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

（國家電投集團(tuán)江蘇電力有限公司，江蘇南京 210008）

1.海上風(fēng)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(biāo)準(zhǔn)體系不夠完善

目前，國內(nèi)海上風(fēng)電尚沒有完善的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，勘察設(shè)計、建設(shè)施工、運行維護(hù)很大程度是借鑒和套用船舶海工、陸上風(fēng)電以及其他傳統(tǒng)電力工程的經(jīng)驗和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，缺乏針對海上風(fēng)電技術(shù)特點的有效規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。就海上風(fēng)電數(shù)字化智能化建設(shè)而言，目前國內(nèi)更是缺乏統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)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(shè)框架尚未系統(tǒng)搭建

海上風(fēng)電場分布范圍大，信息通訊涉及風(fēng)機(jī)、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(luò)通訊復(fù)雜，目前行業(yè)內(nèi)缺少統(tǒng)一的綜合解決方案。海上風(fēng)電數(shù)字信息分散于氣象、船舶、風(fēng)機(jī)、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(biāo)準(zhǔn)，對從單一風(fēng)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(fēng)電國家補(bǔ)貼將于2022年全面退出，海上風(fēng)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(bǔ)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(fēng)機(jī)調(diào)整策略，實現(xiàn)風(fēng)機(jī)對風(fēng)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(fēng)電投資巨大，運維成本高，海上可達(dá)性差，提升海上風(fēng)電全壽期運維效率成為當(dāng)前緊迫的現(xiàn)實需求。這就需要全面感知風(fēng)電場設(shè)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(fēng)場風(fēng)力特性和每臺風(fēng)機(jī)的工作狀況，綜合各類數(shù)據(jù)分析預(yù)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(hù)。

1.4 重大安全風(fēng)險管控缺少手段

海上風(fēng)電首先是海洋工程，與陸上風(fēng)電相比，海上風(fēng)電建設(shè)運行環(huán)境更加復(fù)雜。海上風(fēng)電項目建設(shè)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(fēng)電場運行工況較陸上風(fēng)電惡劣，目前對風(fēng)機(jī)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(jī)組和海上電氣設(shè)備、海纜運行狀態(tài)的掌握，還缺乏有效監(jiān)控手段，嚴(yán)重影響海上風(fēng)電的安全運行。

海上風(fēng)電場風(fēng)機(jī)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(shè)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(dāng)前，國內(nèi)海上風(fēng)電行業(yè)投資運營、設(shè)備制造、勘測設(shè)計、建設(shè)施工分屬不同專業(yè)版塊，相互獨立，互不隸屬。風(fēng)機(jī)性能參數(shù)由設(shè)備制造商掌握，勘察設(shè)計單位僅負(fù)責(zé)基礎(chǔ)及結(jié)構(gòu)的設(shè)計分析，投資運行單位則掌握風(fēng)場運行的詳細(xì)資料，行業(yè)條塊分割造成技術(shù)資源相互孤立，與當(dāng)前海上風(fēng)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(jìn)行業(yè)技術(shù)整合[2]。

針對上述問題，國家電投集團(tuán)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(tuán)公司相關(guān)部門的大力支持下，總結(jié)濱海北H1、H2海上風(fēng)電項目的經(jīng)驗，匯聚各方力量和智慧，勇于創(chuàng)新、科學(xué)決策，在濱海南H3#300MW海上風(fēng)電項目的數(shù)字化智能化方面進(jìn)行了大膽實踐。

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

2.1 海上風(fēng)電數(shù)字化智能化目標(biāo)

要達(dá)到的技術(shù)目標(biāo)為：設(shè)置先進(jìn)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(jìn)的海陸信息通訊網(wǎng)絡(luò)，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(fēng)電場三維數(shù)字化模型；建設(shè)業(yè)務(wù)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(biāo)中統(tǒng)一的數(shù)字化平臺，以及與物理實體對應(yīng)的海上風(fēng)電場數(shù)字化模型，是推行建設(shè)海上風(fēng)電數(shù)字化智能化，實現(xiàn)建設(shè)運維管理智能化和高水平自動化的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

2.2 海上風(fēng)電數(shù)字化智能化建設(shè)措施

2.2.1 建立數(shù)字化智能化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，搭建數(shù)字化智能化建設(shè)框架

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

（1）建立網(wǎng)絡(luò)解決方案。采用多種通訊手段，搭建海上風(fēng)電設(shè)施和作業(yè)面、陸上集控中心通訊網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)區(qū)域網(wǎng)絡(luò)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(zhǔn)則制定海上風(fēng)電專有編碼標(biāo)準(zhǔn)，編制電場設(shè)備編碼系統(tǒng)，形成電場所有設(shè)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(shè)海上風(fēng)電場云邊協(xié)同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，電場各業(yè)務(wù)平臺按照統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)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(wù)數(shù)據(jù)底層打通，為實現(xiàn)智能化設(shè)備接入和應(yīng)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(shè)備編碼與之掛接，實現(xiàn)數(shù)字化移交，建立海上風(fēng)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(fēng)電重大安全風(fēng)險管控能力

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

2.2.3 通過數(shù)字化智能化，提高海上風(fēng)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(yīng)用在海上風(fēng)電運維場景，改善海上風(fēng)電場運維條件、優(yōu)化風(fēng)機(jī)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(fēng)電數(shù)字化智能化的重要內(nèi)容。

2.3 對集團(tuán)海上風(fēng)電數(shù)字化智能化的相關(guān)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(jìn)完善提升

首先，搭建框架，建立具備擴(kuò)展能力的云邊協(xié)同工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺，形成海上風(fēng)電統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺，為各功能板塊建設(shè)打好基礎(chǔ)。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(kuò)展應(yīng)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(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)海上風(fēng)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(shè)框架，建立統(tǒng)一數(shù)字化智能化標(biāo)準(zhǔn)

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(fēng)電數(shù)字化框架。建立統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的大數(shù)據(jù)平臺，運用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)編制設(shè)備識別編碼標(biāo)識每個設(shè)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(fēng)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(xiàn)

數(shù)字化智能化是提升集團(tuán)公司海上風(fēng)電領(lǐng)域核心競爭力的必然選擇，是集團(tuán)公司數(shù)字化智能化轉(zhuǎn)型的重要組成部分。集團(tuán)公司應(yīng)加強(qiáng)海上風(fēng)電數(shù)字化智能化工作指導(dǎo)，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(shè)，探索數(shù)字化智能化條件下發(fā)電企業(yè)建設(shè)和生產(chǎn)運營的模式；集團(tuán)公司應(yīng)總結(jié)各電源板塊數(shù)字化智能化建設(shè)成果，形成符合集團(tuán)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(jìn)集團(tuán)公司所有板塊共同進(jìn)步，助力集團(tuán)公司“2035一流戰(zhàn)略”落地，進(jìn)而為國家產(chǎn)業(yè)升級和能源戰(zhàn)略目標(biāo)的實現(xiàn)，做出央企應(yīng)有的貢獻(xiàn)。