以數(shù)字化智能化推動海上風電高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略思考

（國家電投集團江蘇電力有限公司，江蘇南京 210008）

1.海上風電高質(zhì)量發(fā)展面臨的主要問題及其原因

1.1 技術(shù)標準體系不夠完善

目前，國內(nèi)海上風電尚沒有完善的技術(shù)標準體系，勘察設計、建設施工、運行維護很大程度是借鑒和套用船舶海工、陸上風電以及其他傳統(tǒng)電力工程的經(jīng)驗和標準規(guī)范，缺乏針對海上風電技術(shù)特點的有效規(guī)范標準。就海上風電數(shù)字化智能化建設而言，目前國內(nèi)更是缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標準和模式，觀點和概念也各有差別，需要在工作實踐中逐漸統(tǒng)一明確。

1.2 數(shù)字化智能化建設框架尚未系統(tǒng)搭建

海上風電場分布范圍大，信息通訊涉及風機、海上升壓站、陸上集控中心，需要多種技術(shù)手段整合解決，海上特有的空間特性造成網(wǎng)絡通訊復雜，目前行業(yè)內(nèi)缺少統(tǒng)一的綜合解決方案。海上風電數(shù)字信息分散于氣象、船舶、風機、電氣及各智能傳感終端等諸多平臺，相互之間缺少統(tǒng)一的協(xié)議規(guī)范及數(shù)據(jù)標準，對從單一風場到區(qū)域集控乃至行業(yè)數(shù)據(jù)共享的發(fā)展十分不利。

1.3 全壽命周期成本效益有待提升

一方面，從國家政策層面看，海上風電國家補貼將于2022年全面退出，海上風電平價上網(wǎng)，與其他常規(guī)能源同臺競爭將是必然趨勢。補貼退坡必然倒逼產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)降本增效，這對優(yōu)化風機調(diào)整策略，實現(xiàn)風機對風和尾流影響最優(yōu)，提升發(fā)電小時提出更高要求。另一方面，海上風電投資巨大，運維成本高，海上可達性差，提升海上風電全壽期運維效率成為當前緊迫的現(xiàn)實需求。這就需要全面感知風電場設備結(jié)構(gòu)全壽命期安全健康狀態(tài)和劣化趨勢，全面掌握分析風場風力特性和每臺風機的工作狀況，綜合各類數(shù)據(jù)分析預測，以全壽命效益最優(yōu)的原則策劃電場生產(chǎn)和檢修維護。

1.4 重大安全風險管控缺少手段

海上風電首先是海洋工程，與陸上風電相比，海上風電建設運行環(huán)境更加復雜。海上風電項目建設受海況影響大，安全管控和質(zhì)量管理難度大。對于船上作業(yè)安全和工程質(zhì)量管控，目前主要還沿用陸上施工的方法，有效性不足。

總體而言，海上風電場運行工況較陸上風電惡劣，目前對風機樁基、塔筒等結(jié)構(gòu)的安全健康狀態(tài)，海底沖刷情況、以及機組和海上電氣設備、海纜運行狀態(tài)的掌握，還缺乏有效監(jiān)控手段，嚴重影響海上風電的安全運行。

海上風電場風機和升壓站位于海上，長期處于無人狀態(tài)，海纜路由長，易受過往船舶危險作業(yè)威脅。電廠安全巡檢需動用船舶，受海況制約大、費用高，對海上場地和設備的安全監(jiān)管難度大[1]。

1.5 有利于技術(shù)整合的行業(yè)“大合作”模式未打通

當前，國內(nèi)海上風電行業(yè)投資運營、設備制造、勘測設計、建設施工分屬不同專業(yè)版塊，相互獨立，互不隸屬。風機性能參數(shù)由設備制造商掌握，勘察設計單位僅負責基礎及結(jié)構(gòu)的設計分析，投資運行單位則掌握風場運行的詳細資料，行業(yè)條塊分割造成技術(shù)資源相互孤立，與當前海上風電行業(yè)技術(shù)發(fā)展整合技術(shù)，共享資源的客觀要求相背離，亟待形成各專業(yè)板塊“大合作”模式，促進行業(yè)技術(shù)整合[2]。

針對上述問題，國家電投集團江蘇電力有限公司（以下簡稱江蘇公司）發(fā)揚“不等不靠、創(chuàng)新創(chuàng)造”的精神，在集團公司相關部門的大力支持下，總結(jié)濱海北H1、H2海上風電項目的經(jīng)驗，匯聚各方力量和智慧，勇于創(chuàng)新、科學決策，在濱海南H3#300MW海上風電項目的數(shù)字化智能化方面進行了大膽實踐。

2.以數(shù)字化智能化推動海上風電高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略思考與對策措施

2.1 海上風電數(shù)字化智能化目標

要達到的技術(shù)目標為：設置先進傳感器系統(tǒng)，全面感知電場健康運行狀態(tài)，實現(xiàn)在線監(jiān)測；搭建先進的海陸信息通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)順暢可靠的海陸數(shù)據(jù)傳遞；以實現(xiàn)數(shù)字化孿生為方向，構(gòu)建海上風電場三維數(shù)字化模型；建設業(yè)務數(shù)據(jù)底層打通，具備大數(shù)據(jù)分析能力的統(tǒng)一數(shù)字化平臺。上述技術(shù)目標中統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，以及與物理實體對應的海上風電場數(shù)字化模型，是推行建設海上風電數(shù)字化智能化，實現(xiàn)建設運維管理智能化和高水平自動化的基礎和關鍵。

2.2 海上風電數(shù)字化智能化建設措施

2.2.1 建立數(shù)字化智能化相關標準，搭建數(shù)字化智能化建設框架

搭建數(shù)字化智能化框架，是實現(xiàn)海上風電數(shù)字化智能化應用功能的基礎，主要包括：

（1）建立網(wǎng)絡解決方案。采用多種通訊手段，搭建海上風電設施和作業(yè)面、陸上集控中心通訊網(wǎng)絡，實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡通訊全覆蓋。

（2）建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼。采用最新國際編碼準則制定海上風電專有編碼標準，編制電場設備編碼系統(tǒng)，形成電場所有設備、部件在數(shù)字化智能化平臺中的唯一識別代碼。

（3）搭建統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺。采用國產(chǎn)自主可控軟硬件，建設海上風電場云邊協(xié)同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，電場各業(yè)務平臺按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準將邊緣計算數(shù)據(jù)接入平臺數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)電場業(yè)務數(shù)據(jù)底層打通，為實現(xiàn)智能化設備接入和應用集成創(chuàng)造條件。接入氣象海況、船舶海事等外圍信息，為生產(chǎn)運維管理提供支撐。

（4）三維數(shù)字化模型和數(shù)字化移交。建立電場三維數(shù)字化模型，并將工程信息通過設備編碼與之掛接，實現(xiàn)數(shù)字化移交，建立海上風電場“數(shù)據(jù)中心”，實現(xiàn)數(shù)字化孿生。

2.2.2 通過數(shù)字化智能化，提升海上風電重大安全風險管控能力

海上風電建設開發(fā)和生產(chǎn)運營面臨的重大管控風險可以概括為：建設安全管理風險、海上結(jié)構(gòu)全壽期安全健康風險、海上設備運行安全和場區(qū)范圍安全管控風險、網(wǎng)絡信息安全風險。有效應對海上風電重大風險挑戰(zhàn)是數(shù)字化智能化工作的首要目標。

2.2.3 通過數(shù)字化智能化，提高海上風電全生命周期運營效益

建立三維數(shù)字化模型，搭建仿真平臺，實現(xiàn)虛擬現(xiàn)實。將這些數(shù)字化、智能化技術(shù)應用在海上風電運維場景，改善海上風電場運維條件、優(yōu)化風機控制、提高電場運維效率、增發(fā)電量、降低成本，實現(xiàn)全壽命期運營效益的提升，是海上風電數(shù)字化智能化的重要內(nèi)容。

2.3 對集團海上風電數(shù)字化智能化的相關建議

2.3.1 實行統(tǒng)一規(guī)劃、重點突破策略，在實踐中逐步改進完善提升

首先，搭建框架，建立具備擴展能力的云邊協(xié)同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成海上風電統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，為各功能板塊建設打好基礎。其次，按照需求輕重緩急和技術(shù)成熟度安排順序，分步實施功能模塊開發(fā)，成熟一個接入一個，持續(xù)擴展應用范圍。最后，采用大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)對不斷積累的業(yè)務數(shù)據(jù)進行分析，完善模型，提升系統(tǒng)分析辨識能力，逐步滾動迭代提升，穩(wěn)步推進海上風電數(shù)字化智能化不斷成熟。

2.3.2 搭建數(shù)字化智能化建設框架，建立統(tǒng)一數(shù)字化智能化標準

統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺、三維數(shù)字化模型以及數(shù)字化移交，構(gòu)成了海上風電數(shù)字化框架。建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準的大數(shù)據(jù)平臺，運用統(tǒng)一標準編制設備識別編碼標識每個設備部件，通過統(tǒng)一數(shù)字協(xié)議將電場各專業(yè)平臺數(shù)據(jù)匯入數(shù)據(jù)庫，打破“數(shù)字孤島”，才能深度挖掘數(shù)字化潛力，充分發(fā)揮大數(shù)據(jù)分析作用。三維數(shù)字化模型和數(shù)字化移交是數(shù)字化虛擬電場和仿真分析的核心，是智能化的必要條件，必須高度重視，向?qū)崿F(xiàn)數(shù)字化孿生方向完善和提高[3]。

2.3.3 做實海上風電數(shù)字化智能化，為國家能源產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展做貢獻

數(shù)字化智能化是提升集團公司海上風電領域核心競爭力的必然選擇，是集團公司數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型的重要組成部分。集團公司應加強海上風電數(shù)字化智能化工作指導，鼓勵二級單位通過項目實踐鍛煉隊伍，總結(jié)經(jīng)驗，加快核心技術(shù)突破和人才隊伍建設，探索數(shù)字化智能化條件下發(fā)電企業(yè)建設和生產(chǎn)運營的模式；集團公司應總結(jié)各電源板塊數(shù)字化智能化建設成果，形成符合集團公司特點的數(shù)字化智能化技術(shù)路線、工作流程和管理模式，促進集團公司所有板塊共同進步，助力集團公司“2035一流戰(zhàn)略”落地，進而為國家產(chǎn)業(yè)升級和能源戰(zhàn)略目標的實現(xiàn)，做出央企應有的貢獻。