2019年11月22—23日,第四屆中國風(fēng)電電氣裝備與微電網(wǎng)技術(shù)高峰論壇暨中國電器工業(yè)協(xié)會(huì)風(fēng)力發(fā)電電器設(shè)備分會(huì)二屆四次年會(huì)于江蘇蘇州召開,本次會(huì)議的主題是“智慧能源、智能制造、智控微網(wǎng)”。明陽智慧能源集團(tuán)股份公司海上工程運(yùn)維部副總監(jiān)李永戰(zhàn)在會(huì)上為大家?guī)砹祟}為《海上風(fēng)電的挑戰(zhàn)和智慧運(yùn)維新模式》的精彩演講。
以下為演講實(shí)錄:
根據(jù)最新的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),中國公開的海上風(fēng)電項(xiàng)目已經(jīng)接近300個(gè),總體的規(guī)劃容量是超過1.3億千瓦,集中在廣東、福建、江蘇、浙江、山東這幾個(gè)省,其中廣東規(guī)劃容量是6680萬千瓦,核準(zhǔn)容量是3595萬千瓦,在中國各個(gè)省當(dāng)中是最多的。這是全球截止到2030年風(fēng)電規(guī)劃裝機(jī)突破2億千瓦,其中英國規(guī)劃3200萬千瓦,像德國是1500萬千瓦,荷蘭是1150萬千瓦,亞洲像日本是規(guī)劃1000萬千瓦,韓國是1800萬千瓦,印度是3000萬千瓦,中國是7500千瓦,美國是1000萬千瓦。海上風(fēng)電發(fā)展是起源于歐洲,從規(guī)劃來看未來的發(fā)展還是在亞洲特別是在中國。
中國海上風(fēng)電也是從2018年開始提速,去年新增裝機(jī)量是436臺(tái),新增裝機(jī)容量達(dá)到165.5萬千瓦,環(huán)比增長42.7%,累計(jì)裝機(jī)達(dá)到444.5萬千瓦。到2021年海上風(fēng)電也會(huì)實(shí)現(xiàn)平價(jià)上網(wǎng),包括今年明年后年這三年還是海上風(fēng)電的搶裝潮,所以這三年海上風(fēng)電是快速的發(fā)展。
因?yàn)楹I巷L(fēng)電規(guī)劃這么大,中國的海上風(fēng)電發(fā)展也在提速,但是海上風(fēng)電的挑戰(zhàn)也是非常大。
首先就是腐蝕斷裂,在海上整個(gè)腐蝕的速度會(huì)非??欤ㄌ鞖忸A(yù)測;我們基于風(fēng)速浪的高度,可見度還有降雨的預(yù)測,決定運(yùn)維團(tuán)是否能夠出海,像中國的廣東沿海還面臨臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn);海上風(fēng)電風(fēng)場的容量特別大,機(jī)組特別多,針對(duì)風(fēng)場內(nèi)部的運(yùn)維場的路徑規(guī)劃可以降低運(yùn)維船的使用時(shí)間包括整體的運(yùn)維成本;根據(jù)歐洲海上風(fēng)電的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),保險(xiǎn)理賠70%80%都是因?yàn)楹@|的損害導(dǎo)致的,所以海纜的故障在海上風(fēng)電發(fā)展上也是非常大的挑戰(zhàn)。海上風(fēng)電一般離岸距離比較遠(yuǎn),很多都超過10公里,風(fēng)場內(nèi)部的通訊信號(hào)是非常不好的,它和外面的溝通是存在比較大的困難,這也需要一些系統(tǒng)的解決方案。這個(gè)小視頻是在廣東湛江風(fēng)電場拍攝的,就是中國不同地區(qū)的海域海況特點(diǎn)也不一樣,在南方每年的11月份到第二年的3月份風(fēng)很小,浪涌很大,基本上在不到5米的時(shí)候浪涌高度是2米,就是船出去了到機(jī)位上不去,這也是非常大的挑戰(zhàn)。
海上風(fēng)電有這么大的挑戰(zhàn),就需要海上風(fēng)電智能運(yùn)維的規(guī)劃系統(tǒng),而這個(gè)系統(tǒng)首先是基于平臺(tái)得到的故障,還有計(jì)劃類的任務(wù)還有定檢、巡檢、技改等任何,考慮到運(yùn)維船、人員、還有備品備件、限制因素,通過一些智能算法形成我們的任務(wù)排布的計(jì)劃,形成單日的運(yùn)船的路徑,最后實(shí)現(xiàn)發(fā)電量損失最小包括交通成本最小,追求風(fēng)電場最優(yōu)的可利用率。
我們還有基于運(yùn)維人員行為的運(yùn)維管理系統(tǒng),是通過供端的形式做到閉環(huán)的管理,還有手機(jī)APP也便于現(xiàn)場人員去執(zhí)行。基于未來兩天的風(fēng)功率預(yù)測也給多個(gè)運(yùn)維窗口期,在推薦的運(yùn)維窗口期中,你做運(yùn)維工作,造成發(fā)電量損失是最小的。這個(gè)動(dòng)圖也是外國的項(xiàng)目拍攝的一個(gè)視頻,非常漂亮,這是一個(gè)實(shí)景拍攝。
根據(jù)風(fēng)機(jī)故障的機(jī)理還有故障處理的經(jīng)驗(yàn)編制了我們的故障樹,可以發(fā)現(xiàn)每個(gè)故障發(fā)生的原因是什么,我們通過歷史經(jīng)驗(yàn)庫保障我們的故障數(shù)是準(zhǔn)確可信的。同時(shí)也查看故障發(fā)生前的運(yùn)行數(shù)據(jù),左下角的圖就是由于偏航導(dǎo)致振動(dòng)的故障的錄播數(shù)據(jù),正常情況下是0.25赫茲,由于偏航導(dǎo)致振動(dòng)導(dǎo)致0.12赫茲的振動(dòng),這就是非常明確的故障預(yù)測的梳理特征,根據(jù)這個(gè)梳理特征建立了幾十個(gè)的故障預(yù)警模型。這一故障模型也在大平臺(tái)上上線。
我們也開發(fā)了海上風(fēng)電健康度的管理平臺(tái)。這個(gè)平臺(tái)會(huì)顯示記錄平臺(tái)的各個(gè)健康度,像齒輪箱、葉片等12大關(guān)鍵部件的健康度匯集成整機(jī)的健康度,當(dāng)整機(jī)的健康度下降的時(shí)候會(huì)查看這些運(yùn)營數(shù)據(jù)還有看模型的一些參數(shù),找到背后的根本原因,去提升我們的健康度。
下面我就對(duì)我們的管控機(jī)制做一個(gè)說明。
當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)亞健康狀態(tài)的時(shí)候,有兩種手段去做診斷:一種是基于模型的智能診斷,如果模型會(huì)智能生成這個(gè)故障的處理方案,包括人員配置、工具備件這些信息都會(huì)推送給現(xiàn)場人員,所有的故障都能夠通過模型診斷。模型診斷不了我們背后有一個(gè)專家團(tuán)隊(duì),這個(gè)是我們的溫度超限的故障預(yù)警模型,通過數(shù)據(jù)分析可以看到擾組和其他擾組的溫度有偏離,這樣就出臺(tái)一個(gè)故障預(yù)警模型,然后下到現(xiàn)場,工單里面有一個(gè)排查步驟是什么。
剛才提到故障預(yù)警模型,還有健康度的模型都是針對(duì)故障還沒有發(fā)生的時(shí)候我們做的工作。針對(duì)故障已經(jīng)發(fā)生了我們開發(fā)出智能故障診斷模型。這個(gè)診斷模型也是通過故障代碼調(diào)取這個(gè)診斷模型,大數(shù)據(jù)平臺(tái)的秒級(jí)數(shù)據(jù)對(duì)故障診斷非常有幫助,也是提取故障特征,用基于故障樹和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)算法進(jìn)行原因推理,輸出各故障原因百分比基礎(chǔ)理措施,通過工單推送到現(xiàn)場,現(xiàn)場人員排查完以后會(huì)有準(zhǔn)確度的評(píng)估,這樣形成一個(gè)迭代優(yōu)化的過程。這個(gè)就是偏航速度高故障智能診斷模型,背后是有一個(gè)診斷模型在運(yùn)行,推出不同故障原因的百分比,我們用不同的顏色來標(biāo)識(shí),這樣便于現(xiàn)場人員去察看。開展這項(xiàng)工作的最終目的是什么?想把故障處理的經(jīng)驗(yàn)通過模型框下來,避免出現(xiàn)現(xiàn)場由于人員的變動(dòng)出現(xiàn)故障原因的斷層的現(xiàn)象。
海上風(fēng)機(jī)比陸上風(fēng)機(jī)安裝了更多的系統(tǒng),包括齒輪箱、絕緣監(jiān)測包括塔筒傾斜,各種輔助系統(tǒng),之前這些輔助系統(tǒng)是獨(dú)立運(yùn)行的,我們現(xiàn)在開發(fā)了一個(gè)海上風(fēng)機(jī)智能衛(wèi)士,就是把這些數(shù)據(jù)全部接入,綜合給出風(fēng)機(jī)的安全預(yù)警,提前發(fā)現(xiàn)安全隱患,主動(dòng)去消除,這樣也是實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)機(jī)又被動(dòng)式運(yùn)維到主動(dòng)式運(yùn)維的轉(zhuǎn)變,提升海上風(fēng)機(jī)全生命周期的可靠性和發(fā)電性能。
因?yàn)樵谥袊鴸|南沿海都會(huì)登陸幾個(gè)臺(tái)風(fēng),明陽也在廣東安裝一些風(fēng)機(jī)包括海上的風(fēng)機(jī),每年都要經(jīng)歷臺(tái)風(fēng)的考驗(yàn),破壞力是非常大的地通過我們的技術(shù)手段也很好地抵御。
現(xiàn)在針對(duì)大部件的一些故障診斷,常規(guī)的做法還是通過CMES通過大部件的智能數(shù)據(jù)去做診斷,現(xiàn)在我們也開展基于聲音的故障診斷,因?yàn)榇蟛考p害可能有一些異常聲音,聲音從本質(zhì)來講也是一種振動(dòng),用聲音去做診斷的話挑戰(zhàn)性更高,因?yàn)轱L(fēng)機(jī)上面的背景噪聲非常復(fù)雜,我們也是采用打分機(jī)制等各種手段保障準(zhǔn)確性。左下角這是一個(gè)偏航系統(tǒng)故障測音和正常測音的對(duì)比,在故障測音是250赫茲頻率段明顯有一個(gè)普峰,我們采集了30個(gè)故障樣本,就發(fā)現(xiàn)這個(gè)普峰故障是非常明顯的。我們將故障測音和正常測音錄下來的,故障測音能夠觸發(fā)手機(jī)APP設(shè)計(jì)的域值,在現(xiàn)場想打一個(gè)聲音包括說話的聲音都錄下來,在實(shí)驗(yàn)室回放也不會(huì)產(chǎn)生誤報(bào)警。
我們通過整機(jī)的分析來提高技術(shù)性能。左邊這張圖可以看到就是在高峰有一個(gè)自動(dòng)相距(音)的情況,我們經(jīng)過排查是溫控閥損壞,內(nèi)部是一個(gè)機(jī)械結(jié)構(gòu),右邊這張圖可以看到是蔑視就偏,我們對(duì)漿角進(jìn)行測試。
其實(shí)我們也開展了海上大葉片的無人機(jī)的自動(dòng)巡檢,我們開展無人機(jī)的高清攝像頭構(gòu)建葉片的圖數(shù)據(jù)庫,基于葉片缺陷的一些樣本,通過卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)這種深度學(xué)習(xí)的算法去做訓(xùn)練,可以對(duì)海上的大葉片實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的自動(dòng)巡檢,提高葉片巡檢的效率和準(zhǔn)確性。
現(xiàn)在海上風(fēng)場離岸距離特別遠(yuǎn),在對(duì)外的通訊是存在困難,我們也可以配合像中國移動(dòng)、聯(lián)通、電信在設(shè)備安裝設(shè)備,讓海上風(fēng)機(jī)實(shí)現(xiàn)海上的機(jī)站,實(shí)現(xiàn)4G和5G信號(hào)的覆蓋,通過這些信號(hào)我們開展像遠(yuǎn)程視頻的工作。
以上就是我們正在做的海上風(fēng)電的智慧運(yùn)維的手段,最后我想說的是其實(shí)技術(shù)在不斷變革,更重要的是將目前的智能化的運(yùn)維手段在風(fēng)電場良好的落地實(shí)施,提升風(fēng)電場的運(yùn)行指標(biāo),提升發(fā)電量,降低運(yùn)維成本,這樣我們才可以把海上風(fēng)電做好,實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的智慧風(fēng)場。謝謝大家。
(內(nèi)容來自現(xiàn)場速記,未經(jīng)本人審核)