5G等新一代數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能行業(yè)成為當(dāng)前行業(yè)最重要的趨勢(shì)

“解落三秋葉，能開(kāi)二月花。過(guò)江千尺浪，入竹萬(wàn)竿斜。”唐代詩(shī)人李嶠的詩(shī)形象表達(dá)出風(fēng)的巨大威力。

風(fēng)，作為自然界的一種現(xiàn)象，蘊(yùn)含著驚人的能量，它既可以帶來(lái)極大的破壞，也能作為自然界的饋贈(zèng)，被人類(lèi)所利用。有人估計(jì)過(guò)，地球上可用來(lái)發(fā)電的風(fēng)力資源約有100億千瓦，幾乎是全世界水力發(fā)電量的10倍，全世界每年燃燒煤所獲得的能量，也只有風(fēng)力在一年內(nèi)所提供能量的三分之一。

一直以來(lái)，人類(lèi)都沒(méi)有停止過(guò)向風(fēng)要能源的腳步。從古代用風(fēng)車(chē)來(lái)抽水、磨面，到二十世紀(jì)初期小型風(fēng)力發(fā)電機(jī)出現(xiàn)，再到如今一排排雄壯的風(fēng)力發(fā)電機(jī)屹立在廣闊的草原和海洋上，風(fēng)能這種清潔無(wú)害的綠色能源正在受到越來(lái)越多國(guó)家的重視。

如今，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大浪潮下，風(fēng)能行業(yè)再次迎來(lái)了新變革和新機(jī)遇，如何綜合運(yùn)用云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)風(fēng)能行業(yè)的新躍遷就成為當(dāng)前行業(yè)最重要的趨勢(shì)。

基于此，江蘇未來(lái)智慧與浪潮合作，在江蘇濱海H3風(fēng)電項(xiàng)目中對(duì)集控體系、邊緣計(jì)算、大數(shù)據(jù)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)等領(lǐng)域進(jìn)行了一系列深入合作，為海上風(fēng)力發(fā)電插上智慧的翅膀，讓風(fēng)能行業(yè)真正走上一條可持續(xù)發(fā)展的智慧之路。

風(fēng)電運(yùn)維不能承受之痛

風(fēng)能雖然是一種純綠色能源，但因?yàn)榄h(huán)境、氣候等因素，一直存在成本較高的困擾。過(guò)去風(fēng)電有相關(guān)政策的扶持，不用過(guò)多擔(dān)心成本問(wèn)題，隨著2020年風(fēng)電開(kāi)啟平價(jià)上網(wǎng)，風(fēng)電價(jià)格與火電同價(jià)，風(fēng)力發(fā)電降本增效就成為當(dāng)下行業(yè)最為急切的需求。

在風(fēng)能行業(yè)，運(yùn)維水平的高低往往會(huì)對(duì)成本和效率有著最直接的重要影響。與陸地風(fēng)力發(fā)電相比，海上風(fēng)電的運(yùn)維成本難度更大，成本通常是陸地風(fēng)電的兩倍以上。江蘇未來(lái)智慧科技公司常務(wù)副總經(jīng)理宮照海介紹：“受到海上環(huán)境、氣候等因素，海上風(fēng)電的運(yùn)維具有窗口期，且很難執(zhí)行常規(guī)化運(yùn)營(yíng)。如果算上設(shè)備損壞期的電量損失，成本就更高了?！?/p>

除了受制于環(huán)境與氣候因素外，海上風(fēng)電設(shè)備自身的數(shù)字化程度不高也是阻礙運(yùn)營(yíng)和運(yùn)維效率進(jìn)一步提升的關(guān)鍵因素。海上環(huán)境通常較為惡劣，對(duì)于各種設(shè)備的損耗往往比其他環(huán)境更高，設(shè)備損壞的概率也較高。

雖然很多風(fēng)機(jī)設(shè)備都有 SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系統(tǒng)，用于設(shè)備的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制，但只能收集風(fēng)機(jī)的局部數(shù)據(jù)，有點(diǎn)像“盲人摸象”，對(duì)海上風(fēng)電設(shè)備運(yùn)行情況、環(huán)境等情況缺乏整體了解。

宮照海直言：“傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)本身并不具備預(yù)警和數(shù)據(jù)分析能力，只是把狀態(tài)數(shù)據(jù)采集回來(lái);另外，SCADA系統(tǒng)并沒(méi)有其他傳感器的接入，比如螺栓的檢測(cè)與腐蝕、葉片的震動(dòng)、塔底的傾斜等等數(shù)據(jù)一無(wú)所知。”

更加麻煩的是，當(dāng)前很多海上風(fēng)電運(yùn)維執(zhí)行的模式依然是被動(dòng)運(yùn)維模式。這種模式通常是出現(xiàn)問(wèn)題之后才去出海維修，缺乏精準(zhǔn)的資源統(tǒng)籌規(guī)劃和安排，運(yùn)維效率無(wú)法得到保障。如果遇到海上氣候惡劣，只能束手無(wú)策，眼睜睜看著電量損失持續(xù)增加。被動(dòng)運(yùn)維模式的缺陷讓海上風(fēng)電一直受困于成本問(wèn)題。

如何扭轉(zhuǎn)這種局面？現(xiàn)在看風(fēng)電行業(yè)加速數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)是必然之路。“海上風(fēng)電需要加大云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)綜合應(yīng)用，從被動(dòng)運(yùn)維轉(zhuǎn)向預(yù)警式服務(wù)的主動(dòng)運(yùn)維?！崩顺痹朴?jì)算與大數(shù)據(jù)產(chǎn)品線首席架構(gòu)師趙志祥如是說(shuō)。

以集控體系構(gòu)建智能運(yùn)維

風(fēng)能雖好，但駕馭運(yùn)維困難。

過(guò)去，一個(gè)風(fēng)電場(chǎng)站約40臺(tái)風(fēng)機(jī)，最多5個(gè)場(chǎng)站;現(xiàn)在發(fā)展趨勢(shì)則是大規(guī)模場(chǎng)站，規(guī)模可能達(dá)到幾千臺(tái)甚至上萬(wàn)臺(tái)風(fēng)機(jī)，一個(gè)風(fēng)機(jī)要完整評(píng)估超過(guò)2000個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，每個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)每時(shí)每刻都在產(chǎn)生數(shù)據(jù)，如果達(dá)到上萬(wàn)臺(tái)風(fēng)機(jī)規(guī)模，每天數(shù)據(jù)量將會(huì)是PB級(jí)增長(zhǎng)，傳統(tǒng)集控運(yùn)維管理模式和方法舉步維艱。

因此江蘇未來(lái)智慧與浪潮一起探索海上風(fēng)電數(shù)字化轉(zhuǎn)型和智能化升級(jí)的過(guò)程中，深刻認(rèn)識(shí)到建立基于工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的三層數(shù)字化集控體系的重要性。

根據(jù)風(fēng)電運(yùn)維云邊協(xié)同典型場(chǎng)景，三層集控體系猶如人的“眼、手、腦”：

端側(cè)設(shè)備恰似一雙智慧的眼睛

通過(guò)不斷采集各種數(shù)據(jù)，做到對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)控;

邊緣側(cè)站點(diǎn)則是一雙勤勞的手

運(yùn)行算法和模型，實(shí)現(xiàn)降級(jí)自治，確保場(chǎng)站側(cè)各種設(shè)備的正常運(yùn)行，同時(shí)進(jìn)行臟數(shù)據(jù)清洗，有效降低傳輸帶寬;

集控中心就是一顆智慧的大腦

不斷訓(xùn)練和迭代各種算法與模型，并且下發(fā)給邊緣側(cè)，實(shí)現(xiàn)云邊協(xié)同，進(jìn)而全面實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電的智能運(yùn)維監(jiān)控以及高效精準(zhǔn)運(yùn)營(yíng)。

首先，江蘇未來(lái)智慧與浪潮的思路是在感知層全面走向數(shù)字化，除了海上風(fēng)機(jī)等各種設(shè)備進(jìn)行全面數(shù)字化之外，還通過(guò)收集像空氣、溫度、環(huán)境監(jiān)控等多個(gè)維度的數(shù)據(jù)，進(jìn)一步提升感知層的數(shù)據(jù)豐富程度，為集控中心體系建立構(gòu)筑堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

比如在傳統(tǒng)SCADA系統(tǒng)基礎(chǔ)上，江蘇未來(lái)智慧增加了五類(lèi)傳感器，包括海上升壓站視頻監(jiān)控、高清AI算法攝像頭、機(jī)器人等，然后通過(guò)SCADA系統(tǒng)和五類(lèi)傳感器將海上風(fēng)電所有數(shù)據(jù)集采起來(lái)，傳輸?shù)降焦I(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)上，持續(xù)為各種運(yùn)維預(yù)警模型提供數(shù)據(jù)養(yǎng)料。

在感知層具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集能力的基礎(chǔ)上，場(chǎng)站側(cè)集控中心的建立在整個(gè)集控中心體系中就至關(guān)重要。因?yàn)楣饷總€(gè)風(fēng)機(jī)就超過(guò)2000個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，隨著場(chǎng)站側(cè)風(fēng)機(jī)規(guī)模的不斷提升，對(duì)場(chǎng)站側(cè)集控中心的能力要求也越來(lái)越高，不僅需要在硬件平臺(tái)上滿足海上惡劣環(huán)境的需求，還需要在工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)平臺(tái)上具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力。

“浪潮為我們提供了很大的幫助，包括硬件設(shè)計(jì)、方案構(gòu)建等方面?！睂m照海如是說(shuō)。在雙方的聯(lián)合解決方中，江蘇未來(lái)智慧與浪潮根據(jù)海上復(fù)雜環(huán)境情況，共同打造了邊緣超融合“盒子”，在場(chǎng)站側(cè)集控中心的硬件層面起到了關(guān)鍵支撐作用。

除了硬件之外，浪潮的大數(shù)據(jù)平臺(tái)軟件為場(chǎng)站側(cè)構(gòu)筑了強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理和分析能力，由于場(chǎng)站側(cè)各種監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)都是秒級(jí)產(chǎn)生，數(shù)據(jù)量極大，需要及時(shí)處理海量數(shù)據(jù)。因此采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)分布式大數(shù)據(jù)平臺(tái)，構(gòu)建強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析能力十分關(guān)鍵。宮照海介紹：“很多監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)都會(huì)在邊緣側(cè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理，而不會(huì)實(shí)時(shí)上傳?！?/p>

趙志祥則認(rèn)為：“海上風(fēng)電場(chǎng)站側(cè)集控中心實(shí)際上要求邊緣站點(diǎn)提供整體的云數(shù)智能力，融合云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能多種能力，與過(guò)去傳統(tǒng)的小虛擬化平臺(tái)有很大區(qū)別，其實(shí)是邊緣側(cè)的一次大變革，代表著未來(lái)邊緣側(cè)場(chǎng)景的應(yīng)用趨勢(shì)?！?/p>

在打造完智能化場(chǎng)站集控中心之后，下一步就是在陸地上建立區(qū)域的集控中心。區(qū)域集控中心猶如智慧的大腦，可以將三級(jí)集控中心在資源、算法、模型等層面進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，讓智慧應(yīng)用快速分發(fā)、迭代。“未來(lái)智慧已經(jīng)研發(fā)了30多個(gè)預(yù)警模型，包括風(fēng)機(jī)裝填、設(shè)備狀態(tài)、風(fēng)機(jī)運(yùn)行平臺(tái)、可用率計(jì)算等。在整個(gè)集控體系中，采用云邊協(xié)同的方式，算法模型在云平臺(tái)上構(gòu)建、迭代與分發(fā)?！睂m照海透露道。整個(gè)集控中心平臺(tái)本質(zhì)上是一個(gè)集成的平臺(tái)，采取了開(kāi)放的策略，可以持續(xù)吸納各種合作伙伴的設(shè)備與算法，讓平臺(tái)擁有持續(xù)進(jìn)化的能力。

在建立完三級(jí)集控中心體系之后，讓運(yùn)維和運(yùn)營(yíng)工作走向智能化。例如，根據(jù)設(shè)備健康診斷模型的判斷，對(duì)排查任務(wù)進(jìn)行智能調(diào)度，對(duì)出海船只、次數(shù)、維修優(yōu)先級(jí)等進(jìn)行智能優(yōu)化，進(jìn)而降低檢修成本，提高整體運(yùn)用的可用度和風(fēng)場(chǎng)的可利用率。

“未來(lái)，場(chǎng)站側(cè)集控中心占比會(huì)越來(lái)越大，并且智能化程度也將持續(xù)提高。”宮照海最后表示。

數(shù)據(jù)計(jì)算產(chǎn)生“從云到邊緣”的變革

里夫金曾在《第三次工業(yè)革命》中預(yù)言，新能源技術(shù)和信息技術(shù)結(jié)合，將會(huì)產(chǎn)生新的能源體系，即能源互聯(lián)網(wǎng)，如今預(yù)言正在逐漸成為現(xiàn)實(shí)。

在大數(shù)據(jù)、AI、物聯(lián)網(wǎng)、5G這些數(shù)字化技術(shù)的加持下，以風(fēng)電為代表的能源開(kāi)發(fā)正在加速走向數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化，未來(lái)定會(huì)從風(fēng)機(jī)運(yùn)維、場(chǎng)站運(yùn)營(yíng)到區(qū)域管理等環(huán)節(jié)出發(fā)，通過(guò)云邊協(xié)同的方式來(lái)完成全棧式智能進(jìn)化歷程。

分析當(dāng)下數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，75%的數(shù)據(jù)將來(lái)自邊緣，50%以上的數(shù)據(jù)需要在邊緣處理。例如用智能應(yīng)用代替人工監(jiān)管，防止危險(xiǎn)的生產(chǎn)行為實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn);用邊緣算力輔助駕駛，果斷提升出行效率;憑借邊到邊的數(shù)據(jù)共享來(lái)提高使用效率等。就像如今風(fēng)能行業(yè)的發(fā)展，正充分印證了這個(gè)觀點(diǎn)。網(wǎng)絡(luò)去中心化，計(jì)算和存儲(chǔ)下沉，貼近數(shù)據(jù)就近生產(chǎn)果斷成為未來(lái)趨勢(shì)，可以發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算從云到邊緣正在深刻改變我們的IT建設(shè)模式。

具體來(lái)說(shuō)，以“如何做到數(shù)據(jù)的安全可靠，怎樣依靠本地設(shè)施進(jìn)行降級(jí)自治，縮短關(guān)鍵反應(yīng)時(shí)延，同時(shí)有效降低傳輸帶寬成本等“為代表的復(fù)雜業(yè)務(wù)訴求，自然衍生了多樣化的IT基礎(chǔ)設(shè)施與之匹配。但歸咎一點(diǎn)，低成本、低耗能、高可靠的平臺(tái)成為了重中之重，解放人力、簡(jiǎn)化運(yùn)維、資源協(xié)同成為數(shù)據(jù)計(jì)算從云到邊的共性需求，也是未來(lái)企業(yè)助力行業(yè)發(fā)展所要積極努力的方向。

有人直言，所有行業(yè)在數(shù)字化時(shí)代都值得重新做一遍。正如江蘇未來(lái)智慧與浪潮合作，為風(fēng)力發(fā)展綜合運(yùn)用云、大數(shù)據(jù)、人工智能等數(shù)字化技術(shù)，讓行業(yè)獲得新動(dòng)能，加速實(shí)現(xiàn)自身的升級(jí)與再造。

毋庸置疑，未來(lái)像江蘇濱海這樣的智慧風(fēng)機(jī)有望更多地出現(xiàn)在廣闊的海洋上。

責(zé)任編輯：PSY