混合動力無人機在風電場開發和運維管理中的應用研究

文 | 陳奕穎

混合動力無人機在風電場開發和運維管理中的應用研究

文 | 陳奕穎

隨著我國新能源事業的迅速發展，風電裝機量不斷創出新高。據統計，截至2016年6月份底，全國風電累計并網容量已經超過1.37億千瓦，約占系統總容量的7%左右。新能源電力在國民經濟中的重要作用日益突顯，同時也給風電運維產業帶來了廣闊的市場前景。

無人機的概念及市場應用

無人機是利用無線電遙控設備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機。混合動力無人機一般是使用汽油發動機和鋰電池驅動電動機進行協同工作，它具有留空時間長、工作效率高、速度快、工作載荷大和安全可靠性強等優點。

在國家“互聯網+”和“大眾創業、萬眾創新”的國家政策激勵下，高科技和軍工裝備的無人機產品在中國發展迅速，目前在個人娛樂、攝像攝影等方面使用越來越廣泛。

對于無人機的專業應用，特別是風電行業還是較少，無人機在風電場開發運營中的應用主要有：

1.對風電機組葉片和塔筒巡檢。

2.陸上風電場道路和集電線路巡檢。

3.風電機組和機艙主設備巡檢。

4.風電場前期測繪和機位選址。

5.海上風電場設備巡檢。

6.風電場通訊中繼傳輸。

風電場現實應用展望

下面對各主要應用進行如下闡述：

一、無人機在機組葉片和塔筒巡檢中的應用

傳統葉片和塔筒巡檢模式主要依靠巡檢人員利用望遠鏡、蜘蛛人、吊籃、回形平臺等進行觀察，并憑借經驗判斷是否存在異常情況。這種模式不僅存在安全性差、工作量大、效率低等問題，而且受觀測角度影響，不能全面及時地發現葉片和塔筒設備存在的問題。

無人機葉片和塔筒巡檢模式是指運用無人機作為載機，搭載巡檢專用的成像設備來近距離觀察葉片和塔筒表面的狀態，以達到代替人工巡檢的目的。利用“無人機”進行葉片和塔筒的巡檢相比傳統的巡檢模式需要時間短，同時可發現人工巡檢過程中無法觀測到的磨損和腐蝕等情況。

利用“無人機”進行葉片和塔筒巡檢的過程中，操作員將通過地面站設備顯示的實時數據，來觀察葉片和塔筒表面狀態，當發現可疑點時，遠程操作巡檢設備可以進一步詳細檢查，并采集各角度的高清畫面和圖片。這些不同角度的高清圖像數據通過軟件平臺匯總發送到專家面前，由專家進行判斷和分析，使得問題的診斷更加可靠，有效避免了不可控的人為因素影響。另外，無人機對葉片和塔筒巡檢所采集到的高清圖像數據將會長期存留，方便每次葉片和塔筒巡檢工作

結束后與歷史巡檢數據進行對比，為葉片和塔筒全壽命的跟蹤機制提供寶貴數據。

二、陸上風電場的道路和集電線路巡檢中的應用

陸上風電場大部分位于偏遠的沙漠，山林高地或海邊人煙稀少地帶。因南方地區風況資源較好，但人口密集，部分風電場布置于村寨和人類自然共處，人們的生產活動難免會影響到機組的電力傳送、電纜或架空線路，甚至造成影響人員和設備安全的嚴重事故。傳統的風電場對于此類安全管理方式是：加大對周圍村鎮、居民的電力設施保護宣傳引導，對場里要求增加車輛出動巡視次數，提高巡檢頻度和質量，發現電纜或架空線纜走向附近有生產異動及時詢問和聯系。但是這種方式不僅增加了車輛等費用支出，同時分散了維護值班人員的工作重心，甚至疲于應付，難以從根本上杜絕和防范破壞電力電纜等事故的屢次發生。

風電場輸電線路分布點多、面廣，部分設備所處環境惡劣，微氣象、特殊區段導致的故障時有發生。加之輸變電設備運維工作面臨條件艱苦、勞動強度大、電力設施保護任務重、視覺死角長期缺乏巡檢等問題，也會使故障率提高。

而無人機巡檢電力線路在電力部門已經有成功的使用案例，通過對無人機加裝應用GPS模塊、自動駕駛儀，搭載云臺、高清攝像機、照相機和熱紅外儀等任務設備，采用模塊化設計，實現整機快速拆裝換件、超視距、全自主飛行作業的功能，降低了技術門檻和應用成本，更加契合現場作業條件。這樣可以實現對風電場區域內設備和人員生產活動情況的了解，對線路部分的缺陷發熱點的巡檢，線路異物的檢查和拍圖片取證，待條件許可時進行停電維護處理。并且無人機可以隨時增加巡檢頻次，不會增加多少成本。

三、無人機對風電機組和機艙主設備巡檢中的應用

出于安全等因數的考慮，維修員對機組的巡測都是在機組停運狀態下進行的，而大部分的機組缺陷或隱患往往是暴露在動態的運行過程中的，靜態的檢測很難發現設備內部的較大缺陷，所以早期投產的機組，很多設備往往是損壞到一定程度才會被發現和處理，給運營商帶來的直接和間接損失是巨大的。

利用無人機對風電機組進行巡檢，可以在巡檢過程中快速對機組機艙、機艙附屬件進行檢查，易發現螺栓松動、設備漏油、塔桶掉漆等問題。對無人機配備可更換的紅外測溫、音頻探測和相應的GPS定位模塊，可實現對運行機組在線設備狀況檢測、錄音和數據傳輸、軟件分析等功能。所以在機組后臺數據在線檢測系統還未完善的情況下，加強對設備的數據動態檢測和自動化分析能力尤其必要。

四、無人機在前期風電場測繪和風電機組選址中的應用

風電場經過一年的測風，對取得的數據論證分析很重要。一般用NRG測風設備，通過軟件導出數據并進行初步分析。無人機對風電場進行現場實際測繪，結合相應的軟件對某些地形特殊的機位，進行實際論證，測量機位湍流，分析對機組壽命及其關鍵設備運行的影響。機組運行投產后可以參與到該機位機組的實際運行效果觀察，比較可研性分析報告，進行后評價等工作。

五、無人機在海上風電場的設備巡檢中的應用

海上風電場具有設備投資高、施工難度大和運行維護成本高等特點，對于設備的巡檢往往借助船只，因受海況和天氣、觀察視野范圍等影響巡檢難度非常大。

無人機可以在一定的區域范圍內使用，巡檢范圍大、速度快、質量高。對于在風電場范圍內，漁民靠養殖業或捕魚為生或盜挖采沙等作業的船只、人員需要及時告知區域內的電力海纜、通訊光纜等設施，避免這些設備遭受意外的損失或破壞。

六、無人機在風電場中繼通訊傳輸中的應用

因為很多風電場地處偏遠的高山、海邊和樹林中，常常通訊信號較弱，甚至出現無法通訊的情況，給維護人員維修和彼此相互聯系帶來了極大的不便，生產上存在較大的安全隱患。利用無人機的懸停功能，更換相應的中繼通訊模塊，在設備維修或需要提供應急通訊時，作用明顯。

結束語

綜上所述，隨著無人機在專業領域應用的發展，特別是在我國風電等新能源產業快速發展的市場需求面前，因其成本低廉、安全可靠、功能強大等優點，必將在風電場節約人力資源、提高設備自動化管理水平中體現越來越強大的生命力。

（作者單位：福建省福能新能源有限責任公司）