超高海拔光伏設備全生命周期智能管理與維護

國家電投鄉城縣興川新能源投資開發有限公司 沈興林

中國電建集團北京勘測設計研究院有限公司 史躍洋 茹陽陽 凌 磊

大力發展可再生能源已成為全球能源革命和應對氣候變化的主導方向和一致行動。近年來，光伏發電作為重要的可再生能源發電技術取得了快速發展，在很多國家已成為清潔、低碳并具有價格競爭力的能源形式。2020年，全球新增光伏發電裝機1.27億kW，累計裝機規模達到7.07億kW?！笆濉逼陂g，在產業規?？焖贁U大的帶動下，我國光伏發電技術取得快速發展。為實現碳達峰、碳中和目標，到2030年我國光伏發電裝機需要達到9億～10億kW，光伏發電在迎來空前發展機遇與發展空間的同時，也面臨諸多挑戰。

不同于水電站，光伏電站分布范圍較廣，具有大量相似甚至相同的設備，且基本運行于室外環境，尤其是高海拔地區如川藏地區，給現場設備管理和維護帶來較大的難度和風險。2021年，國家能源局等部門共同發布《智能光伏產業創新發展行動計劃（2021-2025年）》明確提出，智能光伏產業生態體系建設基本完成，與新一代信息技術融合水平逐步深化的整體目標。信息化的發展要求和互聯網、物聯網技術的發展為光伏電站設備、物資管理提供了新的管理方式和理念。

無論是施工期還是運維期，傳統的設備管理與維護大都依賴于人工管理，耗費大量人力、時間整理和保存相關資料和臺賬，出錯率高且資料易損毀、丟失。此外，傳統的管理方式最大的弊端在于施工期設備信息與運維期設備信息的割裂，無法在運維期快速獲取施工期相關數據[1]。基于此，本文基于BIM技術、互聯網等技術，提出設備的全生命周期智能管理與維護方法和手段，并依托川藏某光伏電站開發超高海拔光伏電站設備全生命周期智能管理平臺[2]（以下簡稱“智能設備管理平臺”），有效解決工程現場設備管理存在已久的弊病，為光伏等新能源行業提供一種信息化管理理念。

1 全生命周期智能化設備管理關鍵技術

超高海拔光伏電站設備全生命周期智能管理平臺通過編碼技術、BIM技術以及設備全過程跟蹤技術，再結合視頻監控技術，實現工程現場對設備的全過程監控與信息應用。

1.1 編碼技術

設備自設計至服役結束，不同階段涉及不同的技術人員和管理人員。KKS是一種根據功能、型號和安裝位置來明確標識發電廠中的系統、設備、組件和建構筑物的編碼體系，由工藝標識、地點標識和位置標識三部分編碼構成?？紤]到KKS編碼專業性較強，對于施工期工作人員來說使用難度相對較大。為實現信息無縫銜接和共享，本文設計自定義和KKS雙編碼機制，設備自錄入系統便自動生成自定義唯一編碼，無須人工介入，通過該編碼可關聯設備監造、運輸、施工等全部信息，同時專業人員可在任意時間編輯、完善KKS編碼并和自定義編碼關聯，結合數字化移交便于運維階段專業人員通過KKS編碼對設備進行管理和獲取設備施工期階段數據和信息。

1.2 BIM技術

BIM既是技術也是一種管理方法，其信息的動態性和完備性是實現模型實體和物理實體一致性的關鍵。以BIM為紐帶，將模型和抽象信息關聯，實現業務數據的具象化、可視化表達，降低信息獲取、傳遞和再加工的難度。本文通過編寫模型處理腳本，自動重命名模型，保證不同版本相同模型的名稱一致不變，從而保證不同版本的模型能夠繼承與業務數據的關聯性。

1.3 設備全過程跟蹤技術

對設備的管理、信息的豐富往往從入場開始，設備的生產監造和運輸過程信息通常會被忽略，導致無法形成完整的、全生命周期的設備信息。在設備生產、監造前生成設備的唯一自定義編碼，通過掃碼補充設備生產監造信息；同時接入快遞查詢接口，將設備編碼和物流信息綁定，即時更新設備的運輸狀態、位置和預計到場時間，現場工作人員可合理安排倉儲位置，提高現場的管理秩序和效率。設備入場后，通過掃碼補充安裝、施工、運行、維護等信息，實現設備全過程跟蹤和形成完整的信息記錄。

2 施工期及運維期設備管理要素及邏輯

本文通過對光伏等新能源項目設備物資各階段業務邏輯研究，研發智能設備管理平臺，以設備唯一編碼串聯各階段設備的各類信息，實現設備的各類過程信息的全程追溯，可快速查看設備的各階段、各類信息如加工監造、運輸、采購、供應商、安裝、維修及保養信息等內容。各階段設備物資管理要素及應用流程如圖1所示。

圖1 各階段設備物資管理要素

2.1 采購期設備管理要素

無論是施工期還是運維期，采購管理是設備物資管理的重要環節。采購管理是對供應商、需求計劃、采購計劃、采購策略、采購訂單、采購付款的管理以及與整個采購環節相關聯的核心業務處理流程進行管理，采購的設備清單確定后即可生成設備自定義唯一編碼和二維碼，該編碼是智能設備管理平臺關聯其他數據的核心。采購期設備物資二維碼管理如圖2所示。

圖2 采購期設備物資二維碼管理

2.2 監造運輸期管理要素

監造運輸期間的設備信息管理的關鍵在于信息的獲取和及時更新。為降低生產廠家和運輸公司的負擔，同時最大化收集信息，生產監造期間，生產廠家可通過手機App填寫設備生產監造、調試、質檢等信息，設備具備出廠條件后，將二維碼貼于設備上；運輸前，運輸公司可通過手機掃碼將物流單號和設備綁定，系統自動通過物流單號更新運輸信息。

2.3 施工期設備管理要素

光伏電站由多個地塊構成，呈片狀分布，相較于水電站施工期較短，無須專門建立倉庫，通常在安裝地就近妥善安置。施工期間設備流動性較大，堆放場的靈活調配、設備的驗收、出入庫與盤點以及施工期信息的關聯是關鍵?，F場管理人員可借助GIS地圖選擇堆放點，同時結合視頻監控，隨時掌握施工現場堆放點的實際情況，方便隨時調配，提升現場轉運效率。

設備運抵現場后，現場管理人員可通過掃碼對設備進行驗收，同時可勾選同批次其他設備，實現批量驗收；滿足驗收條件的設備，可直接入庫，系統平臺自動獲取本批次設備數量同時計算同類型設備庫存數量，通過系統的自動計算，降低出入庫和盤點的出錯率。施工期間，無論是任何業務數據，如進度、質量、安全等數據，可通過設備編碼與其他業務數據關聯，并以BIM為依托，實現設備精細化數據的可視化和施工期設備的精準定位。施工設備及數據可視化如圖3所示。

圖3 施工設備及數據可視化

2.4 運維期設備管理要素

不同于施工期，運維期有專門的倉庫或儲物間放置運維設備、物資，光伏電站運維期常用的設備物資一般包括安全工器具、常用工器具、儀器儀表、勞保防護用品、安全設施、應急和救援物、辦公用品、物資運維車輛，以及從建設期間移交過來的產品資料、備品備件等物資。在運維期，除采購管理外，設備物資管理涉及驗收與出入庫、編碼管理、倉儲及倉儲環境監測三個方面[3]。

不同于設備施工期的出入庫，運維期設備入庫時需選擇對應倉庫和貨架，出庫時可快速定位位置；運維期對編碼的管理以KKS編碼為主，運維人員需補全KKS的工藝相關標識、安裝地點標識和位置標識，從而將自定義編碼和KKS編碼綁定，自定義編碼關聯了施工期的各項信息和數據，從而實現施工期和運維期的信息融合。通過建立倉儲和貨架BIM模型，并集成倉儲環境監測數據，可將倉儲溫度、濕度、煙霧等數據可視化。運維期設備可視化如圖4所示。

圖4 運維期設備可視化

3 結論與展望

本文重點研究超高海拔光伏電站全生命周期設備物資管理業務與邏輯，同時應用編碼技術、互聯網技術以及BIM技術，研發了超高海拔光伏電站設備全生命周期智能管理平臺，通過雙編碼機制實現設備全生命周期各類信息的關聯，滿足各階段各類管理人員的信息查詢和共享需求；通過建立運維期倉庫及貨架的BIM模型，并關聯倉儲環境監測數據，實現運維期設備存儲和監測數據的可視化。

后期，在運維階段可進一步監控倉庫的能源消耗，建立倉庫能源消耗大數據模型，聯合自動化溫濕度控制系統和通風系統，以錯峰用電和智能控制形式，進行自動化和數據化的庫區能源監測管理，進一步提升設備物資管理智能化。