當(dāng)下,人類(lèi)正面臨著日益嚴(yán)重的能源短缺和環(huán)境破壞問(wèn)題,找尋到可再生的清潔能源是人類(lèi)實(shí)現(xiàn)綠色、低碳、可持續(xù)的發(fā)展的前提條件。風(fēng)能,作為最具商業(yè)潛力、最具活力的可再生能源之一,成本較低,開(kāi)發(fā)歷史悠久,取之不盡用之不竭,既可以為經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)提供穩(wěn)定電力供應(yīng)的同時(shí),又可以有效緩解空氣污染、水污染和全球變暖問(wèn)題,優(yōu)勢(shì)凸顯。
海上風(fēng)電優(yōu)勢(shì)凸顯,制約因素不容忽視
風(fēng)力發(fā)電主要分為陸上和海上風(fēng)電兩大類(lèi),其中最關(guān)鍵的因素就是風(fēng)的大小,而海上風(fēng)況普遍優(yōu)于陸上。風(fēng)力機(jī)的發(fā)電功率與風(fēng)速的三次方成正比, 因而同等條件下海上風(fēng)力機(jī)的年發(fā)電量能比陸上高70%。同時(shí)海上很少有靜風(fēng)期, 因此風(fēng)力機(jī)的發(fā)電時(shí)間更長(zhǎng)。
此外,我國(guó)的經(jīng)濟(jì)帶主要集中在沿海地區(qū),沿海地區(qū)集中了我國(guó)最發(fā)達(dá)的城市群和最集中的人口,能源需求巨大。但我國(guó)東部地區(qū)能源基礎(chǔ)較為薄弱,而海上風(fēng)電有著天然的海洋屬性,從而具有臨近負(fù)荷中心的優(yōu)勢(shì)。
由此可見(jiàn),我國(guó)海上風(fēng)電的前景比陸上風(fēng)電更為廣闊,海上風(fēng)電作為發(fā)展趨勢(shì)已是可以預(yù)見(jiàn)的將來(lái),有望成為我國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新動(dòng)力。國(guó)家風(fēng)電“十三五”規(guī)劃提出,到2020年底,風(fēng)電累計(jì)并網(wǎng)裝機(jī)容量確保達(dá)到 2.1億千瓦以上,其中海上風(fēng)電并網(wǎng)裝機(jī)容量達(dá)到500萬(wàn)千瓦以上。然而,海上風(fēng)電的發(fā)展卻并非一帆風(fēng)順。
制約海上風(fēng)電發(fā)展的因素主要是運(yùn)營(yíng)成本居高不下與技術(shù)水平受限,進(jìn)入2020年后,海上風(fēng)電發(fā)展又迎來(lái)更艱巨的挑戰(zhàn)。2020年2月,國(guó)家提出新增海上風(fēng)電不再納入中央財(cái)政補(bǔ)貼范圍,從商業(yè)模式和技術(shù)水平來(lái)看,無(wú)疑給海上風(fēng)電全行業(yè)增加了新一重挑戰(zhàn)。
一方面,海上風(fēng)電大多建設(shè)在距海岸數(shù)十千米處,由于遠(yuǎn)離海岸,海上風(fēng)電機(jī)組在惡劣的海洋環(huán)境影響下,螺栓等易損件失效加快,機(jī)械和電氣系統(tǒng)故障率大幅上升,導(dǎo)致檢修維護(hù)的頻次加快,同時(shí)運(yùn)行與維護(hù)需要特殊的設(shè)備和運(yùn)輸工具,導(dǎo)致后期維護(hù)支出大大增加。在海上風(fēng)電項(xiàng)目中,后期運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用往往占去大半,遠(yuǎn)超機(jī)組設(shè)備成本,而遠(yuǎn)離大陸不適宜現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試和作業(yè),又再度面臨高昂的成本壓力。
另一方面,當(dāng)前很多海上風(fēng)電運(yùn)維的技術(shù)水平尚未成熟。客觀因素是機(jī)組故障率高,維修工作量大,但執(zhí)行的仍是被動(dòng)運(yùn)維模式,通常是出現(xiàn)問(wèn)題之后才去出海維修,缺乏精準(zhǔn)地資源統(tǒng)籌規(guī)劃和安排。此外,運(yùn)維人員定檢周期對(duì)風(fēng)機(jī)進(jìn)行計(jì)劃性保養(yǎng)與測(cè)試和風(fēng)機(jī)報(bào)故障,運(yùn)行調(diào)度人員通知運(yùn)維人員前往現(xiàn)場(chǎng)處理相結(jié)合。然而,在運(yùn)維作業(yè)過(guò)程中,受天氣和環(huán)境因素的多重影響,加之大型維修裝備匱乏,運(yùn)維團(tuán)隊(duì)的安全風(fēng)險(xiǎn)大,維護(hù)作業(yè)的效率非常低下,預(yù)防性檢修方式也不盡合理,過(guò)度維修、盲目維修的現(xiàn)象也屢見(jiàn)不鮮。
綜上所述,行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急正是要找到對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)、集約高效、又具有成本優(yōu)勢(shì)的智能化風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案,這也已成為海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)破局的關(guān)鍵所在。
亞洲規(guī)模最大的海上風(fēng)電集群如何借力超融合技術(shù)破局?
10月12日,國(guó)家電投江蘇濱海南H3海上風(fēng)電項(xiàng)目首臺(tái)風(fēng)機(jī)順利并網(wǎng),這標(biāo)志著國(guó)內(nèi)首個(gè)數(shù)字化、智慧化海上風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)已進(jìn)入投運(yùn)階段。該項(xiàng)目不僅破解了海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)當(dāng)前面臨的這兩大瓶頸,也成為了標(biāo)桿項(xiàng)目,為整個(gè)行業(yè)產(chǎn)生積極的示范效應(yīng)。
據(jù)悉,濱海南H3海上風(fēng)電項(xiàng)目建成后將與已運(yùn)營(yíng)的濱海北H1#100MW、濱海北H2#400MW兩個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)共同構(gòu)成亞洲規(guī)模最大的海上風(fēng)電集群。屆時(shí),年發(fā)電量總計(jì)將達(dá)到20億千瓦時(shí)(相當(dāng)于北京市6天用電量),與傳統(tǒng)燃煤火電機(jī)組相比,每年可節(jié)約標(biāo)煤66萬(wàn)噸,減少二氧化碳排放158萬(wàn)噸。
毋庸置疑,項(xiàng)目體量規(guī)模巨大會(huì)對(duì)后期運(yùn)維提出更高的要求。那么,這個(gè)亞洲規(guī)模最大的海上風(fēng)電集群究竟采用了什么樣的技術(shù)方案,一舉打破了海上風(fēng)電的行業(yè)沉疴?
原來(lái),濱海南H3海上風(fēng)電項(xiàng)目的數(shù)字化智能化實(shí)施單位江蘇未來(lái)智慧科技公司與浪潮聯(lián)手,利用浪潮超融合一體化解決方案打造了云邊協(xié)同的海上風(fēng)電場(chǎng)智慧監(jiān)測(cè)平臺(tái),這樣一來(lái),因運(yùn)營(yíng)成本居高不下與技術(shù)水平受限而造成的難題迎刃而解。
在濱海南H3#海上風(fēng)電項(xiàng)目中,項(xiàng)目要求使用基于自主可控的硬件基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫(kù)、操作系統(tǒng)等,建立結(jié)合大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等技術(shù),結(jié)合發(fā)電行業(yè)業(yè)務(wù)需求,數(shù)據(jù)治理模型、生產(chǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)分析處理等行業(yè)能力,構(gòu)建H3海上風(fēng)電公司工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)——浪潮超融合一體化解決方案可以完全滿足未來(lái)智慧對(duì)該平臺(tái)的所有需求。
針對(duì)該風(fēng)電項(xiàng)目的需求與特點(diǎn),并吸取常規(guī)風(fēng)電項(xiàng)目的前車(chē)之鑒,浪潮與未來(lái)智慧的聯(lián)手合作打造了云邊協(xié)同的海上風(fēng)電場(chǎng)智慧監(jiān)測(cè)平臺(tái),以邊緣計(jì)算、三維可視化、在線監(jiān)測(cè)、大數(shù)據(jù)分析、深度學(xué)習(xí)等信息技術(shù)為支撐,利用“互聯(lián)網(wǎng)+”理念,利用風(fēng)電場(chǎng)特色建立一套編碼標(biāo)準(zhǔn)、一個(gè)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)、建立智能化海上風(fēng)電的基礎(chǔ)設(shè)施,其中一套編碼標(biāo)準(zhǔn)包括海上風(fēng)電RDS-PP編碼標(biāo)準(zhǔn),智能化基礎(chǔ)設(shè)施包括三維數(shù)字化移交、在線監(jiān)測(cè)診斷、海上升壓站數(shù)字巡檢和安防、安全態(tài)勢(shì)感知及主動(dòng)防御。
云邊協(xié)同運(yùn)維成本驟降,搭建邊緣計(jì)算中心提升運(yùn)維水平
依托這一平臺(tái),該海上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備統(tǒng)一運(yùn)行監(jiān)控、統(tǒng)一數(shù)據(jù)管理的全生命周期智慧化管理;實(shí)現(xiàn)了無(wú)人值守下數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集,實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)了解設(shè)備運(yùn)行狀況;最終達(dá)成了在線監(jiān)控海上風(fēng)電主要設(shè)備,保障安全、優(yōu)化運(yùn)行維護(hù)策略,降低運(yùn)營(yíng)成本的“智慧風(fēng)電場(chǎng)”目標(biāo)。
具體而言,該平臺(tái)利用傳感器將發(fā)電設(shè)備的轉(zhuǎn)速、傾角、油液等信息接入超融合系統(tǒng),在邊緣分析數(shù)據(jù)并傳遞有效信息到云中心,打通云邊端,實(shí)現(xiàn)了無(wú)人運(yùn)維、邊緣自治、協(xié)同部署,大幅降低建設(shè)運(yùn)維成本,通過(guò)科技手段助力綠色清潔能源開(kāi)發(fā),推動(dòng)可持續(xù)發(fā)展。
不僅如此,該項(xiàng)目完成了升壓站、風(fēng)機(jī)監(jiān)控兩個(gè)部分的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的部署,升壓站邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)升壓站數(shù)據(jù)采集與計(jì)算、機(jī)器人協(xié)同;風(fēng)機(jī)監(jiān)控邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)于風(fēng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)控采集、計(jì)算以及風(fēng)機(jī)整體數(shù)據(jù)的采集與計(jì)算等功能。
當(dāng)前,海上風(fēng)電運(yùn)維成本占據(jù)海上風(fēng)電成本的一半以上。降低運(yùn)維成本是降低海上風(fēng)電成本的關(guān)鍵。對(duì)于如何降低運(yùn)維成本,浪潮云計(jì)算與大數(shù)據(jù)產(chǎn)品線首席架構(gòu)師趙志祥解釋道,“發(fā)電設(shè)備的態(tài)勢(shì)感知傳感器接入浪潮超融合InCloud Rail,在邊緣側(cè)進(jìn)行葉片轉(zhuǎn)速、高性能傾角、潤(rùn)滑油狀態(tài)監(jiān)測(cè)、振動(dòng)狀態(tài)感知等數(shù)據(jù)分析,有效信息傳至云中心,通過(guò)云邊協(xié)同大幅降低建設(shè)運(yùn)維成本。”
而在如何提升該風(fēng)電項(xiàng)目的運(yùn)維技術(shù)水平方面,據(jù)濱海南H3項(xiàng)目數(shù)字化智能化實(shí)施單位江蘇未來(lái)智慧信息科技限公司常務(wù)副總經(jīng)理宮照海透露,“依托工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái),在傳統(tǒng)的SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)之上增加了五類(lèi)傳感器和邊緣計(jì)算的節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了從感知到邊緣計(jì)算,相當(dāng)于在海上升壓站建設(shè)了一個(gè)邊緣計(jì)算的中心。同時(shí),在陸上升壓站建設(shè)一個(gè)云平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了云邊協(xié)同。”
對(duì)于和浪潮的本次合作,未來(lái)智慧方面給予了充分的肯定,其信息科負(fù)責(zé)人直言,“浪潮云海超融合InCloud Rail的性能和穩(wěn)定性是超出我們預(yù)期的,其強(qiáng)大功能為公司的核心應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)和正式業(yè)務(wù)生產(chǎn)提供了可靠保障。同時(shí),浪潮完善的客戶(hù)服務(wù)體系為整個(gè)公司帶來(lái)了非常友好的用戶(hù)體驗(yàn)。”
數(shù)字化智能技術(shù)融合創(chuàng)新,海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)大有可為
實(shí)際上,海上風(fēng)機(jī)復(fù)雜的應(yīng)用場(chǎng)景,對(duì)硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)都是巨大考驗(yàn),技術(shù)水平難以達(dá)到風(fēng)電場(chǎng)的要求,同時(shí)難以解決運(yùn)維實(shí)際問(wèn)題,這也正是多年來(lái)眾多海上風(fēng)電項(xiàng)目始終難以從源頭上降本增效的重要原因。因而,符合項(xiàng)目需求、解決行業(yè)痛點(diǎn)的數(shù)字化智能技術(shù)呼之欲出。
從濱海南H3項(xiàng)目中可以看出,當(dāng)前海上風(fēng)電項(xiàng)目對(duì)數(shù)據(jù)傳送的及時(shí)性、應(yīng)用的承載能力和大數(shù)據(jù)的融合能力提出了更高要求,這要求邊緣站點(diǎn)提供超融合的云數(shù)智能力,也就意味著對(duì)服務(wù)供應(yīng)商的數(shù)字化能力提出越來(lái)越高的要求。
宮照海認(rèn)為,伴隨海上風(fēng)電的規(guī)模化發(fā)展,傳統(tǒng)的集控方式難以應(yīng)對(duì)成千上萬(wàn)臺(tái)風(fēng)機(jī)的數(shù)據(jù)傳遞、分析和智能運(yùn)維,需要基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)模式,在邊緣側(cè)打造智能化的集控場(chǎng)站。在智能化集控場(chǎng)站之上,再構(gòu)建區(qū)域的集控中心。在此背景下,風(fēng)電行業(yè)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景正逐漸向邊緣端遷移,海量數(shù)據(jù)亟需在邊緣進(jìn)行預(yù)處理,低時(shí)延、高并發(fā)的業(yè)務(wù)場(chǎng)景進(jìn)一步放大了邊緣微數(shù)據(jù)中心、遠(yuǎn)程運(yùn)維和降級(jí)自治等需求。
未來(lái),隨著我國(guó)海上風(fēng)電規(guī)模化部署,提升容量系數(shù),降低建設(shè)和運(yùn)營(yíng)成本,海上風(fēng)電成本也將進(jìn)一步下探。這個(gè)過(guò)程中,諸如浪潮這一類(lèi)的數(shù)字化服務(wù)供應(yīng)商將越來(lái)越多的投身到助力海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與運(yùn)營(yíng)中去。屆時(shí),海上風(fēng)電終究突破行業(yè)發(fā)展桎梏,迎來(lái)蓬勃發(fā)展的黃金時(shí)期,也將為我國(guó)更好地利用清潔能源進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)重要力量。
