为运维配上“眼手脑”，浪潮云边协同助力海上风电行业新跃迁

在全球变暖的背景下,开发清洁能源以减少温室气体排放成为当务之急。风能作为重要的清洁无害的绿色能源正在受到广泛重视。

但运营成本居高不下与技术水平受限,成为制约海上风电发展的重大障碍。在数字化转型的当下,江苏未来智慧与浪潮合作,在江苏滨海H3风电项目中对集控体系、边缘计算、大数据、工业互联网平台等领域进行了一系列深入合作,为风电运维配上“眼手脑”,让智慧风电从理想变为了现实。

盲人摸象,被动运维难解成本之疾

据估算,地球上可用来发电的风力资源约有100亿千瓦,几乎是全世界水力发电量的10倍,全世界每年燃烧煤所获得的能量,也只有风力在一年内所提供能量的三分之一。

我国海上风力资源丰富,海上风电有望成为我国风电产业发展的新动力。国家风电“十三五”规划提出,到2020年底,风电累计并网装机容量确保达到 2.1亿千瓦以上,其中海上风电并网装机容量达到500万千瓦以上。

但海上风力发电一直受到成本较高的困扰。与同等装机容量陆上风电场相比,海上风电场整体运行维护成本为前者的2倍以上。江苏未来智慧科技公司常务副总经理宫照海介绍:“受到海上环境、气候等因素,海上风电的运维具有窗口期,且很难执行常规化运营。如果算上设备损坏期的电量损失,成本就更高了。”

随着国家相关扶持政策的变化,海上风电行业降成本更是难上加难。按照国家有关部门要求,自2020年起,新增海上风电不再纳入中央财政补贴范围,由地方按照实际情况予以支持。同时,随着2020年风电开启平价上网,风电价格与火电同价,风力发电降本增效就成为当下行业最为急切的需求。

但降本增效谈何容易?

虽然海上风电行业发展迅速,但受困于设备自身的数字化程度不高,运营和运维效率进一步提升变得十分困难。

由于远离海岸,海上风电机组在恶劣的海洋环境影响下,各种设备的损耗和损坏概率较高,但由于监测缺乏智能,有点像“盲人摸象”。比如,虽然很多风机设备都有SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)系统,用于设备的数据采集与监视控制,但只能收集风机的局部数据,对海上风电设备运行情况、环境等情况缺乏整体了解。

据宫照海介绍:“传统SCADA系统本身并不具备预警和数据分析能力,只是把状态数据采集回来;另外,SCADA系统并没有其他传感器的接入,比如螺栓的检测与腐蚀、叶片的震动、塔底的倾斜等等数据一无所知。”

但与此同时,当前很多海上风电运维执行的仍是被动运维模式,通常是出现问题之后才去出海维修,缺乏精准地资源统筹规划和安排,运维效率无法得到保障。如果遇到海上气候恶劣,只能束手无策,眼睁睁看着电量损失持续增加。

尽快摆脱被动运维模式成为解决海上风电成本难题的关键。浪潮云计算与大数据产品线首席架构师赵志祥认为,“海上风电需要加大云计算、大数据、人工智能等数字化技术综合应用,从被动运维向预警式服务的主动运维。”

构建集控体系,为海上风电运维配上“眼手脑”

随着风电场越来越大,运维困难也在升级。

过去,一个风电场站约40台风机,最多5个场站;现在的大规模场站可能拥有几千台甚至上万台风机,一个风机要完整评估超过2000个监检测点,每个监测点每时每刻都在产生数据,如果达成上万台风机规模,数据量将有可能堪比PB级别,传统集控运维管理模式和方法难以应对。

面对这一复杂情况,江苏未来智慧与浪潮通过建立基于工业互联网大数据平台的三层数字化集控体系进行破局。形象点说,根据风电运维云边协同典型场景,三层集控体系犹如人的“眼、手、脑”。

先说“眼”。端侧设备恰似一双智慧的眼睛,通过不断采集各种数据,做到对设备运行状态的全面监控。为此,未来智慧与浪潮在感知层全面推动数字化。除了海上风机等各种设备进行全面数字化之外,还通过收集像空气、温度、环境监控等多个维度的数据,进一步提升感知层的数据丰富程度,为集控中心体系建立构筑坚实的数据基础。

举个例子,在传统SCADA系统基础上,未来智慧增加了海上升压站视频监控、高清AI算法摄像头、机器人等五类传感器,之后通过SCADA系统和五类传感器将海上风电所有数据集采起来,传输到工业大数据平台上,持续为各种运维预警模型提供数据养料。

再说下“手”。边缘侧站点则是一双勤劳的手,运行算法和模型,实现降级自治,确保场站侧各种设备的正常运行,同时进行数据清洗,有效降低传输带宽。每个风机超过2000个监测点,对场站侧集控中心的能力要求越来越高。为此,在硬件上,未来智慧与浪潮共同打造了边缘超融合“盒子”,在场站侧集控中心的硬件层面起到了关键支撑作用。在软件上,浪潮的大数据平台软件为场站侧构筑了强大的数据处理和分析能力。通过采用工业互联网分布式大数据平台,构建了强大的数据分析能力,可以有效处理场站侧各种监测点产生的海量数据。

赵志祥认为,“海上风电场站侧集控中心实际上要求边缘站点提供整体的云数智能力,融合云计算、大数据、人工智能多种能力,与过去传统的小虚拟化平台有很大区别,其实是边缘侧的一次大变革,代表着未来边缘侧场景的应用趋势。”

最后说“脑”。陆地上的集控中心就是一颗智慧的大脑,不断训练和迭代各种算法与模型,并且下发给边缘侧,实现云边协同,进而全面实现海上风电的智能运维监控以及高效精准运营。

陆上区域集控中心可以将三级集控中心在资源、算法、模型等层面进行联动,让智慧应用快速分发、迭代。宫照海透露,“未来智慧已经研发了30多个预警模型,包括风机装填、设备状态、风机运行平台、可用率计算等等。在整个集控体系中,采用云边协同的方式,算法模型在云平台上构建、迭代与分发。”

作为一个开放的集成平台,整个集控中心可以持续续吸纳各种合作伙伴的设备与算法,让平台拥有持续进化的能力。

当拥有了“眼、手、脑”后,风电运维和运营开始快步走向智能化。而根据宫照海的判断,“未来,场站侧集控中心占比会越来越大,并且智能化程度也将持续提高。”

云边协同,风电开发加速向全栈式智能进化

有人直言,所有行业在数字化时代都值得重新做一遍。

在数据爆炸的时代,75%的数据将来自边缘,50%以上的数据需要在边缘处理。网络去中心化,计算和存储下沉,贴近数据就近生产成为未来趋势,可以发现数据计算从云到边缘正在深刻改变IT建设模式。

具体来说,以“如何做到数据的安全可靠,怎样依靠本地设施进行降级自治,缩短关键反应时延,同时有效降低传输带宽成本等”为代表的复杂业务诉求,自然衍生了多样化的IT基础设施与之匹配。但归究一点,低成本、低耗能、高可靠的平台成为了重中之重,解放人力、简化运维、资源协同成为数据计算从云到边的共性需求,也是未来企业助力行业发展所要积极努力的方向。

风电行业正在经历这一过程。

江苏滨海H3风电项目中,未来智慧与浪潮通过综合运用云、大数据、人工智能等数字化技术,让风力发展获得新动能,加速实现自身的升级与再造。

而在大数据、AI、物联网、5G这些数字化技术的加持下,以风电为代表的能源开发正在加速走向数字化、网络化和智能化,未来将会从风机运维、场站运营到区域管理等环节出发,通过云边协同的方式来完成全栈式智能进化历程。

可以预见,随着新能源技术与信息技术结合越来越密切,类似滨海这样的智慧风机将会更多地出现,持续推动我国清洁能源健康发展。