“iGO”打造海上風電運維智能管理

如今，在中國大陸綿延1.8萬千米的海岸線上，當你來到黃海之濱的小城——如東，你會被眼前人與自然和諧發(fā)展的風景所吸引。

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，一臺臺風機如海上燈塔屹立在沙灘上，葉片隨風舞動，如海鷗般翱翔在大海上空，有人戲稱它們?yōu)闀l(fā)電的“電風扇”。而這里，便是國內海上風電的發(fā)源地……

iGO

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

競價上網、平價上網是新能源發(fā)展的終極目標，海上風電也不例外。然而，中國沿海不同海域嚴苛的環(huán)境條件使得開發(fā)成本相差較大，單位千瓦造價也是從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電的施工安裝運維效率，提升發(fā)電量等一系列問題，新疆金風科技股份有限公司（下稱“金風科技”）認為，發(fā)電量提升不僅需要通過運維階段精益化、智能化等管理手段來實現，同時貫穿風電場設計、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(jié)。CWP2017期間，金風科技重磅推出iGO（海上風電智能管理系統(tǒng)），基于海上風電場的精益交付及精益運維給出了解決上述問題的落地“良方”。

iGO之

精益交付——提供一體化的運輸安裝整體解決方案

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

“風電場經緯度、離岸距離、碼頭位置、整機及基礎生產基地位置……”在iGO的操作頁面上，當你輸入你所關注的海上風電場基礎信息時，通過iGO后臺數據庫分析，便能形成一份詳細直接的數據報告。

通過該報告，業(yè)主或工程施工方可掌握該風電場的有效作業(yè)時間窗口以及不同開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間窗口合理安排運輸及吊裝作業(yè)面，使整個工期及吊裝成本最優(yōu)。

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

很多人都清楚，海上風場施工與陸地風場施工有很大區(qū)別。但事實上，實際情況比想象中更為復雜。

海上風場施工效率由環(huán)境信息、單臺風機海上作業(yè)時間、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、風機部件尺寸的特點，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，但是費用高。

很多時候，海上風電的工程師們光為了選擇哪種運輸方式，就已經大為費神。

而現在，通過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。

在吊裝方案領域，工程師們通過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），實現效率最大化。

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

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精益運維——打造海上風電運維數字化運維策略解決方案

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

隨著國內海上風電的快速發(fā)展，正逐步形成江蘇、福建、廣東典型的區(qū)域化、集中化、規(guī)模化的海上風電場，為有效降低海上風電運維成本提供良好土壤。

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

然而，目前裝備及技術輸出的運維策略方案，可達率或者運維成本或風險控制無法達到預期值時，需要進行針對性的輸出可行的技術方案以及經濟性評估。

而iGO的出現，則為實現運維策略最優(yōu)提供了最好的落地方案。

↑基于機組狀態(tài)的海上風電運行維護監(jiān)測系統(tǒng)

海上風電場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。

當前海上風電運維管理主要依賴人工經驗，如出海運維計劃安排、機組故障診斷等，由于人員經驗差異而產生的運維計劃排布偏差，會使得風場運維收益產生偏差。同時，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)。

金風海上風電場智能運維管理平臺（iGO）數字化解決方案在設計和執(zhí)行中始終圍繞兩個原則，一個是需求源自于業(yè)務一線痛點，另一個開發(fā)的解決方案一定能在業(yè)務一線有效的落地。談及業(yè)務痛點，將運維業(yè)務拆分成三個環(huán)節(jié)：計劃、執(zhí)行、評估。

在金風科技看來，海上風電運維數字化運維策略解決方案，無論直接還是間接，最終的用戶還是項目現場一線運維人員。

通過iGO，金風科技的工程師們是如何從計劃、執(zhí)行、評估三個方面實現海上風電場的數字化運維的？

第一，運維基礎信息化。金風科技的工程師通過iGO，可以將場址環(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，實現0.5h內完成出海任務的分配、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，實現由系統(tǒng)自動優(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(tǒng)自動排布能提升年度發(fā)電收益1%。以金風科技某海上項目為例，在2018年1月~2018年6月期間，運維時使用人工排布計劃與運維計劃自動排布驗證結果對比顯示：歷史模擬和歷史實際只差0.27%，這說明iGO方法可信度及軟件準確率高。同時，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通過結合SCADA數據，機組狀態(tài)監(jiān)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，可實現系統(tǒng)自動診斷故障分析根因，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——背后先進技術的支撐

iGO作為金風海上風電場智能運維管理平臺，之所以能實現海上風電的智能運維，一大“秘訣”就在于其背后強大的相關技術的支撐。

“千里眼”：水文氣象預報系統(tǒng)

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

通過該系統(tǒng)獲得的風資源和水文數據，可以進一步分析項目的經濟性，并為海工結構技術進行水動力分析、運維方案分析、運輸吊裝方案分析。

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

當在運維過程中出現人員落水事故時，海洋氣象預報系統(tǒng)可在很短時間內勾畫出搜救海域范圍，進一步提高搜救效率。

“順風耳”：通訊技術

當開展海上風電場建設運維時，一般通訊工具都沒法使用，而使用衛(wèi)星通訊成本又過高，這時，金風科技自主研發(fā)的通訊系統(tǒng)，又稱之為“順風耳”，就可大顯身手。

通過該通訊系統(tǒng)，集控中心人員可與海上風電場運維人員進行一對一、一對多的通訊，保證了信息傳播的私密性和即時性，便于統(tǒng)一調度管理，保障運維工作正常開展。

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

同時，在興化灣項目上，在部件運輸距離大于1000km之時，通過船舶上安裝船載臺及天線，利用衛(wèi)星無線WIFI通道，實現運輸船舶狀態(tài)及視頻實時監(jiān)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優(yōu)化的海上機組運維計劃自動排布技術。

當使用iGO時，用戶可從數據信息模塊中提取風電場特征、水文氣象、人員、物資、船舶等數據，導入待辦任務，并參照標準定義業(yè)務需求，將錄入的任務轉入運維計劃自動優(yōu)化排布系統(tǒng)。自此，系統(tǒng)將自動生成未來一個運維周期內的多種出海運維方案，同時還可顯示各種方案出海成本（經濟成本、時間成本）及預期發(fā)電收益。

數據顯示，通過iGO自動排布，可使得單個海上風電場發(fā)電量提升1%~5%，年有效利用小時數提升10%，出海成本降低10%。而這些長期積累的實際數據，也將作為運維計劃自動優(yōu)化排布系統(tǒng)核心算法模型的訓練數據，金風科技的工程師們將定期對模型進行參數優(yōu)化，讓系統(tǒng)更智能，排出的方案更貼合實際業(yè)務需求。

根據國家能源局發(fā)布的《風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，到2020年，我國海上風電開工建設規(guī)模將達到1000萬千瓦，力爭累計并網容量達到500萬千瓦，投資額可超過萬億元。萬億元投資的背后，更是對海上風電運維的重要考驗。

自2007年我國第一臺海上風電試驗樣機（金風科技GW70-1.5MW）在渤海灣矗立，至今已過去10余年。多年來，對于海上風電，金風科技相關研究和實踐從未止步。在海上風電這場“長跑”中，突破海上風電產品的關鍵技術，打造先進的海上風電整體解決方案，實現中國在風電高端制造行業(yè)的全球引領，是全體金風人的使命。金風科技也將堅定不移地跑下去。