你知道吗?我们日常用电有一部分来自于海上风能发电。对此,你会不会觉得稀松平常?毕竟千百年前,我们的祖先早已学会了用风车来抽水、磨面。作为一种清洁无公害的的绿色能源,利用风力发电非常环保,且风能蕴量巨大,因此,利用海上风电本应是情理之中的事。
的确,我国的海上风电资源潜能无限:海岸线长约18000公里,岛屿有6000多个,近海风能资源丰富,沿海地区聚集了最发达的城市群和巨大的人口数,对能源需求巨大,是电能的负荷中心。据悉,风力发电在我国电力总装机中的比重已经超过7%,成为仅次于火电、水电的第三大电力来源。对于海上风电,国家在风电“十三五”规划中提出,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。
多重因素掣肘海上风电产业发展
地理优势得天独厚,作为清洁能源的优势显著,国家政策导向明确,但真正要实现海上风电却面临众多的现实制约因素,远非你我想象中那般简单。诸如海上风电建设成本大大高于陆上风电、后期运营维护成本高居不下等问题都是阻碍海上风电场建设投资的一道道关卡。
过去,海上风电产业有相关政策的扶持,成本问题并非迫切。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,无疑是对海上风电全行业的一次大考。在这后补贴时代,海上风电如何降本增效,就成为当下整个产业亟待破解的难题。
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。据悉,该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。
这个被誉为亚洲规模最大的海上风电集群,体量如此巨大,又是如何实现精细化、智慧化管控,降本增效的?
首先不得不提一提传统的海上风电项目普遍面临的两大困境。
成本居高不下——对于传统的海上风电项目来说,后期运营维护费用占到成本的一半以上,远远超过机组设备成本。海上风电场面临着盐雾腐蚀、海冰冲撞、台风破坏等挑战,并且远离大陆不适宜现场测试和作业,又面临成本压力。近年来,海上风电项目大多采用的是改造而成的国产机组,并未经过长时间试验与论证,复杂恶劣的海上环境使其故障率居高不下,风机停机几天的情况时常发生,且单台风机报故障,运维人员来回交通成本巨大,对风电场的效益产生极大的影响。
运维效率低下——目前,海上风电运维基本照搬陆上风电经验,计划检修为主、故障检修为辅的运维模式。运维人员根据厂家指定的定检周期对风机进行计划性保养和测试和风机报故障,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,往往事倍功半。
对于此,江苏未来智慧科技公司常务副总经理宫照海作为一名资深从业者,更有着深刻的理解。他直言:“受到海上环境、气候等因素,海上风电的运维具有窗口期,且很难执行常规化运营。如果算上设备损坏期的电量损失,成本就更高了。”
创新技术深度融合,打破行业沉疴积弊
有了前车之鉴,国家电投江苏滨海南H3海上风电项目在立项之初,作为该项目的参与方江苏未来智慧科技公司(简称“未来智慧”)就意识到,风电运维与大数据、云计算、边缘计算、机器学习等新技术更深度地融合,并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,已是迫在眉睫。
对于打造亚洲规模最大的海上风电集群,未来智慧有备而来。该公司在智慧能源领域深耕多年,构建了“云、管、边、端“的技术体系,开发了工业大数据平台、电力设备实时状态监测、电力设备健康评价与仿真计算、物联网络通信等核心产品,将工业数据的深度挖掘与用户生产运行实际相结合,形成覆盖“智慧电厂”、“智慧新能源”、“综合能源服务”、“电力市场服务”等方向的系统解决方案。
对于海上风机复杂的应用场景,浪潮云计算与大数据产品线首席架构师赵志祥则认为,这对硬件平台和软件平台都是巨大考验。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。
面对超大体量的滨海南H3项目,未来智慧最终选择了浪潮为其合作伙伴。二者强强联手,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,一举破解了海上风电场普遍面临的难题。
浪潮联手未来智慧推出智慧风电场整体设计方案,采用浪潮云海InCloud Rail超融合一体机,融合计算、存储、网络资源池。部署在终端风电站点,为边缘计算应用提供基础算力,整体方案实现云边协同的设计要求。
从运维成本的角度而言,云边协同的海上风电场智慧监测平台无需再为边缘站点单独部署运维人员,即可实现“端-边-云”的全局监控,并实现海量数据的边缘清洗,有效降低网络传输带宽要求。由此,运维人员不用再因预防性巡检而舟车劳顿地往返于风电场之间,无人运维、边缘自治、协同部署的方式大幅降低了运维成本。
从运维效率的角度来看,云边协同的海上风电场智慧监测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。借助边缘云技术,实现了主中心到边缘节点的智能运维系统、设备监测系统等业务系统的统一发布、更新;边缘侧通过部署应用,实现了安全生产的降级自治、智能应用辅助决策,设备异常运行的智能处理,提升了紧急事件的快速反应能力,简化平台运维。不仅如此,超融合软件实现独立副本容灾的能力,还实现边缘计算节点数据实时备份,针对自然灾害等情况下保证数据安全。如今,一整套高度智能化的操作更加科学、安全、高效。
对于滨海南H3项目中的合作成果,宫照海非常认同。“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。”
不仅如此,宫照海还补充道,“以数据为基础,构建了近30类故障预警模型,可以提前预警故障,为实现预防式运维奠定了基础,有利于提高风场的可利用率,切实降低风电全生命周期的度电成本。”
未来智慧的信息科负责人更是赞不绝口,“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。”
可以说,滨海南H3海上风电项目的数字化平台的搭建将在整个行业产生积极的示范效应。
而在赵志祥眼中,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。滨海南H3项目中边缘云计算中心的引入,正是顺应了海上风电产业最新趋势,契合客户发展之需的表现。
市场空间大有可为,海上风电产业借力技术融合迅速崛起
其实,创新型数字化技术的融合应用在海上风电领域还大有可为,除了可针对新投运风机,基于工业互联网平台打造整体的智能化运维大平台,实现线上智能化和线下实体运维相融合,还可以利用数据实现老旧风场技改,从而提质增效。
在生存环境问题日益严峻的今天,人类越发重视清洁绿色能源了。作为全球最大的能源生产与消费国,我国一直在鼓励清洁绿色能源的开发与利用。科技企业通过科技手段助力绿色清洁能源开发,推动可持续发展,亦是践行社会责任的重要体现。
当前,风力发电在我国电力总装机中的比重约7%,风力发电仍有大幅提升的市场空间。受限于我国海上风电事业起步较晚以及众多现实因素,海上风电行业还远未成熟,尚未跨过十年历程,未来发展不可估量。据悉,今年1月至8月,我国风电新增并网容量超过1000万千瓦,总装机超过2.2亿千瓦,稳居全球第一。
即便进入后补贴时代,海上风电产业依托于多种数字化技术的创新和融合,将打破行业沉疴积弊与技术壁垒,进一步优化风电布局,迅速迎来大有可为、可持续发展的明天。
