“iGO”打造海上風(fēng)電運維智能管理

如今，在中國大陸綿延1.8萬(wàn)千米的海岸線(xiàn)上，當你來(lái)到黃海之濱的小城——如東，你會(huì )被眼前人與自然和諧發(fā)展的風(fēng)景所吸引。

潮水慢慢退去，露出一片片金黃色的沙灘，勤勞的人們便開(kāi)始了忙碌的下海作業(yè)：搭紫菜架、撿文蛤等，拖拉機成為了他們通往大海的交通工具。不遠處，一臺臺風(fēng)機如海上燈塔屹立在沙灘上，葉片隨風(fēng)舞動(dòng)，如海鷗般翱翔在大海上空，有人戲稱(chēng)它們?yōu)闀?huì )發(fā)電的“電風(fēng)扇”。而這里，便是國內海上風(fēng)電的發(fā)源地……

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隨著(zhù)技術(shù)日益成熟，中國海上風(fēng)電也逐步從如東潮間帶延伸至更深的海域。在那里，這些風(fēng)電機組接受著(zhù)更嚴酷的海洋環(huán)境的挑戰。與陸地相比，海洋復雜多變的地質(zhì)、氣象條件極大地增加了風(fēng)機建設及運維的難度。

競價(jià)上網(wǎng)、平價(jià)上網(wǎng)是新能源發(fā)展的終極目標，海上風(fēng)電也不例外。然而，中國沿海不同海域嚴苛的環(huán)境條件使得開(kāi)發(fā)成本相差較大，單位千瓦造價(jià)也是從14000元到22000元不等。因此，需要根據不同海域的情況，選擇不同的施工工藝和運維策略，從而有效提升施工效率和運維效率，提升發(fā)電收益，降低度電成本。

針對如何提升海上風(fēng)電的施工安裝運維效率，提升發(fā)電量等一系列問(wèn)題，新疆金風(fēng)科技股份有限公司（下稱(chēng)“金風(fēng)科技”）認為，發(fā)電量提升不僅需要通過(guò)運維階段精益化、智能化等管理手段來(lái)實(shí)現，同時(shí)貫穿風(fēng)電場(chǎng)設計、施工階段精益交付管理、運維階段精細化管理的所有環(huán)節。CWP2017期間，金風(fēng)科技重磅推出iGO（海上風(fēng)電智能管理系統），基于海上風(fēng)電場(chǎng)的精益交付及精益運維給出了解決上述問(wèn)題的落地“良方”。

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精益交付——提供一體化的運輸安裝整體解決方案

iGO（intelligent Goldwind Offshore），意為海上風(fēng)電智能管理系統，主要包含運輸安裝和智能運維兩大核心模塊。

“風(fēng)電場(chǎng)經(jīng)緯度、離岸距離、碼頭位置、整機及基礎生產(chǎn)基地位置……”在iGO的操作頁(yè)面上，當你輸入你所關(guān)注的海上風(fēng)電場(chǎng)基礎信息時(shí)，通過(guò)iGO后臺數據庫分析，便能形成一份詳細直接的數據報告。

通過(guò)該報告，業(yè)主或工程施工方可掌握該風(fēng)電場(chǎng)的有效作業(yè)時(shí)間窗口以及不同開(kāi)工日期對施工總工期的影響，為業(yè)主和施工方提供施工組織計劃決策依據。這樣，就可較大限度地利用有效時(shí)間窗口合理安排運輸及吊裝作業(yè)面，使整個(gè)工期及吊裝成本最優(yōu)。

以往在海上風(fēng)電的施工安裝中，作業(yè)時(shí)間敏感，安裝費用高，時(shí)間緊風(fēng)險大……這些都是每個(gè)海上風(fēng)電工作者心頭的“老大難”?；诮鉀Q這些問(wèn)題的初衷，同時(shí)提高施工效率，實(shí)現成本最優(yōu)，實(shí)現快速調試和并網(wǎng)，保障施工安全。來(lái)自金風(fēng)科技海上風(fēng)電設計研究院的工程師們絞盡腦汁，終于在iGO中對上述問(wèn)題找到了解決辦法。

很多人都清楚，海上風(fēng)場(chǎng)施工與陸地風(fēng)場(chǎng)施工有很大區別。但事實(shí)上，實(shí)際情況比想象中更為復雜。

海上風(fēng)場(chǎng)施工效率由環(huán)境信息、單臺風(fēng)機海上作業(yè)時(shí)間、供貨及倉儲能力、施工計劃、安裝船舶這幾方面因素決定。

比如在海上風(fēng)電機組運輸方案上，以往有“駁船運輸+安裝船模式”和“安裝船自航運輸模式”兩種模式。

業(yè)內通常用的是“駁船運輸+安裝船模式”。這一方式具有使用方式靈活，考慮安裝船速度及費用、甲板載荷及面積、風(fēng)機部件尺寸的特點(diǎn)，但也存在海上部件轉移次數多，容易發(fā)生碰撞的不足。

而另一種，“安裝船自運輸模式”，具有海上部件轉移次數少的特點(diǎn)，但是費用高。

很多時(shí)候，海上風(fēng)電的工程師們光為了選擇哪種運輸方式，就已經(jīng)大為費神。

而現在，通過(guò)iGO，工程師們可以根據項目周邊的環(huán)境信息，選擇最為合適的運輸方案。

在吊裝方案領(lǐng)域，工程師們通過(guò)iGO，可以針對不同項目，采取不同吊裝方案（三葉式安裝或單葉式安裝），實(shí)現效率最大化。

不僅如此，iGO海上工程精益交付還可以通過(guò)對工程海域水文氣象環(huán)境要素分析，對工廠(chǎng)產(chǎn)能、碼頭堆場(chǎng)排布、運輸及吊裝船舶選型等要素進(jìn)行統一建模，以降本增效為目的，為客戶(hù)提供一體化精益交付方案。

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精益運維——打造海上風(fēng)電運維數字化運維策略解決方案

一直以來(lái)，海上風(fēng)電場(chǎng)運維成本占海上風(fēng)場(chǎng)全生命周期總成本的25%~30%，如何有效提升海上風(fēng)電機組發(fā)電收益，降低運維成本，已成為國內海上風(fēng)電行業(yè)內的熱點(diǎn)議題。

隨著(zhù)國內海上風(fēng)電的快速發(fā)展，正逐步形成江蘇、福建、廣東典型的區域化、集中化、規?；暮Ｉ巷L(fēng)電場(chǎng)，為有效降低海上風(fēng)電運維成本提供良好土壤。

如何降低海上風(fēng)電場(chǎng)的運維成本？金風(fēng)科技的工程師認為，基于發(fā)電量及運維出海成本最優(yōu)的運維策略，有助于降低海上風(fēng)電場(chǎng)度電運維成本。

然而，目前裝備及技術(shù)輸出的運維策略方案，可達率或者運維成本或風(fēng)險控制無(wú)法達到預期值時(shí)，需要進(jìn)行針對性的輸出可行的技術(shù)方案以及經(jīng)濟性評估。

而iGO的出現，則為實(shí)現運維策略最優(yōu)提供了最好的落地方案。

↑基于機組狀態(tài)的海上風(fēng)電運行維護監測系統

海上風(fēng)電場(chǎng)運維策略涉及多數據源分析，包括氣象、船舶、通訊、機組運行數據、機組維護數據等。

當前海上風(fēng)電運維管理主要依賴(lài)人工經(jīng)驗，如出海運維計劃安排、機組故障診斷等，由于人員經(jīng)驗差異而產(chǎn)生的運維計劃排布偏差，會(huì )使得風(fēng)場(chǎng)運維收益產(chǎn)生偏差。同時(shí)，由于人工對故障和預警的誤判，也往往導致出海未能有效完成機組維護作業(yè)。

金風(fēng)海上風(fēng)電場(chǎng)智能運維管理平臺（iGO）數字化解決方案在設計和執行中始終圍繞兩個(gè)原則，一個(gè)是需求源自于業(yè)務(wù)一線(xiàn)痛點(diǎn)，另一個(gè)開(kāi)發(fā)的解決方案一定能在業(yè)務(wù)一線(xiàn)有效的落地。談及業(yè)務(wù)痛點(diǎn)，將運維業(yè)務(wù)拆分成三個(gè)環(huán)節：計劃、執行、評估。

在金風(fēng)科技看來(lái)，海上風(fēng)電運維數字化運維策略解決方案，無(wú)論直接還是間接，最終的用戶(hù)還是項目現場(chǎng)一線(xiàn)運維人員。

通過(guò)iGO，金風(fēng)科技的工程師們是如何從計劃、執行、評估三個(gè)方面實(shí)現海上風(fēng)電場(chǎng)的數字化運維的？

第一，運維基礎信息化。金風(fēng)科技的工程師通過(guò)iGO，可以將場(chǎng)址環(huán)境、機組、水文氣象、通訊、船舶、人員、物資等所有運維資源都集成在平臺，建立海上運維一次完成率體系，并建立運維人員能力數據庫，實(shí)現0.5h內完成出海任務(wù)的分配、運維資源的調度，提高運維效率15%~20%。

第二，運維計劃智能化。iGO通過(guò)對運維資源的參數化建模，引入人工智能和離散事件模擬，實(shí)現由系統自動(dòng)優(yōu)化排布運維計劃，消除由于人員能力差異而導致運維計劃合理性偏差，最終相比于人工排布計劃，系統自動(dòng)排布能提升年度發(fā)電收益1%。以金風(fēng)科技某海上項目為例，在2018年1月~2018年6月期間，運維時(shí)使用人工排布計劃與運維計劃自動(dòng)排布驗證結果對比顯示：歷史模擬和歷史實(shí)際只差0.27%，這說(shuō)明iGO方法可信度及軟件準確率高。同時(shí)，在此基礎上完成優(yōu)化模擬，減少50%的發(fā)電量損失和20%的出海次數。

第三，機組故障及預警智能診斷。iGO通過(guò)結合SCADA數據，機組狀態(tài)監控數據，機組故障庫數據，機組維護歷史數據，運用大數據和人工智能手段，可實(shí)現系統自動(dòng)診斷故障分析根因，并對預警信號作出判定給出維護建議，盡可能將非計劃性工作轉變?yōu)橛媱澬怨ぷ?，降低運維成本15%~20%。

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新技術(shù)——背后先進(jìn)技術(shù)的支撐

iGO作為金風(fēng)海上風(fēng)電場(chǎng)智能運維管理平臺，之所以能實(shí)現海上風(fēng)電的智能運維，一大“秘訣”就在于其背后強大的相關(guān)技術(shù)的支撐。

“千里眼”：水文氣象預報系統

在數據采集階段，金風(fēng)科技自主研發(fā)的海上風(fēng)電場(chǎng)水文氣象預報系統能對氣象數據的準確預報和把握，就如同“千里眼”一般，為海上風(fēng)電運維提供了解決路徑和落地方案，經(jīng)濟社會(huì )效益顯著(zhù)。

通過(guò)該系統獲得的風(fēng)資源和水文數據，可以進(jìn)一步分析項目的經(jīng)濟性，并為海工結構技術(shù)進(jìn)行水動(dòng)力分析、運維方案分析、運輸吊裝方案分析。

而當該系統建立完善后，可根據當天的風(fēng)速、風(fēng)向、浪高、浪向、流速、流向以及運維機組的機位點(diǎn)制訂出最佳的運維船只航行路線(xiàn)，提高運維效率。

當在運維過(guò)程中出現人員落水事故時(shí)，海洋氣象預報系統可在很短時(shí)間內勾畫(huà)出搜救海域范圍，進(jìn)一步提高搜救效率。

“順風(fēng)耳”：通訊技術(shù)

當開(kāi)展海上風(fēng)電場(chǎng)建設運維時(shí)，一般通訊工具都沒(méi)法使用，而使用衛星通訊成本又過(guò)高，這時(shí)，金風(fēng)科技自主研發(fā)的通訊系統，又稱(chēng)之為“順風(fēng)耳”，就可大顯身手。

通過(guò)該通訊系統，集控中心人員可與海上風(fēng)電場(chǎng)運維人員進(jìn)行一對一、一對多的通訊，保證了信息傳播的私密性和即時(shí)性，便于統一調度管理，保障運維工作正常開(kāi)展。

以金風(fēng)科技響水近海項目為例，該項目離岸20km，海上升壓站天線(xiàn)30m高度可覆蓋半徑25km范圍，可實(shí)現人員對講通訊、微信傳輸圖片等通訊功能。

同時(shí)，在興化灣項目上，在部件運輸距離大于1000km之時(shí)，通過(guò)船舶上安裝船載臺及天線(xiàn)，利用衛星無(wú)線(xiàn)WIFI通道，實(shí)現運輸船舶狀態(tài)及視頻實(shí)時(shí)監控等功能。

大數據分析模型

這里iGO使用的大數據分析模型，特指基于多目標變量?jì)?yōu)化的海上機組運維計劃自動(dòng)排布技術(shù)。

當使用iGO時(shí)，用戶(hù)可從數據信息模塊中提取風(fēng)電場(chǎng)特征、水文氣象、人員、物資、船舶等數據，導入待辦任務(wù)，并參照標準定義業(yè)務(wù)需求，將錄入的任務(wù)轉入運維計劃自動(dòng)優(yōu)化排布系統。自此，系統將自動(dòng)生成未來(lái)一個(gè)運維周期內的多種出海運維方案，同時(shí)還可顯示各種方案出海成本（經(jīng)濟成本、時(shí)間成本）及預期發(fā)電收益。

數據顯示，通過(guò)iGO自動(dòng)排布，可使得單個(gè)海上風(fēng)電場(chǎng)發(fā)電量提升1%~5%，年有效利用小時(shí)數提升10%，出海成本降低10%。而這些長(cháng)期積累的實(shí)際數據，也將作為運維計劃自動(dòng)優(yōu)化排布系統核心算法模型的訓練數據，金風(fēng)科技的工程師們將定期對模型進(jìn)行參數優(yōu)化，讓系統更智能，排出的方案更貼合實(shí)際業(yè)務(wù)需求。

根據國家能源局發(fā)布的《風(fēng)電發(fā)展“十三五”規劃》，到2020年，我國海上風(fēng)電開(kāi)工建設規模將達到1000萬(wàn)千瓦，力爭累計并網(wǎng)容量達到500萬(wàn)千瓦，投資額可超過(guò)萬(wàn)億元。萬(wàn)億元投資的背后，更是對海上風(fēng)電運維的重要考驗。

自2007年我國第一臺海上風(fēng)電試驗樣機（金風(fēng)科技GW70-1.5MW）在渤海灣矗立，至今已過(guò)去10余年。多年來(lái)，對于海上風(fēng)電，金風(fēng)科技相關(guān)研究和實(shí)踐從未止步。在海上風(fēng)電這場(chǎng)“長(cháng)跑”中，突破海上風(fēng)電產(chǎn)品的關(guān)鍵技術(shù)，打造先進(jìn)的海上風(fēng)電整體解決方案，實(shí)現中國在風(fēng)電高端制造行業(yè)的全球引領(lǐng)，是全體金風(fēng)人的使命。金風(fēng)科技也將堅定不移地跑下去。