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海上风电数字孪生平台从建设到运维,关注风电场全生命周期管理

2021-07-02 浏览数:3020

近日,我国规模最大的华能江苏如东海上风电场全部建设完成,总规模达70万千瓦,预计年发电量为17.5亿千瓦时,每年可减少二氧化碳排放超146万吨。

  近日,我国规模最大的华能江苏如东海上风电场全部建设完成,总规模达70万千瓦,预计年发电量为17.5亿千瓦时,每年可减少二氧化碳排放超146万吨。
  2021年6月29日晚,CCTV-2《经济半小时》以整档节目容量,聚焦江苏如东的海上风电建设。今年以来,在我国东南沿海,海上风电项目的建设如火如荼,也带动了上下游产业,一些海缆生产企业的产量翻了倍,风电叶片制造基地的订单排到了两年后。
  
  为何要发展海上风电?
  
  为应对全球气候变暖,缓解经济发展和环境污染矛盾,我国率先向世界做出“碳达峰、碳中和”的郑重承诺。风电是重要的清洁能源,而海上风能输出比陆地风能更要高出50%左右。海上很少有静风期,我国拥有1.8万多公里海岸线。经测算,一台5兆瓦风机满发状态下,旋转1小时,其发电量可供一普通家庭使用2年。
  
  海上风电建设难度
  
  海上风电项目建设是一项艰巨的任务,除了项目前期要对风场技术,电网连接方式和技术,相关利益方,空间规划嵌入,供应链管理,后勤作业保障,主要供应和建设工程的评估,环境及社会影响,开发战略以及项目结构进行详尽的调研和审批外,海上风电建设过程也是一个大集成、多兵种、大协同的作战过程,对装备能力、技术创新能力、项目管控能力要求非常高。
  
  海上风电项目建设过程通常包括了一系列复杂过程:场地准备,岸上预组装,安装风机底座和变电站,安装风电机组(管线,叶片、铺设电缆、测试)安装海上和港口的电气设备(变电站,上岸电缆,入网设施),调试监控和数据获取系统,最终测试和监控。
  此外,在项目建设期,相比于陆上风电场,海上风电项目建设中,设备费用和施工安装费用均有显著增加。设备费用中,海上风电机组千瓦价格约是陆上风电机组的2倍、海缆以及海上升压站等电气设备价格均比陆上风电场高出较多;施工安装费用中,由于海上施工条件差,施工难度高,风机基础、风机安装等费用远远超出陆上风电场费用。
  
  数字孪生建设管理平台对于海上风电项目有什么样的作用和意义?
  
  数字孪生是指针对物理世界中的物体,通过数字化的手段来构建一个孪生的数字实体,充分利用物理模型、传感器更新、运行历史等数据,在数字实体完成映射,从而反映相对应的实体的全生命周期过程。
  
  在工程建设领域,数字孪生技术能够应用在勘察设计、建设过程管理以及数字化运维三个方面。以海上风电建设过程为例,构建海上风电数字孪生平台,利用空间模型、IOT、大数据等技术在虚拟空间中完整真实世界的映射,来反映海上风电场施工建设项目周期,以及实体装备安装、运维全生命周期过程。运维方在数字孪生平台上,能够对整个风电场的建设、运营、维护等业务有更深入的了解和把控,从而提高运维能力。
  
  赛瓦软件海上风电数字孪生建设管理平台
  
  赛瓦软件的海上风电数字孪生建设管理平台,关注建设项目生命周期管理与监控,以及建设过程规划与建设成果监控,为风电场建设了精细化的各类设备设施模型,融合地理、工程、设备等多源数据,构建海上风电场信息模型,搭建物联感知体系,实现了风电场地形地貌、设备设施结构、集控中心布局、运作的孪生。
  例如,在地理环境孪生层面,数字化复现了海域场景内的风场区域、重要地标(如观测站、岛屿、生态区等)、??鲋副辏ㄊ凳逼?、水文数据)、海域管制信息(区域、时段、内容)、管理单位的实时通报管理信息(渔政、海事及其他);对重点区域及点位显示与查询,包括项目施工区域、海上作业污水排放区域及点位、作业垃圾处置点位等。
  
  在设备孪生层面,数字孪生平台通过集成风力发电机组数据采集及监控系统、电站综合自动化监控系统、海缆监测系统、风力发电机组振动监控系统、视频监控系统和天气预报预测系统等系统的功能展示与示意指标,实现了对风机结构、运行机制的数字化展示、海上升压站详细结构与布局、计划生产指标展示等;
  
  在项目管理层面,数字孪生平台借助项目管理系统、物联传感建立项目建设感知体系,涵盖了项目规划的时、空维度展示、项目进度监控与预警、项目内容全程可视化模拟、项目综合画像、项目建设应急管理与处置、项目调度管理等,完成项目规划内容与建设进度的可视化对比,项目规划内容与建设成果的验收对比。
  
  后记
  
  海上风电建设费用高、周期长、难度大,数字化技术的应用显得尤为重要。数字孪生技术,作为数字化技术研究和应用的代表,应用于风电项目的规划、建设、运维全生命周期,能够提高项目建设的设计、施工、运维管理的水平,成为海上风电品质工程建设的重要抓手。
  
  国家能源局发布的数据显示:截至2021年4月底,我国海上风电并网容量达到1042万千瓦,国内海上风电建设已经按下了“快进键”。2020年,我国风电、光伏2020年新增装机约1.2亿千瓦,占全球风电、光伏新增装机容量的一半以上,成为全球可再生能源发展的中坚力量,可以说,海上风电,世界看欧洲,亚洲看中国。我国海上风电的蓬勃发展,正在助力碳达峰、碳中和目标实现。
阅读上文 >> 西北风电的戈壁铁娘子——记优秀共产党员、中材科技(酒泉)风电叶片有限公司制造部经理助理刘锦帆
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