2010年，業(yè)內(nèi)還未談及智慧能源概念時，從量產(chǎn)智能風機起步的遠景已開始了智慧能源技術(shù)探索之旅——這家公司能為能源世界的智慧變革定下基調(diào)嗎？
遠景能源在智慧能源領(lǐng)域的一場加速跑就這樣開始了。
據(jù)知情人透露，遠景能源正在德國大手筆整合全球數(shù)字能源技術(shù)和市場資源，用實驗室思維打通能源生產(chǎn)、傳輸、存儲以及消費體系上的機制阻隔，解決人類用能上的安全、效率和污染問題，開啟智慧能源新時代。
這可能是遠景智慧能源路上的關(guān)鍵一步，實際上鋪墊早已開始。
2015年年初，遠景能源就投資了物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)安全技術(shù)領(lǐng)先者Vidder。提及Vidder，有網(wǎng)絡(luò)安全專家告訴記者，“Vidder創(chuàng)建的下一代網(wǎng)絡(luò)安全體系結(jié)構(gòu)，可以將網(wǎng)絡(luò)攻擊消滅在萌芽前。遠景能源對Vidder的投資是其在能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全這一重要環(huán)節(jié)的布局。”
隨后，遠景能源收購歐洲第二大可再生能源資產(chǎn)管理軟件公司BazeField、戰(zhàn)略投資全球最大電動汽車充電網(wǎng)絡(luò)公司ChargePoint、投資全球領(lǐng)先的智能電網(wǎng)大數(shù)據(jù)公司Autogrid，已具雛形的全球能源互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)讓智慧能源夢想成為近景。
“未來的智慧能源管理就是讓數(shù)億計的發(fā)電設(shè)施、充電網(wǎng)絡(luò)、儲能電池以及智能控制器、用能設(shè)備相連，并能智慧地調(diào)配和管理。”遠景能源CEO張雷用了這樣一個比喻，“構(gòu)建智慧能源體系如同組建一個交響樂團，僅有各種各樣的樂器是不夠的，正如樂隊需要指揮，未來的智慧能源系統(tǒng)則需要一個開放的操作系統(tǒng)。”
這是遠景的遠見。張雷說：“重要的是踏踏實實，一步步來實現(xiàn)。”
到2016年8月，遠景能源的智慧網(wǎng)絡(luò)平臺接入可再生能源資產(chǎn)超過5000萬千瓦，這家技術(shù)公司也因此成為全球最大的智慧能源管理公司。
起步于智能風機制造
遠景能源的77/1.5MW樣機設(shè)計是從江陰創(chuàng)業(yè)園開始的。
這是9年前的事情了，但鮮為人知的是，張雷“軟件定義硬件”的產(chǎn)品哲學，就注定這是一款與傳統(tǒng)風機截然不同的智能風機，使用遠景自主開發(fā)的核心控制器，給樣機植入智能基因，即使樣機在投運以后，也要保證它可以不斷被優(yōu)化，最終成為一款具有高效發(fā)電性能的風機產(chǎn)品。
遠景能源智能控制系統(tǒng)總工程師朱宏棟博士回憶道，“那是一款完美承載遠景設(shè)計理念的風機產(chǎn)品，智能控制是設(shè)計團隊最看重的設(shè)計技術(shù)。”
為什么要給樣機植入智能基因？朱博士解釋說，完美的控制系統(tǒng)一定是對其所控制的對象了如指掌，“但在當時，即便是國外技術(shù)領(lǐng)先的風機制造商也做不到這一點，所以風機的控制系統(tǒng)往往被風的隨機性所欺騙，導致風機時常出現(xiàn)載荷變大而發(fā)電量不增這類典型問題。在這一點上，當時業(yè)內(nèi)并沒有出現(xiàn)好的優(yōu)化辦法。”
朱博士認為，問題出在對被控制對象動態(tài)特性的辨識和控制器設(shè)計方法上。“風機控制系統(tǒng)控制的是一個動態(tài)對象，如果不精確識別因控制和風的作用帶來的影響，就控制不住它，那么風機載荷很高但發(fā)電量不高的尷尬之狀也就在所難免。”
在認知控制對象的方法上，遠景設(shè)計團隊采用流程工業(yè)常用的階躍辨識方法，來識別風機的動態(tài)特性，建立風機在不同風況下的動態(tài)模型，再根據(jù)控制目標來設(shè)計控制算法，整定控制參數(shù)，以實現(xiàn)風機的全工況最優(yōu)控制。
現(xiàn)在來看，遠景77/1.5MW樣機有兩個時間點值得回味：一個時間點是2008年4月26日，樣機下線——在車間進行實際發(fā)電演示，全過程運行數(shù)據(jù)由投影儀投射到墻幕上。業(yè)內(nèi)資深專家施鵬飛說，“這舉動表明遠景確實掌握了風機設(shè)計的核心技術(shù)，這樣的下線儀式給人驚喜。”
另一個時間點是2008年6月24日，樣機在龍源啟東風電場滿功率發(fā)電，張雷在給員工的內(nèi)部郵件中說，“成功不是從0到1的跳躍，成功是積累、精進和堅持，在遠景只有成長沒有成功！”
智能風機引發(fā)了遠景在低風速領(lǐng)域的突破。2011年1月5日，使用遠景87/1.5MW大風輪智能風機的來安低風速風電場順利并網(wǎng)發(fā)電，標志著安徽省結(jié)束了無法開發(fā)風電的歷史，更具有里程碑意義的是，占我國風能資源60%以上的低風速地區(qū)從此具有開發(fā)價值。
那時，遠景的裝機量不大，卻引領(lǐng)了一個行業(yè)的技術(shù)進步，也在不經(jīng)意間改變了中國風電的開發(fā)風向。2011年6月，國家能源局人士稱，“由于低風速風機技術(shù)的出現(xiàn)，低風速地區(qū)會成為我國未來風電開發(fā)的重點區(qū)域。”
事實上，遠景研發(fā)低風速智能風機的計劃萌發(fā)于張雷對“低風速區(qū)不具有開發(fā)價值”的質(zhì)疑。2009年1月16日，張雷在由北京返回上海的航班上，還在思考會議上的問題：“為什么就不能在低風速地區(qū)開發(fā)風電呢？”張雷的質(zhì)疑精神和思考，推進了遠景在低風速領(lǐng)域的技術(shù)突破。
正是因為智能風機的基因讓遠景能夠突破傳統(tǒng)框架的束縛。2009年10月，遠景研發(fā)團隊完成了87/1.5MW低風速智能風機的設(shè)計稿。在管理層會議上，張雷將設(shè)計和制造低風速智能風機比喻為“在刀尖上行走”，步步驚心，所以他強調(diào)必須保證遠景智能風機在設(shè)計水準和制造質(zhì)量上的可靠性，“因為低風速讓客戶行走在盈利和虧損的邊緣。”
也正因此，遠景研發(fā)團隊借鑒航空航天以及汽車行業(yè)成功應用的先進控制算法，使智能風機的智能控制技術(shù)達到這些領(lǐng)域的先進水平。這就不難理解為什么美國福特汽車全球動力傳動及整車技術(shù)群首席總監(jiān)劉曙源博士、波音公司翼型設(shè)計專家孫毓平博士加入了遠景能源。從產(chǎn)業(yè)化的角度看，遠景智能風機的設(shè)計和制造生態(tài)系統(tǒng)已然形成。在劉曙源博士看來，平臺化的開發(fā)方法可以滿足風電市場更個性化的客戶需求，其模塊化設(shè)計不僅可以大大縮短產(chǎn)品開發(fā)時間，也能提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。
“相比傳統(tǒng)面向訂單或單一產(chǎn)品的設(shè)計，面向產(chǎn)品平臺的設(shè)計在開發(fā)方法上是一個飛躍。”據(jù)劉曙源博士透露，遠景智能風機家族產(chǎn)品，源自1.5MW、2MW、3MW、4MW這4個平臺。值得一提的是，遠景智能風機平臺擁有核心控制的知識產(chǎn)權(quán)，其智能控制技術(shù)是平臺優(yōu)異性能的關(guān)鍵所在。“超過200萬行的智能控制技術(shù)代碼是跨平臺、跨機型的通用軟件包，這使得相同葉輪直徑的智能風機比傳統(tǒng)風機提升15%以上的發(fā)電量。”
實際上，遠景智能風機平臺也借鑒了汽車行業(yè)的成功經(jīng)驗，比如汽車控制技術(shù)是各種技術(shù)的集成應用，而遠景智能風機通過對諸如智能雙模控制、狀態(tài)模型估計與參數(shù)智能尋優(yōu)技術(shù)等智能技術(shù)的集成應用，已將風機的智能化水平提升到全球最高水平，而這也成為遠景智能風機優(yōu)異性能與更高可靠性的保障。
遠景能源是全球最早提出智能風機概念的公司。2014年7月，這家公司的產(chǎn)品開發(fā)工程副總裁劉曙源博士向媒體透露遠景智能風機的秘密：基于每臺風機及機群數(shù)據(jù)積累，遠景智能控制技術(shù)中生成了一個基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的樣本訓練預測模型，不斷通過歷史樣本訓練，實現(xiàn)對風場風速模式的識別，把來風情況分成不同的風速模型。這樣，風機就可以根據(jù)現(xiàn)階段的來風與模型進行擬合對比，然后預測出下一時刻的風速情況，提前偏航或者變槳，既不能讓風白白浪費，又要把風對風機的傷害降到最低。
起步于智能風機制造的遠景能源，因為智能風機贏得了市場和未來。最近，美國市場研究機構(gòu)Navigant Research發(fā)布報告，遠景能源被評為全球十佳風電整機制造商。但這僅是從制造角度看到的遠景能源。
跨越從智慧風場開始
在張雷看來，“Wind OSTM是物聯(lián)網(wǎng)的基石”，平臺之上的高級應用是由大數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來支撐和實現(xiàn)的。從產(chǎn)品的客戶價值看，這是一款針對企業(yè)級市場的產(chǎn)品，遠景智慧風場研發(fā)團隊結(jié)合客戶的痛點，開發(fā)了多個高級應用模塊，通過迭代進化的方法不斷對其進行打磨，讓用戶有更好的體驗和價值獲得感。
簡單說，Wind OSTM平臺上的高級應用有4大功能：一是讓風電場與電網(wǎng)更友好，風功率預測（FC）和風場能量管理（EMS）這兩個高級應用模塊實現(xiàn)了對風電場實時能量的精確管理，僅“電網(wǎng)考核電量+壓線運行”可提升2%的電量；二是大部件健康度管理（PHM），關(guān)鍵部件不再只有正常與故障兩種狀態(tài)，而是通過機器自學習的方法將其實際狀況歸位到五級健康度中，當部件出現(xiàn)亞健康時發(fā)出告警與維護通知；三是能量利用率（EBA）讓電量損失真相大白，在改進發(fā)電效率的同時也改變了風電場的考核模式；四是集中監(jiān)控讓風電場少人值守和無人值守成真。
“Wind OSTM平臺上所有這些產(chǎn)生價值的高級應用，其基石是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)，這是它與傳統(tǒng)SAP企業(yè)應用軟件最大的不同。”張雷說，“與人的行為數(shù)據(jù)相比，物的數(shù)據(jù)能催生管理方式的變革，Wind OSTM操作系統(tǒng)會帶來一場既有風電資產(chǎn)的效率革命。”
但這取決于風電物聯(lián)網(wǎng)所提供數(shù)據(jù)的準確性和可靠性，挑戰(zhàn)也在于此。
遠景能源數(shù)據(jù)產(chǎn)品總監(jiān)閆劍鋒解釋，在物聯(lián)網(wǎng)這樣一個分布式系統(tǒng)中有一個CAP原則，就是說一致性、可用性和分區(qū)容錯性三者不可兼得，只能取其二。那么，在網(wǎng)絡(luò)通訊很難保證的風電場，又要保證對不靠譜設(shè)備的容錯性，就很難時刻保證數(shù)據(jù)的一致性了，也就是說在什么用戶場景下保證CAP原則中的哪兩項是物聯(lián)網(wǎng)每時每刻要面對的問題。閆劍鋒說，“物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，如何讓系統(tǒng)適應各種不靠譜的設(shè)備，進而通過堅強的算法保證系統(tǒng)產(chǎn)生數(shù)據(jù)的準確性和可靠性是最難的地方。”
而遠景物聯(lián)網(wǎng)算法團隊解決了這一挑戰(zhàn)。Wind OSTM產(chǎn)品經(jīng)理趙清聲在提及中廣核項目時也談到了Wind OSTM平臺面對數(shù)據(jù)質(zhì)量這一物聯(lián)網(wǎng)的挑戰(zhàn)。中廣核項目有設(shè)備上千種，僅機型就有幾十種，其性能及穩(wěn)定性各異，數(shù)據(jù)治理的難度較大。與互聯(lián)網(wǎng)離散、明確的數(shù)據(jù)不同，風電物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)大多是模擬及連續(xù)變化的數(shù)據(jù)，而且由于設(shè)備型號及其質(zhì)量差異，就會產(chǎn)生大量的跳變數(shù)據(jù)，比如數(shù)據(jù)工程師在升壓站關(guān)口表采集電量，就會遇到各種各樣的跳變數(shù)據(jù)。不同品牌機型控制系統(tǒng)輸出的點數(shù)變化量級及方式，時時刻刻都在加劇數(shù)據(jù)處理的難度。“遠景物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)治理團隊在中廣核做了整整一年的數(shù)據(jù)治理，通過革新架構(gòu)、優(yōu)化算法保證了數(shù)據(jù)的準確和可靠。”趙清聲感慨道。
需要提及的是，今年8月26至27日，中國兩化融合大會在北京召開，會議揭曉了2016年度兩化融合突出貢獻獎獲獎名單，中廣核風電有限公司成為全國榮獲此獎項的10家企業(yè)之一，同時也是國內(nèi)新能源行業(yè)唯一、發(fā)電行業(yè)唯一榮獲此獎項的企業(yè)。
