當下,人類正面臨著日益嚴重的能源短缺和環境破壞問題,找尋到可再生的清潔能源是人類實現綠色、低碳、可持續的發展的前提條件。風能,作為最具商業潛力、最具活力的可再生能源之一,成本較低,開發歷史悠久,取之不盡用之不竭,既可以為經濟增長提供穩定電力供應的同時,又可以有效緩解空氣污染、水污染和全球變暖問題,優勢凸顯。

　　

　　海上風電優勢凸顯,制約因素不容忽視

　　

　　風力發電主要分為陸上和海上風電兩大類,其中最關鍵的因素就是風的大小,而海上風況普遍優于陸上。風力機的發電功率與風速的三次方成正比, 因而同等條件下海上風力機的年發電量能比陸上高70%。同時海上很少有靜風期, 因此風力機的發電時間更長。

　　

　　此外,我國的經濟帶主要集中在沿海地區,沿海地區集中了我國最發達的城市群和最集中的人口,能源需求巨大。但我國東部地區能源基礎較為薄弱,而海上風電有著天然的海洋屬性,從而具有臨近負荷中心的優勢。

　　

　　由此可見,我國海上風電的前景比陸上風電更為廣闊,海上風電作為發展趨勢已是可以預見的將來,有望成為我國風電產業發展的新動力。國家風電“十三五”規劃提出,到2020年底,風電累計并網裝機容量確保達到 2.1億千瓦以上,其中海上風電并網裝機容量達到500萬千瓦以上。然而,海上風電的發展卻并非一帆風順。

　　

　　制約海上風電發展的因素主要是運營成本居高不下與技術水平受限,進入2020年后,海上風電發展又迎來更艱巨的挑戰。2020年2月,國家提出新增海上風電不再納入中央財政補貼范圍,從商業模式和技術水平來看,無疑給海上風電全行業增加了新一重挑戰。

　　

　　一方面,海上風電大多建設在距海岸數十千米處,由于遠離海岸,海上風電機組在惡劣的海洋環境影響下,螺栓等易損件失效加快,機械和電氣系統故障率大幅上升,導致檢修維護的頻次加快,同時運行與維護需要特殊的設備和運輸工具,導致后期維護支出大大增加。在海上風電項目中,后期運營維護費用往往占去大半,遠超機組設備成本,而遠離大陸不適宜現場測試和作業,又再度面臨高昂的成本壓力。

　　

　　另一方面,當前很多海上風電運維的技術水平尚未成熟。客觀因素是機組故障率高,維修工作量大,但執行的仍是被動運維模式,通常是出現問題之后才去出海維修,缺乏精準地資源統籌規劃和安排。此外,運維人員定檢周期對風機進行計劃性保養與測試和風機報故障,運行調度人員通知運維人員前往現場處理相結合。然而,在運維作業過程中,受天氣和環境因素的多重影響,加之大型維修裝備匱乏,運維團隊的安全風險大,維護作業的效率非常低下,預防性檢修方式也不盡合理,過度維修、盲目維修的現象也屢見不鮮。

　　

　　綜上所述,行業的當務之急正是要找到對設備運行狀況進行全面監測、集約高效、又具有成本優勢的智能化風電機組狀態監測解決方案,這也已成為海上風電產業破局的關鍵所在。

　　

　　亞洲規模最大的海上風電集群如何借力超融合技術破局?

　　

　　10月12日,國家電投江蘇濱海南H3海上風電項目首臺風機順利并網,這標志著國內首個數字化、智慧化海上風力發電場已進入投運階段。該項目不僅破解了海上風電產業當前面臨的這兩大瓶頸,也成為了標桿項目,為整個行業產生積極的示范效應。

　　

　　據悉,濱海南H3海上風電項目建成后將與已運營的濱海北H1#100MW、濱海北H2#400MW兩個海上風電場共同構成亞洲規模最大的海上風電集群。屆時,年發電量總計將達到20億千瓦時(相當于北京市6天用電量),與傳統燃煤火電機組相比,每年可節約標煤66萬噸,減少二氧化碳排放158萬噸。

　　

　　毋庸置疑,項目體量規模巨大會對后期運維提出更高的要求。那么,這個亞洲規模最大的海上風電集群究竟采用了什么樣的技術方案,一舉打破了海上風電的行業沉疴?

　　

　　原來,濱海南H3海上風電項目的數字化智能化實施單位江蘇未來智慧科技公司與浪潮聯手,利用浪潮超融合一體化解決方案打造了云邊協同的海上風電場智慧監測平臺,這樣一來,因運營成本居高不下與技術水平受限而造成的難題迎刃而解。

　　

　　在濱海南H3#海上風電項目中,項目要求使用基于自主可控的硬件基礎設施、數據庫、操作系統等,建立結合大數據、物聯網、人工智能等技術,結合發電行業業務需求,數據治理模型、生產實時數據分析處理等行業能力,構建H3海上風電公司工業互聯網平臺——浪潮超融合一體化解決方案可以完全滿足未來智慧對該平臺的所有需求。

　　

　　針對該風電項目的需求與特點,并吸取常規風電項目的前車之鑒,浪潮與未來智慧的聯手合作打造了云邊協同的海上風電場智慧監測平臺,以邊緣計算、三維可視化、在線監測、大數據分析、深度學習等信息技術為支撐,利用“互聯網+”理念,利用風電場特色建立一套編碼標準、一個工業互聯網平臺、建立智能化海上風電的基礎設施,其中一套編碼標準包括海上風電RDS-PP編碼標準,智能化基礎設施包括三維數字化移交、在線監測診斷、海上升壓站數字巡檢和安防、安全態勢感知及主動防御。

　　

　　云邊協同運維成本驟降,搭建邊緣計算中心提升運維水平

　　

　　依托這一平臺,該海上風電場實現了風電場設備統一運行監控、統一數據管理的全生命周期智慧化管理;實現了無人值守下數據實時采集,實時動態了解設備運行狀況;最終達成了在線監控海上風電主要設備,保障安全、優化運行維護策略,降低運營成本的“智慧風電場”目標。

　　

　　具體而言,該平臺利用傳感器將發電設備的轉速、傾角、油液等信息接入超融合系統,在邊緣分析數據并傳遞有效信息到云中心,打通云邊端,實現了無人運維、邊緣自治、協同部署,大幅降低建設運維成本,通過科技手段助力綠色清潔能源開發,推動可持續發展。

　　

　　不僅如此,該項目完成了升壓站、風機監控兩個部分的邊緣計算節點的部署,升壓站邊緣計算節點實現升壓站數據采集與計算、機器人協同;風機監控邊緣計算節點實現對于風機狀態監控采集、計算以及風機整體數據的采集與計算等功能。

　　

　　當前,海上風電運維成本占據海上風電成本的一半以上。降低運維成本是降低海上風電成本的關鍵。對于如何降低運維成本,浪潮云計算與大數據產品線首席架構師趙志祥解釋道,“發電設備的態勢感知傳感器接入浪潮超融合InCloud Rail,在邊緣側進行葉片轉速、高性能傾角、潤滑油狀態監測、振動狀態感知等數據分析,有效信息傳至云中心,通過云邊協同大幅降低建設運維成本。”

　　

　　而在如何提升該風電項目的運維技術水平方面,據濱海南H3項目數字化智能化實施單位江蘇未來智慧信息科技限公司常務副總經理宮照海透露,“依托工業互聯網平臺,在傳統的SCADA系統基礎之上增加了五類傳感器和邊緣計算的節點,實現了從感知到邊緣計算,相當于在海上升壓站建設了一個邊緣計算的中心。同時,在陸上升壓站建設一個云平臺,實現了云邊協同。”

　　

　　對于和浪潮的本次合作,未來智慧方面給予了充分的肯定,其信息科負責人直言,“浪潮云海超融合InCloud Rail的性能和穩定性是超出我們預期的,其強大功能為公司的核心應用系統開發和正式業務生產提供了可靠保障。同時,浪潮完善的客戶服務體系為整個公司帶來了非常友好的用戶體驗。”

　　

　　數字化智能技術融合創新,海上風電產業大有可為

　　

　　實際上,海上風機復雜的應用場景,對硬件平臺和軟件平臺都是巨大考驗,技術水平難以達到風電場的要求,同時難以解決運維實際問題,這也正是多年來眾多海上風電項目始終難以從源頭上降本增效的重要原因。因而,符合項目需求、解決行業痛點的數字化智能技術呼之欲出。

　　

　　從濱海南H3項目中可以看出,當前海上風電項目對數據傳送的及時性、應用的承載能力和大數據的融合能力提出了更高要求,這要求邊緣站點提供超融合的云數智能力,也就意味著對服務供應商的數字化能力提出越來越高的要求。

　　

　　宮照海認為,伴隨海上風電的規模化發展,傳統的集控方式難以應對成千上萬臺風機的數據傳遞、分析和智能運維,需要基于工業互聯網的架構模式,在邊緣側打造智能化的集控場站。在智能化集控場站之上,再構建區域的集控中心。在此背景下,風電行業的業務場景正逐漸向邊緣端遷移,海量數據亟需在邊緣進行預處理,低時延、高并發的業務場景進一步放大了邊緣微數據中心、遠程運維和降級自治等需求。

　　

　　未來,隨著我國海上風電規模化部署,提升容量系數,降低建設和運營成本,海上風電成本也將進一步下探。這個過程中,諸如浪潮這一類的數字化服務供應商將越來越多的投身到助力海上風電產業的建設與運營中去。屆時,海上風電終究突破行業發展桎梏,迎來蓬勃發展的黃金時期,也將為我國更好地利用清潔能源進行可持續發展貢獻重要力量。