2023年華能集團智慧海上風電頂層最佳方案規(guī)劃及工作建議

華能集團海上風電場全生命周期數(shù)字化工作頂層方案規(guī)劃及工作建議數(shù)字化海上風電場背景及必要性海上風電作為全球可再生能源特別是風電發(fā)展最前沿領域，其風資源條件好，不占用陸地資源，離負荷中心近以及電價補貼等因素促進了行業(yè)跨越式發(fā)展，目前國內(nèi)裝機規(guī)模連續(xù)5年快速增長，已躍居全球第三，僅次于英國和德國。大力開發(fā)海上風電資源，加快推進海上風電建設，不僅可以帶動海洋經(jīng)濟和裝備制造業(yè)發(fā)展，更是保障能源安全、增加能源供應、優(yōu)化能源結構、促進節(jié)能減排、應對氣候變化、推動低碳經(jīng)濟發(fā)展的重大舉措，海上風電即將發(fā)展成為沿海經(jīng)濟戰(zhàn)略支撐點和能源供應主力軍。在此背景下，根據(jù)華能集團公司“十三五”發(fā)展戰(zhàn)略和規(guī)劃，集團積極布局海上風電。華能如東300MW海上風電場作為華能海上風電項目建設的第一步，2017年9月20日實現(xiàn)了全部并網(wǎng)，創(chuàng)造了亞洲投入商業(yè)運行海上風電場裝機容量新紀錄。華能江蘇大豐海上風電項目整在如火如荼建設，海裝如東300MW海上風電場項目（總容量400MW），華能灌云30萬千瓦海上風電場工程和華能嘉興2號海上風電場工程也已基本完成前期工作。除此，集團還在繼續(xù)尋求開發(fā)新的海上風電項目資源，以實現(xiàn)“十三五”期間海上風電項目滾動開發(fā)。日前，國家能源局印發(fā)了《國家能源局關于2018年度風電建設管理有關要求的通知》（國能發(fā)新能[2018]47號），同時配發(fā)了“風電項目競爭配置指導方案（試行）”（以下簡稱“指導方案”）。指導方案的出臺標志著行業(yè)即將迎來新的轉折點，海上風電也由簡單粗放式轉變?yōu)榫毣l(fā)展。同時海上風電在管理和技術上都呈現(xiàn)了新的特點和問題，例如投資成本高、海上運維風險高、設備故障率高、運維管理弱、抗風險能力低等。為滿足海上風電精細化建設和運維需要，立足建設單位全生命周期管理，以提高項目收益率，降低運維成本和提高安全等級為目標，全面推動海上風電業(yè)務與信息技術更加廣泛、更深層次的融合，一個借助“互聯(lián)網(wǎng)+”、大數(shù)據(jù)、人工智能等最前沿技術為海上風電打造的智慧風電場“超級大腦”應運而生。海上風電場全生命周期數(shù)字化工作頂層方案規(guī)劃規(guī)劃目標從實現(xiàn)功能維度，數(shù)字化海上風電場的目的為“安全第一、效率保障、效益優(yōu)先”。從集團公司管控維度，分別以集團、分公司、項目公司為維度進行應用層面的不同分類，滿足不同層級的管控需求。不同層級均對工程項目采用全生命周期的管理觀念，對規(guī)劃、設計、建設、運營各個階段，進行計劃、組織、協(xié)調(diào)和控制的管理活動，并在信息集中的基礎上，向不同層級的管理人員提供強大的智能決策支持，從而為不同層級組織內(nèi)決策層、職能層、執(zhí)行層等提供集決策、管理、維護手段為一體的工程管理全面解決方案。整體架構圖2.2-1不同層級業(yè)務管理需求圖2.2-2數(shù)字化風場系統(tǒng)框架核心業(yè)務功能2.3.1數(shù)字化風場BIM模型以“一個平臺、一個模型、一個數(shù)據(jù)架構”為核心理念，最終選用Bentley為基礎三維設計平臺，ProjectWise為協(xié)同協(xié)統(tǒng)設計平臺，建立完善的、國內(nèi)最先進的風電場三維設計解決方案。三維數(shù)字化設計工程應用包括：地質(zhì)、結構、電氣、暖通、給排水、安全及風機基礎。搭建完善的風場全專業(yè)數(shù)字化模型，把物理風場完全以數(shù)字化形態(tài)呈現(xiàn)。同時利用VR（VirtualReality虛擬現(xiàn)實）技術建立一個虛擬海上風電場3D演示系統(tǒng)。KKS編碼系統(tǒng)編制風電場完整的KKS編碼，可以很好的將風電場所有設備進行數(shù)字化標識，將智慧風場各個子系統(tǒng)有效串聯(lián)。KKS編碼按照集團公司統(tǒng)一制度和標準執(zhí)行，對于為頒布有關統(tǒng)一的制度、標準前，根據(jù)大唐集團公司統(tǒng)一規(guī)劃的相關要求，有項目公司編制內(nèi)部專用制度、技術標準和信息編碼并報集團審批后實施。數(shù)字化移交數(shù)字化管理的基礎是數(shù)字化移交。數(shù)字化移交是由上游設計和承建方借助數(shù)字化移交平臺，對設計、采購、建造等各階段的數(shù)據(jù)、信息、資料進行分類、收集、整理、審批，最終移交給業(yè)主，內(nèi)容包括三維模型、設計文件、采購信息、施工信息、調(diào)試過程信息等，其數(shù)據(jù)倉庫保持動態(tài)增量的狀態(tài)。進行數(shù)字化移交將形成數(shù)字化風場建設的原始基礎數(shù)據(jù)，產(chǎn)生指導施工和采購的數(shù)字化設計資料，可應用在工程進度的4D跟蹤、設備拆卸仿真、交互式培訓學習等。并整合各類信息，在運行期構建成三維數(shù)字化系統(tǒng)，在虛擬現(xiàn)實平臺上形成對風場運行與維護的一體化管控。數(shù)字化移交可以優(yōu)化數(shù)據(jù)移交過程，提高數(shù)據(jù)移交質(zhì)量，使業(yè)主及時獲取可靠的建設期信息，了解項目設計建造進度，提高建設期管理能力，同時實現(xiàn)知識積累，用于風場未來的運行、維修、改造、延壽和退役。數(shù)字化深化應用建立數(shù)字化電站的最終目的是為生產(chǎn)運維提供決策支持，基于數(shù)字化電站，讓工作人員在同一“窗口”既可以了解設計建造階段的圖紙文檔資料，又可以了解運維階段的點巡檢記錄、漏檢記錄、設備缺陷、維修工單、維修計劃、當前設備的運行狀況等信息，輔助運行與檢修，指導生產(chǎn)，實現(xiàn)電廠的可視化運維管理。2.3.2風電機組智能化控制系統(tǒng)風機智能化從前期可研階段開始介入，從選擇、比對市場上已有的成熟機型，評估、判斷將要上市的未來機型，為項目的投資決策做評判依據(jù)。智能化更重要的是側重運行階段風機的控制和出力考核。風機電氣控制回路模塊化、冗余化、智能化：模塊化是控制回路及繼電器都是集成在一個或數(shù)個插件內(nèi)，冗余化是任何單一插件故障不會導致風機停機或故障，風機能自動切換到冗余部件，風機繼續(xù)運行，智能化是插件異常及故障點能及時自動報警并自動上傳異常及故障數(shù)據(jù)和信息到控制中心等待處理。2.3.3故障預警系統(tǒng)故障預警是在健康模型基礎上進行報警，根據(jù)大量歷史數(shù)據(jù)分析挖掘，發(fā)現(xiàn)各參數(shù)與故障的關聯(lián)性及參數(shù)變化的趨勢性，根據(jù)每個分析結果建立對應的故障預警模型。根據(jù)風機預警模型判斷機組是否運行在健康狀態(tài)，并給出相應的預警信息。用戶可以根據(jù)預警規(guī)則庫中已有子規(guī)則自行配置，通過選擇算法、參與計算的測點、限制范圍，并基于實時數(shù)據(jù)、10分鐘數(shù)據(jù)進行限值預警。形成的預警規(guī)則可作為模板進行存儲，其他機組使用時可直接調(diào)用并調(diào)整參數(shù)。2.3.4在線監(jiān)測系統(tǒng)設置風電機組基礎結構監(jiān)測系統(tǒng)主要包含基礎不均勻沉降監(jiān)測系統(tǒng)、基礎傾斜監(jiān)測系統(tǒng)、基礎結構關鍵節(jié)點應力應變監(jiān)測系統(tǒng)、基礎及塔筒振動監(jiān)測系統(tǒng)、基礎結構防腐保護電位監(jiān)測系統(tǒng)組成，通過各子系統(tǒng)監(jiān)測結果對基礎結構安全作出及時準確判斷，確保風電機組基礎結構安全，進而保障風電場風電機組運行安全除結構監(jiān)測外還包括設備監(jiān)測、風機機組葉片監(jiān)測、振動監(jiān)測等。2.3.5安全模塊安全系統(tǒng)貫穿于風電場建設期及運維期。建設期包含實時監(jiān)控施工現(xiàn)場、生產(chǎn)區(qū)、危險區(qū)的人員、設備情況，通過視頻智能分析，保證現(xiàn)場施工安全。運維期安全模塊包括人員出行安全、設備安全等。下階段工作建議（1）互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等技術發(fā)展日新月異，應加緊開展海上風電場全生命周期數(shù)字化工作頂層方案進行集團、省公司和項目三級設計，搶奪海上風電發(fā)展戰(zhàn)略制高點。（2）構建以業(yè)主為中心的數(shù)字化系統(tǒng)是行業(yè)發(fā)展的必然趨勢。海上風機設備廠家的數(shù)字化平臺和系統(tǒng)僅僅是為了滿足銷售合同的技術支持要求，對整個海上風電場的管理系統(tǒng)性、全局性、深度、架構統(tǒng)一性等都較為缺乏，同時也有很多不可控因素。（3）重視設計為龍頭的項目建設階段三維模型建立和應用。三維模型貫穿全生命周期數(shù)字化、智慧化管理，海上風電全生命周期數(shù)字化管理的載體也為三維模型，三維模型同時也奠定了從被動型運維到主動性運維，從粗放型運維到精益型運維，從間斷型運維到持續(xù)型運維的基礎。（4）開發(fā)基于大數(shù)據(jù)、云計算和物聯(lián)網(wǎng)等新技術的多源協(xié)同智能管理平臺。新技術的應用將極大地提高了產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力，使得海量數(shù)據(jù)的存儲、計算變得更加容易和高效。通過這些平臺的使用，可以快速搭建出一個承載海量數(shù)據(jù)和分散用戶的應用，從而改變我們的管理和運維方式。華東院優(yōu)勢行業(yè)優(yōu)勢自2009年華東院設計建成的第1座潮間帶海上風電場投產(chǎn)發(fā)電，截止2018年6月，華東院設計建成海上風電場超過2500MW，并網(wǎng)容量超過全國已并網(wǎng)海上風電總容量的五分之四！設計建成各類型海上風電基礎結構860座，建成了亞洲前10座海上升壓站，總承包（或勘察設計）30余座海上測風塔（或觀測平臺），目前承擔的在建籌建項目350萬千瓦，工程總投資達500億。華東院是全國開展海上風電研究最早，也是在從規(guī)劃到建設，再到運維全產(chǎn)業(yè)鏈積極布局的綜合性甲級設計院。作為能源主管部門技術支撐單位，完成了海上風電工程規(guī)劃、省市區(qū)域規(guī)劃、十三五電力能源規(guī)劃等，承擔了多項海上風電領域國家及行業(yè)標準編制工作，目前正在開展深水遠岸海上風電基礎及輸變電等領先技術研究，為我國海上風電后續(xù)發(fā)展奠定堅實的基礎。數(shù)字化優(yōu)勢華東院數(shù)字化優(yōu)勢華東院從2003年開啟數(shù)字化發(fā)展業(yè)務，到2010年全面實現(xiàn)從二維設計到三維設計協(xié)同的革命性跨越，再到2016年城市級CIM平臺監(jiān)理，堅持工程數(shù)字化對全院發(fā)展的戰(zhàn)略引領作用。已先后在建和完成建設雄安新區(qū)電網(wǎng)數(shù)字化工程管理平臺、雄安智慧森林管理平臺、深圳前海建設智慧系統(tǒng)、全國水電站大壩安全監(jiān)管信息平臺、大同光伏示范基地信息平臺、哈密風電基地二期項目信息公共服務平臺、工程全生命周期管理平臺等國家級特大型數(shù)字化項目。雄安新區(qū)電網(wǎng)數(shù)