出现问题之后才去出海维修,缺乏精准地资源统筹规划和安排。此外,运维人员定检周期对风机进行计划性保养与测试和风机报故障,运行调度人员通知运维人员前往现场处理相结合。然而,在运维作业过程中,受天气和环境因素的多重影响,加之大型维修装备匮乏,运维团队的安全风险大,维护作业的效率非常低下,预防性检修方式也不尽合理,过度维修、盲目维修的现象也屡见不鲜。
综上所述,行业的当务之急正是要找到对设备运行状况进行全面监测、集约高效、又具有成本优势的智能化风电机组状态监测解决方案,这也已成为海上风电产业破局的关键所在。
亚洲规模最大的海上风电集群如何借力超融合技术破局?
10月12日,国家电投江苏滨海南H3海上风电项目首台风机顺利并网,这标志着国内首个数字化、智慧化海上风力发电场已进入投运阶段。该项目不仅破解了海上风电产业当前面临的这两大瓶颈,也成为了标杆项目,为整个行业产生积极的示范效应。
据悉,滨海南H3海上风电项目建成后将与已运营的滨海北H1#100MW、滨海北H2#400MW两个海上风电场共同构成亚洲规模最大的海上风电集群。届时,年发电量总计将达到20亿千瓦时(相当于北京市6天用电量),与传统燃煤火电机组相比,每年可节约标煤66万吨,减少二氧化碳排放158万吨。
毋庸置疑,项目体量规模巨大会对后期运维提出更高的要求。那么,这个亚洲规模最大的海上风电集群究竟采用了什么样的技术方案,一举打破了海上风电的行业沉疴?
原来,滨海南H3海上风电项目的数字化智能化实施单位江苏未来智慧科技公司与浪潮联手,利用浪潮超融合一体化解决方案打造了云边协同的海上风电场智慧监测平台,这样一来,因运营成本居高不下与技术水平受限而造成的难题迎刃而解。
在滨海南H3#海上风电项目中,项目要求使用基于自主可控的硬件基础设施、数据库、操作系统等,建立结合大数据、物联网、人工智能等技术,结合发电行业业务需求,数据治理模型、生产实时数据分析处理等行业能力,构建H3海上风电公司工业互联网平台——浪潮超融合一体化解决方案可以完全满足未来智慧对该平台的所有需求。
针对该风电项目的需求与特点,并吸取常规风电项目的前车之鉴,浪潮与未来智慧的联手合作打造了云边协同的海上风电场智慧监测平台,以边缘计算、三维可视化、在线监测、大数据分析、深度学习等信息技术为支撑,利用“互联网+”理念,利用风电场特色建立一套编码标准、一个工业互联网平台、建立智能化海上风电的基础设施,其中一套编码标准包括海上风电RDS-PP编码标准,智能化基础设施包括三维数字化移交、在线监测诊断、海上升压站数字巡检和安防、安全态势感知及主动防御。
云边协同运维成本骤降,搭建边缘计算中心提升运维水平
依托这一平台,该海上风电场实现了风电场设备统一运行监控、统一数据管理的全生命周期智慧化管理;实现了无人值守下数据实时采集,实时动态了解设备运行状况;最终达成了在线监控海上风电主要设备,保障安全、优化运行维护策略,降低运营成本的“智慧风电场”目标。
具体而言,该平台利用传感器将发电设备的转速、倾角、油液等信息接入超融合系统,在边缘分析数据并传递有效信息到云中心,打通云边端,实现了无人运维、边缘自治、协同部署,大幅降低建设运维成本,通过科技手段助力绿色清洁能源开发,推动可持续发展。
不仅如此,该项目完成了升压站、风机监控两个部分的边缘计算节点的部署,升压站边缘计算节点实现升压站数据采集与计算、机器人协同;风机监控边缘计算节点实现对于风机状态监控采集、计算以及风机整体数据的采集与计算等功能。
当前,海上风电运维成本占据海上风电成本的一半以上。降低运维成本是降低海上风电成本的关键。对于如何降低运维成本,浪潮云计算与大数据产品线首席架构师赵志祥解释道,“发电设备的态势感知传感器接入浪潮超融合InCloud Rail,在边缘侧进行叶片转速、高性能倾角、润滑油状态监测、振动状态感知等数据分析,有效信息传至云中心,通过云边协同大幅降低建设运维成本。”
而在如何提升该风电项目的运维技术水平方面,据滨海南H3项目数字化智能化实施单位江苏未来智慧信息科技限公司常务副总经理宫照海透露,“依托工业互联网平台,在传统的SCADA系统基础之上增加了五类传感器和边缘计算的节点,实现了从感知到边缘计算,相当于在海上升压站建设了一个边缘计算的中心。同时,在陆上升压站建设一个云平台,实现了云边协同。”
对于和浪潮的本次合作,未来智慧方面给予了充分的肯定,其信息科负责人直言,“浪潮云海超融合InCloud Rail的性能和稳定性是超出我们预期的,其强大功能为公司的核心应用系统开发和正式业务生产提供了可靠保障。同时,浪潮完善的客户服务体系为整个公司带来了非常友好的用户体验。”
数字化智能技术融合创新,海上风电产业大有可为
实际上,海上风机复杂的应用场景,对硬件平台和软件平台都是巨大考验,技术水平难以达到风电场的要求,同时难以解决运维实际问题,这也正是多年来众多海上风电项目始终难以从源头上降本增效的重要原因。因而,符合项目需求、解决行业痛点的数字化智能技术呼之欲出。
从滨海南H3项目中可以看出,当前海上风电项目对数据传送的及时性、应用的承载能力和大数据的融合能力提出了更高要求,这要求边缘站点提供超融合的云数智能力,也就意味着对服务供应商的数字化能力提出越来越高的要求。
宫照海认为,伴随海上风电的规模化发展,传统的集控方式难以应对成千上万台风机的数据传递、分析和智能运维,需要基于工业互联网的架构模式,在边缘侧打造智能化的集控场站。在智能化集控场站之上,再构建区域的集控中心。在此背景下,风电行业的业务场景正逐渐向边缘端迁移,海量数据亟需在边缘进行预处理,低时延、高并发的业务场景进一步放大了边缘微数据中心、远程运维和降级自治等需求。
未来,随着我国海上风电规模化部署,提升容量系数,降低建设和运营成本,海上风电成本也将进一步下探。这个过程中,诸如浪潮这一类的数字化服务供应商将越来越多的投身到助力海上风电产业的建设与运营中去。届时,海上风电终究突破行业发展桎梏,迎来蓬勃发展的黄金时期,也将为我国更好地利用清洁能源进行可持续发展贡献重要力量。
