特约供稿 · 2019-06-05 20:24

头条 | 想实现海上风电智能管理?有iGO就“GO”了!

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如今,在中国大陆绵延1.8万千米的海岸线上,当你来到黄海之滨的小城——如东,你会被眼前人与自然和谐发展的风景所吸引。

潮水慢慢退去,露出一片片金黄色的沙滩,勤劳的人们便开始了忙碌的下海作业:搭紫菜架、捡文蛤等,拖拉机成为了他们通往大海的交通工具。不远处,一台台风机如海上灯塔屹立在沙滩上,叶片随风舞动,如海鸥般翱翔在大海上空,有人戏称它们为会发电的“电风扇”。而这里,便是国内海上风电的发源地……

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头条 | 想实现海上风电智能管理?有iGO就“GO”了!

随着技术日益成熟,中国海上风电也逐步从如东潮间带延伸至更深的海域。在那里,这些风电机组接受着更严酷的海洋环境的挑战。与陆地相比,海洋复杂多变的地质、气象条件极大地增加了风机建设及运维的难度。

竞价上网、平价上网是新能源发展的终极目标,海上风电也不例外。然而,中国沿海不同海域严苛的环境条件使得开发成本相差较大,单位千瓦造价也是从14000元到22000元不等。因此,需要根据不同海域的情况,选择不同的施工工艺和运维策略,从而有效提升施工效率和运维效率,提升发电收益,降低度电成本。

针对如何提升海上风电的施工安装运维效率,提升发电量等一系列问题,新疆金风科技股份有限公司(下称“金风科技”)认为,发电量提升不仅需要通过运维阶段精益化、智能化等管理手段来实现,同时贯穿风电场设计、施工阶段精益交付管理、运维阶段精细化管理的所有环节。CWP2017期间,金风科技重磅推出iGO(海上风电智能管理系统),基于海上风电场的精益交付及精益运维给出了解决上述问题的落地“良方”。


iGO之

精益交付——提供一体化的运输安装整体解决方案

iGO(intelligent Goldwind Offshore),意为海上风电智能管理系统,主要包含运输安装和智能运维两大核心模块。

“风电场经纬度、离岸距离、码头位置、整机及基础生产基地位置……”在iGO的操作页面上,当你输入你所关注的海上风电场基础信息时,通过iGO后台数据库分析,便能形成一份详细直接的数据报告。

通过该报告,业主或工程施工方可掌握该风电场的有效作业时间窗口以及不同开工日期对施工总工期的影响,为业主和施工方提供施工组织计划决策依据。这样,就可较大限度地利用有效时间窗口合理安排运输及吊装作业面,使整个工期及吊装成本最优。

以往在海上风电的施工安装中,作业时间敏感,安装费用高,时间紧风险大……这些都是每个海上风电工作者心头的“老大难”。基于解决这些问题的初衷,同时提高施工效率,实现成本最优,实现快速调试和并网,保障施工安全。来自金风科技海上风电设计研究院的工程师们绞尽脑汁,终于在iGO中对上述问题找到了解决办法。

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很多人都清楚,海上风场施工与陆地风场施工有很大区别。但事实上,实际情况比想象中更为复杂。

海上风场施工效率由环境信息、单台风机海上作业时间、供货及仓储能力、施工计划、安装船舶这几方面因素决定。

比如在海上风电机组运输方案上,以往有“驳船运输+安装船模式”和“安装船自航运输模式”两种模式。

业内通常用的是“驳船运输+安装船模式”。这一方式具有使用方式灵活,考虑安装船速度及费用、甲板载荷及面积、风机部件尺寸的特点,但也存在海上部件转移次数多,容易发生碰撞的不足。

而另一种,“安装船自运输模式”,具有海上部件转移次数少的特点,但是费用高。

很多时候,海上风电的工程师们光为了选择哪种运输方式,就已经大为费神。

而现在,通过iGO,工程师们可以根据项目周边的环境信息,选择最为合适的运输方案。

在吊装方案领域,工程师们通过iGO,可以针对不同项目,采取不同吊装方案(三叶式安装或单叶式安装),实现效率最大化。

不仅如此,iGO海上工程精益交付还可以通过对工程海域水文气象环境要素分析,对工厂产能、码头堆场排布、运输及吊装船舶选型等要素进行统一建模,以降本增效为目的,为客户提供一体化精益交付方案。


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精益运维——打造海上风电运维数字化运维策略解决方案

一直以来,海上风电场运维成本占海上风场全生命周期总成本的25%~30%,如何有效提升海上风电机组发电收益,降低运维成本,已成为国内海上风电行业内的热点议题。

随着国内海上风电的快速发展,正逐步形成江苏、福建、广东典型的区域化、集中化、规模化的海上风电场,为有效降低海上风电运维成本提供良好土壤。

如何降低海上风电场的运维成本?金风科技的工程师认为,基于发电量及运维出海成本最优的运维策略,有助于降低海上风电场度电运维成本。

然而,目前装备及技术输出的运维策略方案,可达率或者运维成本或风险控制无法达到预期值时,需要进行针对性的输出可行的技术方案以及经济性评估。

而iGO的出现,则为实现运维策略最优提供了最好的落地方案。

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↑基于机组状态的海上风电运行维护监测系统

海上风电场运维策略涉及多数据源分析,包括气象、船舶、通讯、机组运行数据、机组维护数据等。

当前海上风电运维管理主要依赖人工经验,如出海运维计划安排、机组故障诊断等,由于人员经验差异而产生的运维计划排布偏差,会使得风场运维收益产生偏差。同时,由于人工对故障和预警的误判,也往往导致出海未能有效完成机组维护作业。

金风海上风电场智能运维管理平台(iGO)数字化解决方案在设计和执行中始终围绕两个原则,一个是需求源自于业务一线痛点,另一个开发的解决方案一定能在业务一线有效的落地。谈及业务痛点,将运维业务拆分成三个环节:计划、执行、评估。

在金风科技看来,海上风电运维数字化运维策略解决方案,无论直接还是间接,最终的用户还是项目现场一线运维人员。

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通过iGO,金风科技的工程师们是如何从计划、执行、评估三个方面实现海上风电场的数字化运维的?

第一,运维基础信息化。金风科技的工程师通过iGO,可以将场址环境、机组、水文气象、通讯、船舶、人员、物资等所有运维资源都集成在平台,建立海上运维一次完成率体系,并建立运维人员能力数据库,实现0.5h内完成出海任务的分配、运维资源的调度,提高运维效率15%~20%。

第二,运维计划智能化。iGO通过对运维资源的参数化建模,引入人工智能和离散事件模拟,实现由系统自动优化排布运维计划,消除由于人员能力差异而导致运维计划合理性偏差,最终相比于人工排布计划,系统自动排布能提升年度发电收益1%。以金风科技某海上项目为例,在2018年1月~2018年6月期间,运维时使用人工排布计划与运维计划自动排布验证结果对比显示:历史模拟和历史实际只差0.27%,这说明iGO方法可信度及软件准确率高。同时,在此基础上完成优化模拟,减少50%的发电量损失和20%的出海次数。

第三,机组故障及预警智能诊断。iGO通过结合SCADA数据,机组状态监控数据,机组故障库数据,机组维护历史数据,运用大数据和人工智能手段,可实现系统自动诊断故障分析根因,并对预警信号作出判定给出维护建议,尽可能将非计划性工作转变为计划性工作,降低运维成本15%~20%。


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新技术——背后先进技术的支撑


iGO作为金风海上风电场智能运维管理平台,之所以能实现海上风电的智能运维,一大“秘诀”就在于其背后强大的相关技术的支撑。

“千里眼”:水文气象预报系统

在数据采集阶段,金风科技自主研发的海上风电场水文气象预报系统能对气象数据的准确预报和把握,就如同“千里眼”一般,为海上风电运维提供了解决路径和落地方案,经济社会效益显著。

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通过该系统获得的风资源和水文数据,可以进一步分析项目的经济性,并为海工结构技术进行水动力分析、运维方案分析、运输吊装方案分析。

而当该系统建立完善后,可根据当天的风速、风向、浪高、浪向、流速、流向以及运维机组的机位点制订出最佳的运维船只航行路线,提高运维效率。

当在运维过程中出现人员落水事故时,海洋气象预报系统可在很短时间内勾画出搜救海域范围,进一步提高搜救效率。

“顺风耳”:通讯技术

当开展海上风电场建设运维时,一般通讯工具都没法使用,而使用卫星通讯成本又过高,这时,金风科技自主研发的通讯系统,又称之为“顺风耳”,就可大显身手。

通过该通讯系统,集控中心人员可与海上风电场运维人员进行一对一、一对多的通讯,保证了信息传播的私密性和即时性,便于统一调度管理,保障运维工作正常开展。

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以金风科技响水近海项目为例,该项目离岸20km,海上升压站天线30m高度可覆盖半径25km范围,可实现人员对讲通讯、微信传输图片等通讯功能。

同时,在兴化湾项目上,在部件运输距离大于1000km之时,通过船舶上安装船载台及天线,利用卫星无线WIFI通道,实现运输船舶状态及视频实时监控等功能。

大数据分析模型

这里iGO使用的大数据分析模型,特指基于多目标变量优化的海上机组运维计划自动排布技术。

当使用iGO时,用户可从数据信息模块中提取风电场特征、水文气象、人员、物资、船舶等数据,导入待办任务,并参照标准定义业务需求,将录入的任务转入运维计划自动优化排布系统。自此,系统将自动生成未来一个运维周期内的多种出海运维方案,同时还可显示各种方案出海成本(经济成本、时间成本)及预期发电收益。

数据显示,通过iGO自动排布,可使得单个海上风电场发电量提升1%~5%,年有效利用小时数提升10%,出海成本降低10%。而这些长期积累的实际数据,也将作为运维计划自动优化排布系统核心算法模型的训练数据,金风科技的工程师们将定期对模型进行参数优化,让系统更智能,排出的方案更贴合实际业务需求。

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根据国家能源局发布的《风电发展“十三五”规划》,到2020年,我国海上风电开工建设规模将达到1000万千瓦,力争累计并网容量达到500万千瓦,投资额可超过万亿元。万亿元投资的背后,更是对海上风电运维的重要考验。

自2007年我国第一台海上风电试验样机(金风科技GW70-1.5MW)在渤海湾矗立,至今已过去10余年。多年来,对于海上风电,金风科技相关研究和实践从未止步。在海上风电这场“长跑”中,突破海上风电产品的关键技术,打造先进的海上风电整体解决方案,实现中国在风电高端制造行业的全球引领,是全体金风人的使命。金风科技也将坚定不移地跑下去。

来源:金风科技微平台

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原文始发于微信公众号(金风科技微平台):头条 | 想实现海上风电智能管理?有iGO就“GO”了!

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