前言

風(fēng)能是一種可持續(xù)的清潔能源，有可能幫助滿足世界不斷增長(zhǎng)的能源需求，是世界上增長(zhǎng)最快的可再生能源之一。風(fēng)能對(duì)于實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)以及低碳能源體系轉(zhuǎn)型至關(guān)重要。風(fēng)電產(chǎn)業(yè)是我國(guó)的新興產(chǎn)業(yè)之一，在政策和市場(chǎng)需求雙重驅(qū)動(dòng)下，全國(guó)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，已經(jīng)成為我國(guó)新能源體系中的重要組成部分。

建設(shè)背景

市場(chǎng)背景

中國(guó)風(fēng)電存量市場(chǎng)近幾年的累計(jì)增幅較大，每年新增裝機(jī)規(guī)模不斷提升。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)風(fēng)電市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)容量從2016年的168.7GW增長(zhǎng)到2022年的395.6GW，年復(fù)合增長(zhǎng)率為15.3%;其中，陸上風(fēng)電市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)規(guī)模從2016年的167.1GW增長(zhǎng)到2022年365.1GW，年復(fù)合增長(zhǎng)率為13.9%;海上風(fēng)電市場(chǎng)累計(jì)裝機(jī)規(guī)模從2016年的1.6GW增長(zhǎng)到2022年的30.5GW，年復(fù)合增長(zhǎng)率為63.4%。

政策背景

2022.06.《“十四五”可再生能源發(fā)展規(guī)劃》，優(yōu)化近海海上風(fēng)電布局，開展深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電規(guī)劃，推動(dòng)近海規(guī)模化開發(fā)和深遠(yuǎn)海示范化開發(fā)，重點(diǎn)建設(shè)山東半島、長(zhǎng)三角、閩南、粵東、北部灣五大海上風(fēng)電基地集群。

2022.08.《加快電力裝備綠色低碳創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，重點(diǎn)發(fā)展8MW以上陸上風(fēng)電機(jī)組及13MW以上海上風(fēng)電機(jī)組，研發(fā)深遠(yuǎn)海漂浮式海上風(fēng)電裝備。重點(diǎn)研發(fā)海上風(fēng)電柔性直流送出和低頻送出、交直流混合配電網(wǎng)系統(tǒng)、開關(guān)電弧、設(shè)備長(zhǎng)期帶電可靠性評(píng)估等技術(shù)。

2022.09.《能源碳達(dá)峰碳中和標(biāo)準(zhǔn)化提升行動(dòng)計(jì)劃》，加快制定海上風(fēng)電開發(fā)及多種能源綜合利用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，依托海上風(fēng)電基地建設(shè)，設(shè)立標(biāo)準(zhǔn)化示范工程，充分發(fā)揮國(guó)家新能源實(shí)證實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的作用。

2023.06.《新型電力系統(tǒng)發(fā)展藍(lán)皮書》，在堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先、確保安全的前提下，結(jié)合資源潛力持續(xù)積極建設(shè)陸上和海上風(fēng)電、光伏發(fā)電、重點(diǎn)流域水電、沿海核電等非化石能源。

2023.06.《風(fēng)電場(chǎng)改造升級(jí)和退役管理辦法》，統(tǒng)籌推進(jìn)風(fēng)電場(chǎng)改造升級(jí)和退役管理工作，鼓勵(lì)技術(shù)進(jìn)步，提高風(fēng)電場(chǎng)資源利用效率和發(fā)電水平，推進(jìn)風(fēng)電產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，助力實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰碳中和。

建設(shè)目標(biāo)

海上風(fēng)電場(chǎng)智慧化，是提高海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行水平和效益的現(xiàn)實(shí)需要。本設(shè)計(jì)遵循結(jié)構(gòu)化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、集成化，規(guī)劃了智慧海上風(fēng)電場(chǎng)的架構(gòu)體系，達(dá)到海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維平臺(tái)各子系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享、互通互動(dòng)。建成一套統(tǒng)一管理、分級(jí)控制的智慧海上風(fēng)電場(chǎng)綜合管理平臺(tái)，形成功能完善、反應(yīng)快速的數(shù)字化運(yùn)維體系,實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備、資產(chǎn)的智慧化監(jiān)控與管理，為覆蓋項(xiàng)目設(shè)計(jì)、基建、運(yùn)營(yíng)的全生命周期過程。

系統(tǒng)概述

“智慧海上風(fēng)電場(chǎng)”是指以數(shù)字化、信息化、標(biāo)準(zhǔn)化為基礎(chǔ)，采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、可視化、數(shù)字孿生等新技術(shù)，主要涵蓋安全管控、建設(shè)管理、運(yùn)維決策、一體化監(jiān)控等板塊。把傳統(tǒng)海上風(fēng)電場(chǎng)中無感知、無思想的設(shè)備、系統(tǒng)，孕育成智能感知、智能運(yùn)維、智能控制、智能決策的全新海上風(fēng)電場(chǎng)。

需求分析

三維模型場(chǎng)景

系統(tǒng)基于WebGL標(biāo)準(zhǔn)下的B/S框架，前端采用HTML5+JavaScript技術(shù)作為前端研發(fā)基礎(chǔ)，進(jìn)入Sovit2D/Sovit3D可視化平臺(tái)后，結(jié)合真實(shí)世界建立三維場(chǎng)景(也可上傳背景圖)，在線拖拽資源庫中的風(fēng)機(jī)、升壓站、設(shè)備等組件，配置顏色、動(dòng)畫效果，直觀、可視化呈現(xiàn)海上風(fēng)場(chǎng)運(yùn)行狀態(tài)。通過對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行放大、縮小平移等操作查看場(chǎng)景效果和細(xì)節(jié)。并將環(huán)境參數(shù)、實(shí)時(shí)發(fā)電指標(biāo)、節(jié)能減排信息等數(shù)據(jù)接入 2D 面板，便于運(yùn)維人員對(duì)整個(gè)風(fēng)電運(yùn)行的有效掌控。

全局信息概覽

展示海上風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)維中心及風(fēng)電場(chǎng)總體生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)信息，包括環(huán)境情況、實(shí)時(shí)指標(biāo)、機(jī)組狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)、發(fā)電統(tǒng)計(jì)、風(fēng)機(jī)數(shù)量等信息。

智能設(shè)備管理

智能設(shè)備是智慧海上風(fēng)電場(chǎng)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。智能裝置是智能設(shè)備層的基本元素，應(yīng)使用標(biāo)準(zhǔn)通信接口和協(xié)議，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化監(jiān)測(cè)和網(wǎng)絡(luò)化控制;應(yīng)具備就地綜合評(píng)估、實(shí)時(shí)狀態(tài)報(bào)告、故障診斷等功能。

·智能風(fēng)機(jī)

在風(fēng)機(jī)上采用先進(jìn)的狀態(tài)監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析、智能控制技術(shù)，使機(jī)組準(zhǔn)確地感知自身和外部環(huán)境，建立數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、異常告警機(jī)制，智能鎖定故障位置。為風(fēng)機(jī)匹配機(jī)械傳動(dòng)鏈、塔筒、基礎(chǔ)、槳葉以及重要的螺栓載荷等重要元部件的狀態(tài)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組參數(shù)漸變、突變事件的智能化故障預(yù)警與診斷。

·智能海纜

海底電纜是海上風(fēng)電場(chǎng)電能傳輸?shù)年P(guān)鍵部件，海底電纜的事故將導(dǎo)致極大的損失。有必要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)海纜的溫度和應(yīng)力變化。借助海纜中的光纖線芯，通過對(duì)接光纖分布式傳感新技術(shù)，判斷電纜是否受損及周圍環(huán)境是否發(fā)生變化，并對(duì)海纜異常進(jìn)行報(bào)警和定位。

·智能升壓站

海上升壓站平臺(tái)在運(yùn)行過程中受到海水沖擊腐蝕等環(huán)境影響，其結(jié)構(gòu)安全性會(huì)降低，有必要通過在線監(jiān)測(cè)并存儲(chǔ)主要結(jié)構(gòu)件的關(guān)鍵安全參數(shù)，評(píng)估并判斷海上升壓站的結(jié)構(gòu)是否在安全限值內(nèi)，發(fā)現(xiàn)早期安全隱患，避免出現(xiàn)問題。

電氣監(jiān)控管理

在陸上集控中心內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)電氣部分(陸上集控中心、海上升壓站電氣設(shè)備)的統(tǒng)一監(jiān)控，作為全場(chǎng)電氣設(shè)備數(shù)據(jù)的集散中心，建立與電力調(diào)度中心的傳輸通道，完成海上風(fēng)電場(chǎng)遠(yuǎn)動(dòng)信息上送，并接受調(diào)度中心的調(diào)度指令(包括AGC、AVC控制)，完成電氣設(shè)備五防功能。

安全巡檢管理

鑒于海上風(fēng)電場(chǎng)水域大、環(huán)境復(fù)雜、維護(hù)難，在海上升壓站、配電室等主要區(qū)域，融合遠(yuǎn)程巡檢機(jī)器人的室內(nèi)定位坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn) 1：1 場(chǎng)景還原的智能巡檢系統(tǒng)，結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)、三維建模等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)巡視機(jī)器人當(dāng)前狀態(tài)數(shù)據(jù)展示，巡檢攝像頭實(shí)時(shí)監(jiān)控信息回傳，從管理、安防、節(jié)能、隱患排查等多維度對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控及預(yù)警。

視頻監(jiān)控管理

根據(jù)風(fēng)電場(chǎng)監(jiān)控?cái)z像頭分布情況，在三維場(chǎng)景中設(shè)置視頻監(jiān)控點(diǎn)位，以攝像頭圖標(biāo)展示其位置。支持場(chǎng)景交互來調(diào)取相應(yīng)監(jiān)控視頻，對(duì)異常目標(biāo)的自動(dòng)抓拍、抓攝和留存，出現(xiàn)異常警告時(shí)，監(jiān)控點(diǎn)位會(huì)有聲光報(bào)警效果。滿足運(yùn)維人員對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)感知、歷史數(shù)據(jù)回溯比對(duì)、應(yīng)急處理預(yù)案等監(jiān)測(cè)需求。

電子圍欄管理

風(fēng)電水域電子圍欄一旦有非法入侵時(shí)，智能跟蹤球機(jī)立即自動(dòng)跟蹤現(xiàn)場(chǎng)目標(biāo)，并在現(xiàn)場(chǎng)和監(jiān)控中心發(fā)出聲光報(bào)警。通過對(duì)接船事系統(tǒng)可獲取到施工船只、漁船、非法入侵船只等相關(guān)信息，結(jié)合入侵時(shí)間、離開時(shí)間，可實(shí)時(shí)定位船舶位置(經(jīng)度及緯度)和繪制歷史軌跡，提高監(jiān)控管理效率。

環(huán)境監(jiān)測(cè)管理

實(shí)時(shí)測(cè)量并顯示風(fēng)速、風(fēng)向、氣溫、相對(duì)濕度、氣壓;并對(duì)作業(yè)海區(qū)未來7天的天氣現(xiàn)象、氣壓、風(fēng)向、風(fēng)力、氣溫、浪高、能見度等要素進(jìn)行預(yù)報(bào)，安排預(yù)警和預(yù)處理方案及出海作業(yè)策略。

基建智能管理

海上風(fēng)電場(chǎng)在施工中存在環(huán)境負(fù)責(zé)、安全隱患多、危險(xiǎn)性大等問題，建立實(shí)用有效海上風(fēng)電場(chǎng)智慧基建管理系統(tǒng)，基于三維可視化技術(shù)展示施工進(jìn)度，通過對(duì)接施工進(jìn)度數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景內(nèi)風(fēng)機(jī)搭建全過程實(shí)時(shí)狀態(tài)展示，并輔以施工計(jì)劃，包含時(shí)間、施工對(duì)象、船舶數(shù)與人數(shù)。便于分析施工過程中的各項(xiàng)指標(biāo)，業(yè)務(wù)人員無須到現(xiàn)場(chǎng)即可通過平臺(tái)進(jìn)行各方協(xié)調(diào)統(tǒng)籌。

智慧運(yùn)維管理

依托物聯(lián)網(wǎng)傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控風(fēng)電場(chǎng)風(fēng)機(jī)、升壓站等設(shè)備的運(yùn)行情況，為運(yùn)營(yíng)中心人員、現(xiàn)場(chǎng)維檢人員提供精準(zhǔn)的預(yù)警、告警信息。檢修人員通過智能穿戴設(shè)備與監(jiān)督人員進(jìn)行實(shí)時(shí)交互。實(shí)現(xiàn)智慧維檢、安全管控，提高運(yùn)維智能化水平。

智能預(yù)警管理

建立預(yù)警觸發(fā)機(jī)制，對(duì)風(fēng)場(chǎng)設(shè)備、環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，在識(shí)別到后臺(tái)狀態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)，將狀態(tài)以差異化的形式呈現(xiàn)在設(shè)備模型上，當(dāng)設(shè)備狀態(tài)為異常時(shí)，系統(tǒng)將持續(xù)發(fā)出聲光報(bào)警，并彈出異常警報(bào)。并聯(lián)動(dòng)視頻監(jiān)控將鏡頭聚焦，展示報(bào)警設(shè)備詳情及位置，方便運(yùn)維人員即時(shí)做出決策處理。

開發(fā)平臺(tái)

數(shù)維圖(SovitJs)應(yīng)用自主研發(fā)的 Sovit2D、Sovit3D 產(chǎn)品，無縫融合 2D、3D 技術(shù)，搭建了一套3D 可視化智慧海上風(fēng)電場(chǎng)大數(shù)據(jù)管理平臺(tái)。通過數(shù)維圖可視化開發(fā)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可交互式的 Web 二三維場(chǎng)景，基于多維感知、場(chǎng)景物聯(lián)、物信融合的技術(shù)理念，不斷豐富與完善海上風(fēng)電場(chǎng)全面感知，實(shí)現(xiàn)設(shè)備設(shè)施智能巡檢、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警，助力集控中心生產(chǎn)調(diào)度，輔助決策和全局掌控。

建設(shè)價(jià)值

建設(shè)智慧海上風(fēng)電場(chǎng)，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)設(shè)備、資產(chǎn)的智慧化監(jiān)控與管理，對(duì)提高風(fēng)電場(chǎng)自動(dòng)化水平和運(yùn)維效率、降低運(yùn)維成本、提高海上風(fēng)電的徑濟(jì)和社會(huì)效益、提高抵御風(fēng)險(xiǎn)的能力具有重要意義。

系統(tǒng)交付

數(shù)字孿生智慧海上風(fēng)電場(chǎng)可視化運(yùn)維管理平臺(tái)基于B/S架構(gòu)的Sovit3D三維可視化平臺(tái)開發(fā)設(shè)計(jì)，采用HTML5+JavaScript技術(shù)作為前端基礎(chǔ)，產(chǎn)品開發(fā)的二次代碼及項(xiàng)目源文件全部提供客戶，按需要可部署在云端，也可本地化部署。

審核編輯 黃宇