2023年华能集团智慧海上风电顶层最佳方案规划及工作建议

华能集团海上风电场全生命周期数字化工作顶层方案规划及工作建议数字化海上风电场背景及必要性海上风电作为全球可再生能源特别是风电发展最前沿领域，其风资源条件好，不占用陆地资源，离负荷中心近以及电价补贴等因素促进了行业跨越式发展，目前国内装机规模连续5年快速增长，已跃居全球第三，仅次于英国和德国。大力开发海上风电资源，加快推进海上风电建设，不仅可以带动海洋经济和装备制造业发展，更是保障能源安全、增加能源供应、优化能源结构、促进节能减排、应对气候变化、推动低碳经济发展的重大举措，海上风电即将发展成为沿海经济战略支撑点和能源供应主力军。在此背景下，根据华能集团公司“十三五”发展战略和规划，集团积极布局海上风电。华能如东300MW海上风电场作为华能海上风电项目建设的第一步，2017年9月20日实现了全部并网，创造了亚洲投入商业运行海上风电场装机容量新纪录。华能江苏大丰海上风电项目整在如火如荼建设，海装如东300MW海上风电场项目（总容量400MW），华能灌云30万千瓦海上风电场工程和华能嘉兴2号海上风电场工程也已基本完成前期工作。除此，集团还在继续寻求开发新的海上风电项目资源，以实现“十三五”期间海上风电项目滚动开发。日前，国家能源局印发了《国家能源局关于2018年度风电建设管理有关要求的通知》（国能发新能[2018]47号），同时配发了“风电项目竞争配置指导方案（试行）”（以下简称“指导方案”）。指导方案的出台标志着行业即将迎来新的转折点，海上风电也由简单粗放式转变为精细化发展。同时海上风电在管理和技术上都呈现了新的特点和问题，例如投资成本高、海上运维风险高、设备故障率高、运维管理弱、抗风险能力低等。为满足海上风电精细化建设和运维需要，立足建设单位全生命周期管理，以提高项目收益率，降低运维成本和提高安全等级为目标，全面推动海上风电业务与信息技术更加广泛、更深层次的融合，一个借助“互联网+”、大数据、人工智能等最前沿技术为海上风电打造的智慧风电场“超级大脑”应运而生。海上风电场全生命周期数字化工作顶层方案规划规划目标从实现功能维度，数字化海上风电场的目的为“安全第一、效率保障、效益优先”。从集团公司管控维度，分别以集团、分公司、项目公司为维度进行应用层面的不同分类，满足不同层级的管控需求。不同层级均对工程项目采用全生命周期的管理观念，对规划、设计、建设、运营各个阶段，进行计划、组织、协调和控制的管理活动，并在信息集中的基础上，向不同层级的管理人员提供强大的智能决策支持，从而为不同层级组织内决策层、职能层、执行层等提供集决策、管理、维护手段为一体的工程管理全面解决方案。整体架构图2.2-1不同层级业务管理需求图2.2-2数字化风场系统框架核心业务功能2.3.1数字化风场BIM模型以“一个平台、一个模型、一个数据架构”为核心理念，最终选用Bentley为基础三维设计平台，ProjectWise为协同协统设计平台，建立完善的、国内最先进的风电场三维设计解决方案。三维数字化设计工程应用包括：地质、结构、电气、暖通、给排水、安全及风机基础。搭建完善的风场全专业数字化模型，把物理风场完全以数字化形态呈现。同时利用VR（VirtualReality虚拟现实）技术建立一个虚拟海上风电场3D演示系统。KKS编码系统编制风电场完整的KKS编码，可以很好的将风电场所有设备进行数字化标识，将智慧风场各个子系统有效串联。KKS编码按照集团公司统一制度和标准执行，对于为颁布有关统一的制度、标准前，根据大唐集团公司统一规划的相关要求，有项目公司编制内部专用制度、技术标准和信息编码并报集团审批后实施。数字化移交数字化管理的基础是数字化移交。数字化移交是由上游设计和承建方借助数字化移交平台，对设计、采购、建造等各阶段的数据、信息、资料进行分类、收集、整理、审批，最终移交给业主，内容包括三维模型、设计文件、采购信息、施工信息、调试过程信息等，其数据仓库保持动态增量的状态。进行数字化移交将形成数字化风场建设的原始基础数据，产生指导施工和采购的数字化设计资料，可应用在工程进度的4D跟踪、设备拆卸仿真、交互式培训学习等。并整合各类信息，在运行期构建成三维数字化系统，在虚拟现实平台上形成对风场运行与维护的一体化管控。数字化移交可以优化数据移交过程，提高数据移交质量，使业主及时获取可靠的建设期信息，了解项目设计建造进度，提高建设期管理能力，同时实现知识积累，用于风场未来的运行、维修、改造、延寿和退役。数字化深化应用建立数字化电站的最终目的是为生产运维提供决策支持，基于数字化电站，让工作人员在同一“窗口”既可以了解设计建造阶段的图纸文档资料，又可以了解运维阶段的点巡检记录、漏检记录、设备缺陷、维修工单、维修计划、当前设备的运行状况等信息，辅助运行与检修，指导生产，实现电厂的可视化运维管理。2.3.2风电机组智能化控制系统风机智能化从前期可研阶段开始介入，从选择、比对市场上已有的成熟机型，评估、判断将要上市的未来机型，为项目的投资决策做评判依据。智能化更重要的是侧重运行阶段风机的控制和出力考核。风机电气控制回路模块化、冗余化、智能化：模块化是控制回路及继电器都是集成在一个或数个插件内，冗余化是任何单一插件故障不会导致风机停机或故障，风机能自动切换到冗余部件，风机继续运行，智能化是插件异常及故障点能及时自动报警并自动上传异常及故障数据和信息到控制中心等待处理。2.3.3故障预警系统故障预警是在健康模型基础上进行报警，根据大量历史数据分析挖掘，发现各参数与故障的关联性及参数变化的趋势性，根据每个分析结果建立对应的故障预警模型。根据风机预警模型判断机组是否运行在健康状态，并给出相应的预警信息。用户可以根据预警规则库中已有子规则自行配置，通过选择算法、参与计算的测点、限制范围，并基于实时数据、10分钟数据进行限值预警。形成的预警规则可作为模板进行存储，其他机组使用时可直接调用并调整参数。2.3.4在线监测系统设置风电机组基础结构监测系统主要包含基础不均匀沉降监测系统、基础倾斜监测系统、基础结构关键节点应力应变监测系统、基础及塔筒振动监测系统、基础结构防腐保护电位监测系统组成，通过各子系统监测结果对基础结构安全作出及时准确判断，确保风电机组基础结构安全，进而保障风电场风电机组运行安全除结构监测外还包括设备监测、风机机组叶片监测、振动监测等。2.3.5安全模块安全系统贯穿于风电场建设期及运维期。建设期包含实时监控施工现场、生产区、危险区的人员、设备情况，通过视频智能分析，保证现场施工安全。运维期安全模块包括人员出行安全、设备安全等。下阶段工作建议（1）互联网、物联网、大数据等技术发展日新月异，应加紧开展海上风电场全生命周期数字化工作顶层方案进行集团、省公司和项目三级设计，抢夺海上风电发展战略制高点。（2）构建以业主为中心的数字化系统是行业发展的必然趋势。海上风机设备厂家的数字化平台和系统仅仅是为了满足销售合同的技术支持要求，对整个海上风电场的管理系统性、全局性、深度、架构统一性等都较为缺乏，同时也有很多不可控因素。（3）重视设计为龙头的项目建设阶段三维模型建立和应用。三维模型贯穿全生命周期数字化、智慧化管理，海上风电全生命周期数字化管理的载体也为三维模型，三维模型同时也奠定了从被动型运维到主动性运维，从粗放型运维到精益型运维，从间断型运维到持续型运维的基础。（4）开发基于大数据、云计算和物联网等新技术的多源协同智能管理平台。新技术的应用将极大地提高了产业的生产力，使得海量数据的存储、计算变得更加容易和高效。通过这些平台的使用，可以快速搭建出一个承载海量数据和分散用户的应用，从而改变我们的管理和运维方式。华东院优势行业优势自2009年华东院设计建成的第1座潮间带海上风电场投产发电，截止2018年6月，华东院设计建成海上风电场超过2500MW，并网容量超过全国已并网海上风电总容量的五分之四！设计建成各类型海上风电基础结构860座，建成了亚洲前10座海上升压站，总承包（或勘察设计）30余座海上测风塔（或观测平台），目前承担的在建筹建项目350万千瓦，工程总投资达500亿。华东院是全国开展海上风电研究最早，也是在从规划到建设，再到运维全产业链积极布局的综合性甲级设计院。作为能源主管部门技术支撑单位，完成了海上风电工程规划、省市区域规划、十三五电力能源规划等，承担了多项海上风电领域国家及行业标准编制工作，目前正在开展深水远岸海上风电基础及输变电等领先技术研究，为我国海上风电后续发展奠定坚实的基础。数字化优势华东院数字化优势华东院从2003年开启数字化发展业务，到2010年全面实现从二维设计到三维设计协同的革命性跨越，再到2016年城市级CIM平台监理，坚持工程数字化对全院发展的战略引领作用。已先后在建和完成建设雄安新区电网数字化工程管理平台、雄安智慧森林管理平台、深圳前海建设智慧系统、全国水电站大坝安全监管信息平台、大同光伏示范基地信息平台、哈密风电基地二期项目信息公共服务平台、工程全生命周期管理平台等国家级特大型数字化项目。雄安新区电网数