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风电行业智能化发展趋势分析及案例

2021-07-13 0人读过

2017年,首次出现国内新增新能源装机容量超过传统能源的拐点,是新能源将快速成为主体能源的重要标志,大力发展新能源已成为各开发企业和电力装备业的共识。风电、光伏、生物质能等新能源产业可持续发展空间广阔,催生了一批优秀企业诞生,并成为国际知名新能源开发、装备制造及智慧能源管理运营的领军者。

风电制造业,是一个绿色产业与传统工业相结合的、年轻的新能源行业。既结合了先进的产品设计,又依赖于传统工业生产。那么在新一代工业革命浪潮的冲击下,风电制造业应该如何应对并实现智能转型呢?

我国风电行业现状

过去五年,我国风电市场应用规模不断扩大,无论是新增市场,还是累计应用量均位居全球第一。

2013年,我国风电累计并网装机尚未达到1亿千瓦,海上风电仅有3家企业在潮间带项目上有所布局。直至2014年,风电建设步伐逐渐加快,行业全面回暖,尔后一路高歌猛进,在2015年2月正式迈入“一亿千瓦俱乐部”,成为我国各类发电类型中首个完成“十二五”规划装机目标的能源种类。截至2017年底,我国风电累计并网装机容量达到1.64亿千瓦,占全部发电装机容量的9.2%,装机规模持续领跑全球。

与风电装机一路高歌猛进相携而来的是我国风电装备制造产业技术领域的不断创新和进步。经过五年来的不断沉淀和积累,一个涵盖技术研发、整机制造、开发建设、标准和检测认证体系以及市场运维,具有全球竞争力的完整风电产业链体系已经火热出炉。

事实上,国内一批企业通过技术引进、消化吸收、联合设计以及自主研发等方式,风电机组功率和风轮直径都呈现逐年扩大之势,多兆瓦级风电机组的研发进程正在加快。风电机组在设计方面更加智能化和细分化,研发出了很多适合不同环境气候条件的定制化机组。

目前我国已经有相当一批能源设备制造企业从最初的“追赶者”跃升成为该领域的“领跑者”。截至2017年底,我国风电出口量达到340万千瓦,出口国家覆盖了美国、英国、法国、澳大利亚等将近超过34个国家和地区,海外市场份额进一步扩大。

风电设备制造业发展瓶颈

目前全国可开发利用的风资源越来越少,全国风电机组生产制造厂商较多,生产规模较之前不断扩大。市场竞争越来越激烈,生产制造风电机组的市场价格,降至目前3700元/千瓦左右。这些年生产制造成本不断上涨,对风电机组制造商来说,势必考虑到经济成本。

风电设备制造业目前遇到最大问题是新增装机量下降。产能过剩导致“价格战”不断,新产品仓促投放,主机制造企业被迫过度承担责任与风险等问题,制造企业正面临全行业毛利率急剧下滑、大面积亏损、运营风险加大的窘境。风力发电设备产品的质量和可靠性问题依然严峻。在关键技术和核心竞争力方面,目前绝大多数风电机组制造商研发投入有限,创新能力及产品开发能力有限,为抢占市场购买国外的技术或产品来进行组装或制造,没有自己核心的技术,特别是大型海上风电机组及重要部件技术,受制于其他公司。同时,由于技术力量分散,无法在引进消化的基础上形成蜕变的创新能力。

近两年,风电设备智能化发展已成为市场议论热点,但总体来看还处于起步阶段,设备企业纷纷在设备智能设计、智能运营(自识别、自维护、自动跟踪)、大数据管理、智慧能源管理、风场场群管理等方面进行一些尝试。

风电智能化趋势明显

国家层面密集发布促进风电、光伏等清洁能源发电的政策,无不释放出风电行业进入稳定增长期的积极信号,国内掀起了新一轮的风电“抢装潮”。在抢装行情带来风电设备需求放量的同时,对于风电机组性能和技术水平也提出了更高要求,风电智能化也正被业内津津乐道。

参考一些欧洲国家的做法,他们的风机厂商每竖起一台风机,就好像建立了一个小型的数据中心。厂商通过收集风电机组的发电指标、关键零部件的实时运行参数、此前十年的气象资料等数据,在这些数据基础上综合作出判断和预测,分析并提升投资者的资产回报率,并及时反馈到研发和运维领域,为下一代产品的改进和升级提供参考。除了风机设备本身产生的数据,有实力的风机厂商还会统计自然环境产生的更大数据库,即包含风和地形在内的环境数据,绘制出一张风资源分布地图。

在设备方面,风电机组的控制类型多种多样,目前,变桨健康诊断、振动监测、叶片健康监测、智能润滑、智能偏航、智能变桨、智能解缆、智能测试都将是风机智能发展的方向。

此外,智能化风电还有利于设备的后期维护。由于风机通常都“体型巨大”,在日常维护中需要高空作业,尤其是在风力驱动风机叶片时候,会给工作人员造成很大麻烦。随着无人机、大数据、移动智能设备等最新的技术成果在风电设备上得以应用,会让人类对于风电的控制变得更加得心应手。

而随着风电智能化的发展,风机厂商的收益也有望进一步提高。当风机采用智能一体化的解决方案后,将大幅提高风机的可靠性和可用率、增加电量产出,降低成本。换句话说,将互联网、大数据的思维应用于风电设备制造和风电场运维,必将成为未来发展的趋势。

风电行业智能化案例

《中国制造2025》明确提出,智能制造是未来中国制造发展的重要方向,在智能制造的背景下,智能化、信息化、大数据、云计算等理念迅速被引入到风电机组设计制造、开发建设和运营管理的各个环节,现代化程度大大提高,风电行业势必要不断创新,进行技术全面升级,市场发展前景才将更为广阔。

智能车间

2017年,湘电股份电气传动事业部电气车间跻身智能制造“国家队”行列。在湘电股份电气传动事业部智能电气车间内,一名工人熟练操作工装机械手,将200多斤重的电抗器轻松放到指定位置,前后耗时不足2分钟,往常这一工序需要3名工人和一台叉车协力配合,耗时半个小时以上才能完成。这条生产线,13名工人的工作效率相当于过去100多名工人的工作效率,如果满订单生产,全年能生产产品1000台,创造产值5亿元。

湘电股份电气传动事业部智能制造车间包括风电变流器、风电主控、风电变桨、模块、线束等5条生产线,运用了5t重型RGV有轨自动穿梭车、机械臂、自动裁压线束机等先进设备,同时工作台位、夹具考虑产品系列兼容性,实现柔性生产,产品根据不同工艺路径设置参数后,通过软件与产线PLC通讯控制实现产品物流进行对应流转,整体产品生产制造效率提升40%。

数字化平台

风资源的禀赋程度决定了风电场盈利的上限,而管理水平与成本则决定了风电场盈利的下限。作为风能领域首家提出“智慧风场”理念的企业,远景能源7年的风电数字化探索已取得了阶段性的成果——EnOSTM能源物联网平台(以下简称“EnOSTM平台”),该平台已成功为杜克能源、Pattern能源、壳牌等全球领先的能源企业实施了有效的能源资产管理,目前管理的能源资产已超过1亿千瓦。

基于EnOSTM平台,远景能源所打造的“直连、安全、高精度、机器学习”EnOSTM智慧风场软件解决方案,已实现从风机数据采集、集中监控,到损失电量分析、基于机器学习的设备健康度预警、新能源功率预测等全方位服务功能,能够帮助风电运营商打造“少人、透明、预测维护、电网友好”的智慧风场。

EnOSTM平台能直接读取140种风机机型和650种型号的光伏逆变器的数据,秒级数据实时更新,并能实现超过95%的数据合格率。在内蒙古一个拥有13个新能源电站的运营商,借助EnOSTM平台统一管理后,不仅对1098台风机和15.4万块光伏组件实现了全天候监控,更有效保证了数据质量,减少现场运维人员。最终实现了运维人员成本2.03人/万千瓦,运维成本仅为40万元/万千瓦,整体效益得到明显提升。

着眼未来,在工业化和信息化“两化”融合的当下,风电企业应根据自身的特点,制定一条符合企业自身发展水平的转型路线。要循序渐进,从不同环节制定不同突破点,以点带面,逐步实现智能制造。

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