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智慧海上风电全生命周期数字化发展探讨

薛跃鹏中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司数字化部 数字化设总各位专家朋友下午好，很荣幸能够被华北电力大学邀请，在此论坛上做技术分享交流，我今天交流的主题是《智慧海上风电全生命周期数字化发展探讨》，分四个部分进行分享，第一是海上风电的概述，第二是海上风电全生命周期数字化，第三是介绍我们广东省海上风电大数据中心，最后是展望海上风电的发展前景。 一、海上风电概述首先要说到海上风电，肯定从国外，欧洲这边说起，他们基于几方面考虑，尝试做海上风电，从技术可行性论证、探索、试验、示范项目，一直到2010年左右实现商业开发。 然后他第二个阶段是实现稳定的商业应用，然后慢慢地进入到平价阶段。欧洲像英国的电价已经降到3毛5以下了，平均电价也基本上都是在4毛以下，是非常值得称赞的。未来的欧洲，欧盟的话，2030年至110GW，2050年实现400GW，各个国家也都有自己的计划，这就说明国外还是非常重视海上风电的发展，美国、日本相对于欧盟稍微晚了一点，但现在也是在加快速度在进行海上风电的建设。 我们国内的话，起步稍微比欧洲晚一点，但是我们从2007年就开始做了海上风电相应的规划，虽然我们起步晚，但是我们实际上站在前面巨人的肩膀上，我们后面加速快，到20 19年基本上赶了上来，到2021年，我们新增海上风电已经占到了全球海上风电的80%。并且2022年之后，我们国家规划的十四五现代能源体系里也对此做了非常好的展望，我们未来是处于平价发展时代，处于转型升级阶段，未来鼓励建设海上风电基地，然后向深水远岸区域布置，广东、福建、浙江、江苏、山东几个重点的省份，都有国家来支持的海上基地，后面会推进深蓝海域的海上风电开发。 国内海上风电价格是在持续降价的，包括建造成本，我们平均的海上风电的电价已经是低于欧洲的平均电价，当然我们还没做到英国3毛5的电价，也是行业各方都在努力地一件事，不管是设计院还是施工单位，包括业主，我们肯定是一起努力来要把电价一起持续地降下来。 海上风电发展关系国家重大工业政策的，国内的供应商也慢慢起来了，上海电气、远景能源、金风科技、明阳智能四大供应商基本上在国内能占了绝对主导地位。虽然这几个厂家在国内占了主导地位，但是在国际上来看，实际上我们还是跟西门子有一些差距，未来我们肯定是还要继续在国际上再做供应商，开拓更多的市场。 海上风电的发展的话，实际上我们从去年到今年还有一些困境，首先是原材料价格的大幅上涨令风机制造商和风场开发商面临成本上涨的压力；虽然截至2021年末，全球海上风电船队规模达到1,078艘，利用率达到年平均83%，中国市场2021年下半年始终维持在90%以上。风电安装船的租金价格在2021年出现不同程度增长；2022年国家全面取消补贴（允许省级补贴），真正进入平价市场；址从沿海、近海逐渐过渡到深海，造价持续增高。 二、海上风电生命周期数字化我们面临困境造价这么高，该怎么办？我们认为海上风电，肯定要实现全生命周期的数字化，通过数字化手段来解决这一系列问题。海上风电的全生命周期数字化目标首先是安全环保，电力生产安全环保肯定是第一位的，这是合规性的目标。其次是可靠和高效来实现项目的经济性目标。数字化全生命周期，是应用设计模型为基础来实现全过程的数字化应用，它涵盖了勘测、设计、采购、施工、运维，勘测阶段也是可以对海的浅地层剖面过来探测，包括中低层剖面等等，形成装机的设计基础。在设计阶段的话，我们形成基于三维模型智能化数字化设计和结构化数据体制，形成孪生的海上风电。 设计阶段可以利用风机阵列自动排布的海底电缆脱皮优化等等。在采购阶段，利用基于我们前面的一个数字化设计来生成物料清单等等。在施工阶段利用海上风电的智慧调度管理系统，用在智慧工地上，系统也可以用于以后的运维。运维阶段，BIM模型和项目的建设和运维数据全面接入了广东省海上风电大数据中心，为海上风电场提供全生命周期的智慧解决方案，实现风电场生产经营效益、管理水平、运营效率的持续提升。 下面展示一下我们正向数字化设计成果，第一个是陆上集控中心的设计成果，第二个是我们海上升压分析技术平台的，第三个是EIM模型，它的特点是涵盖范围广，基本上海上风电这三部分基本上都全部涵盖了，而且涉及范围也比较广。我们用于设计移交，还有工程的计价，包括后续的运维都可以应用，包括刚才龙源电力的王总，他提到的数据标准的问题，实际上我们现在就是从源头地从设计的时阶段就开始来标准化的数据，慢慢的为后续的所有过程提供数据支撑，这样的话模型才能在最终运维阶段与大数据结合，才能实现真正的智慧海上风电。EIM还是有很好的效益的，通过正向数字化设计，节省了项目工期。因为海上风电项目工期还是非常宝贵的，因为施工都是有窗口期的，而且提高设计效率，运 维 阶 段 运 维 数 据 接 入 广 东 省 海 上 风 电 发 数 据 中 心 ， 可为项目每年创造 2950 万 的 经 济 效 益。 设计数字化设计之后，要进行数字化移交，来为海上风电提供数字孪生电厂，包括智慧工地，智慧工地设计完在竣工前整个智慧地震工地的管控过程都需要，比如说利用我们这种设计成果，我这里就不过多阐述了。 三、广东省海上风电大数据中心重点介绍一下我们广东省海上风电大数据中心，我们广东省海上风电大数据中心是经过广东省发改委批准，在广东院设计的一个公益性的机构，2017年9月18日广东省发改委批复的，28日在广东院揭牌的。 广东省海上风电大数据中心的定位是数据存储、信息共享和价值共创，它致力于为政府投资方、设备供应商等海上风电各相关方提供有力的数据支撑，推进广东省海上风电健康发展。它采集、存储广东省海上风电项目全过程数据，从规划、设计、建设、运营以及公共资源数据，它是为行业监管部门军方海上风电项目提供全方位全过程的海上风电的信息，保障风电厂安全可靠的运行。 这广东省海上风电大数据中心的基本架构，有数据采集层，然后是存储层，再有数据服务层。这是我们广东省海上风电中心的展厅和机房的实景。 这是我们海上风电大学中心的门户首页，它包括全省规划在建运营的蜂巢数量以及海上风电总发电量等等这些所有信息都在里面，并且功能是在不断的扩展中，业主需要的，都可以在这上面扩展。 我们的主要成果就是规划数据集成，这里边对2017年到2030年广东省海上风电的规划的厂址数据等就都进行了规划，也对全省的海洋保护区、数据、码头、航道、毛利等等信息，已经接入了已经运行的电厂的数据。 是我们某一个海上风电的智慧安全与调度的施工的图片，一个实景。我们录入了运营数据，包括风控率数据特点。风机海上花园站这些运营数据也都已经集成了。这种风机特点、电能质量策略等等方式我就不过多展示了。 广东省海上风电大数据中心现有的功能，实际上还是很有限的，但是基于大数据，我们有一些创新和展望，首先就是数据服务平台与机制建设，核心是通过大数据中心来增加与政府和投资主体的黏性。确立大数据中心信息枢纽的地位，最终目标是在数据服务和应用层上来寻找到全新的发展方向，为我们业主数字化发展做好先行先试。 我们广东省海上风电大数据中心，既服务于政府行业监管部门，也服务于投资方，还服务于相关方。这是我们大数据应用的生态链建设上面列出来的，这些是我们目前已经在配合的业主，包括一些主机厂商、科技企业。行业监管模式的话，可以就是说对政府部门监管部门来说，可以通过大数据去手段强化海上风电建设运营的事中事后全过程监管水平，能够更好地督促海上风电项目开发企业，注重工程质量，落实安全生产责任，落实通航安全生态环境监测保护等措施，可以量化可视化，定期评估检查监测结果，更好的指导监督项目，改进防范措施等等。 对建设运维来说，海上风电建设因为通过大数据平台来降低它的运维成本和安全风险，比如对安装施工，对大型船的安装和维护船，以及海上气象海浪这些，怎么来利用气象、海浪、船舶航线、台风等等数据，综合起来能够来降低它的运维成本和安全风险。 还有设备数据监测与预警，还有设备固定预算诊断，还有建设运营管理，分级基础结构的疲劳荷载计算以及累积疲劳损伤评估，也是基于大数据这一块的，可能我们广东院在国内做得是比较好的。 还有有效调配，像我们广东省大数据中心，是集合多个集团的，它能够实现区域及运维资源配置，就像刚才王总讲的直升机的共用，其实就是有效的一个调配区域资源，来实现成本最优。还有一个创新展望就是数据分析评估服务，首先是规划类数据，我们现在规划是逐步从近海前海到深海，后续的话这种规划肯定会是要根据现有的情况来做更优化的规划。 还有运维期的数据建设与建设期和运维期的数据，这些都能够基于分析建设期的提高后续建设的安全，提高后续建设的进度质量等等。最后就是基于AI的数据挖掘模块，现在市面上很多公司在参与做这一块，但是仍然是有非常大的潜力，也欢迎能够做这一块的公司，来大家一起跟我们合作，基于数据来做 AI分析，来挖掘创造价值，不管是为我们整个海上风电上下游来创造价值，还有就是通过数据分析来提升实际发电量，这也是非常有价值的一件事。还有通过实现精细化、标准化管理来通过管理分析来提升效益。 通过以往项目的全生命周期的大数据的积累，在基础上来进行分析，最终实现降低投资成本。可以看到我们投资成本，原来海上风电还是很高的，但是实际上在我们各方的努力下，海上风电的建设成本已经在逐渐地降低了。我们上网电价也是在逐渐地降低。就是通过数据分析来完善和提升供应链的竞争力，也能够降低海上风电的建设成本。 四、海上风电发展前景从资源上分析，我国海岸线长约1.8万公里，岛屿6000多个。2010年国家气象中心所编制的风能资源普查成果，我国近海水深5—25米和25—50米海域内，100米高风能资源技术可开发量分别为210GW和190GW，年运行小时数最高可达 4000小时以上；中国风能协会评估中远期我国海上风资源技术开发潜力超过3500GW。 我们有海上风电开发能力的省份，在十四五之后出台了很多相关的政策，大力支持海上风电的发展，海上风电未来肯定还是有比较好的发展前景。 海上风电的平价、低价，首先各地都纷纷开始筹建海上风电产业集群的研发，包括广东的阳江，还有其他省份都有类似的这种产业集群。虽然说国家补贴取消了，但省级政府对海上风电项目采取了补贴，像广东省的话，今年没有国家补贴，今年就有每千瓦1500元的补贴，明年是1000，后年是500，这其实也是对于我们海上风电也是比较好的很小很好的政策。海上风电毕竟现在成本相对于火电还是有点高，未来肯定要通过来降本增效来提升容量系数和继续降低建设和运营成本。 我们向深海发展的漂浮式的核电风电肯定后面还是要建设的，这张图片是广东明阳的首台漂浮市场风电站，未来的话可能我们觉得像深海的可能后续的都是这种漂浮式的核电站、漂浮式的风电站。 注：文字实录未经专家整理核实，仅作参考使用，具体解释权归本次会议主办方所有。 未经授权，请勿转载

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