金风科技:用数字讲好“风电故事”

金风科技:用数字讲好“风电故事”

2017-11-08 | 金风科技

成立于1998年的新疆金风科技股份有限公司(下称“金风科技”),已走过19个年华。媒体热衷的政商故事、花边新闻、意外事故,金风没有;时下流行的年轻面孔、新潮话语、万丈光芒,金风也没有。金风科技靠实力说话。

一路走来,人们眼中的金风科技务实进取、稳步前行。他重视产品质量,押注永磁直驱,业务向下延伸,率先走出国门,机组逐步升级,探索风电行业数字化……每一次选择,事后看,金风科技都是对的,但在选择的当下,他每一次都是孤独的。


敢为人先的锐气和务实进取的沉稳,组合在一起才是完整的金风科技。

金风科技始终不敢骄傲,“风电是一场长跑。”这句话,金风科技董事长武钢说过,总裁王海波说过,执行副总裁吴凯说过,首席财务官霍常宝说过,董事长助理兼集团市场总监侯玉菡说过。这一认识已经成为金风人的共识,金风科技甚至还有一个风电马拉松跑团,一百多人,在2017首次出征北马,在长跑圈小有名气。 

在风电马拉松的长跑路上,金风科技直面席卷全球的数字化之风。

数字化技术应用于风电行业,需要真正的懂风者,否则华丽有余实用不足。近20年的风电实践与积累,金风科技无疑是懂风的。

因为懂风,金风科技利用物联网、大数据、云计算的技术将物理意义上的风变成数字化的风,为定位风资源潜力区、精细化测风、智能风电场设计、风机提效增功提供系列的数字化产品服务;因为懂风,金风科技定制化的开发适合中国风资源特点的风机,无论是早期针对小草湖超一类风况设计的GW66/1500kW机组,还是CWP2017上发布的GW2.X低风速机组和GW6.X海上机组,都是符合中国风况的原创设计,迅速得到行业的关注和追捧;因为懂风,金风科技可以成为兼具风电场资产管理能力的公司。

2017北京国际风能大会暨展览会(CWP2017)上,金风科技发布的诸多产品,无一不在强调智能化、数字化,用扎实的成果翻开了数字化故事。

数字化的风

风电场的投资收益水平提高需要从源头开始,这个源头就是风。

找到风越来越不容易。随着风电开发从北方扩展到南方,如何寻找到拥有开发价值的风资源变得越来越难了,从2013年推出FreeMeso开始,金风一直在不停的努力突破技术难度,帮助行业快速寻找资源。

今年风能展上,FreeMeso推出了全新的版本,用户在网页任意选择一个区域,系统在后台使用智能算法自动识别风资源潜力区域,同时进行限制因素八项排查,最后一键生成风电场规划设计,用户轻点鼠标、滑动滚轮,顷刻间完成了风电场选址、风机选型、产能评估和经济评价。

而实现这一切突破的原因就在于大数据和云计算技术的应用。数字化团队由国内外顶级的气象和地理研究机构合作,开发了高精度的气象云平台和地理云平台。

与其它同类产品相比有优势的地方在于,金风科技利用十余年积累的测风大数据对气象数据进行订正,极大的提高了中尺度图谱的准确性,同时开发了一套涵盖地理高程、卫星影像、保护区与公园、水资源、道路和铁路网、地质与地矿分布等影响风电开发的地理信息云平台。基于气象云平台和地理云平台,数字化团队就能够以此为基础开发优化算法,使客户能够一键生成风电场全套宏观规划工作。



找到了风,还需要将风进一步数字化。更真实更准确的数据获得是又一个门槛。由于测风塔孤零零的立在荒郊野外,经常会出现数据的缺损、设备的损坏,一旦不及时发现,就会导致数据完整率达不到国标要求。为了获得高质量的风电场测风数据,金风科技数字化团队苦苦思索,发现其中核心因素在于测风塔运行状态不能及时得到监控,造成了运维响应不及时,其次才是设备可靠性。找到“症结”所在,数据化团队制定了以解决测风生命周期运维服务提升为目标的产品开发计划,并最终选择使用物联网技术来实现对测风塔的监控和运维。

风电场的设计过程需要处理大量的气象数据、地理数据、风的动态数据,要使用气象和流体模型来仿真风电场的风况特征,然而由于计算能力的限制,一直以来不能够进行更细颗粒度的风场仿真计算。由于超算和云计算又不能够非常便捷的提供给普通用户使用,风电场设计始终卡在这个瓶颈上制约了风资源准确度的提升。数字化团队和法国著名的机构合作,开发了一套B/S和C/S兼备的风电场仿真计算平台,利用这个平台,用户可以发送任务到HPC上,它利用并行计算的方式对流场进行仿真模拟,结束后又把结果返回到客户一端,客户可以自行进行计算量较小的风场设计和优化工作。云端负责大型计算,客户端负责快速设计迭代,原来1000万网格点的计算,现在可以实现1亿网格的计算;原来一个方案设计迭代一次需要一天的时间,现在只需要20分钟。

数字化的风场

风数字化后,风机的位置和风场的投资收益回报也就清晰了。但风场的规划设计除了要确定风机的位置,还要将前前后后多项工程考虑到位。金风科技的风场数字化设计系统支持“百GB级”多源风电场景数据集成管理;支持“分钟级”风机运输道路和集电线路自动规划;支持“秒级”升压站和转弯平台智能选址;支持“200公里以上”风机运输道路场景的流畅可视化。风场设计实现数字化,经测算,可提高风电场投资回报率1%~3%,投资估算误差小于3%。



数字化风场规划设计大大缩短了设计周期,减轻了设计人员的工作量,比如风电场道路设计,可以基于风机点位和升压站位置以及道路路径敏感避避让区,通过设置道路设计参数进行道路自动规划、建模、生成工程量;集电线路设计,可以基于风机点位、升压站位置、道路规划路径,进行集电线路自动选线、自动排塔、基础自动规划、生成集电线路工程量;风电场升压站设计则按模块化标准化思想进行方案设计,建立升压站模块化族库,最终根据项目实际需求进行模块调取,快速生成升压站设计方案。

当然,在风场的规划设计中,最关键的还是选择合适的风机产品。但金风科技将理念又往前走了一步,从选择风机产品进一步扩展至精细化定制风机产品。

数字化的风机

此次展会上,金风科技推出了多款新机型,这些新风机产品针对不同风资源区的不同环境,数字化贯穿了从设计到运行的全过程。

陆上,金风科技推出了GW2.X、GW2.5、GW3S三个平台的多款新机型,其中:

针对国内中东部及南方地区、国际II类和III类风区,GW2.X平台单机容量介于2.0MW至2.3MW之间,可精细化定制126至131米直径的叶轮、85米至140米钢塔/钢混塔/柔塔,将可适应项目的年均风速进一步下探至4.5米/秒,并能覆盖所有风区;能够在高温、低温、高湿、高海拔、多风沙等不同环境下保持稳定高效运行;搭载金风科技自主研发的智能控制技术、发电量提升技术和智能运维技术,不断挖掘风能资源开发潜力,实现客户收益最大化。该平台机型单位千瓦扫风面积较上一代GW115/2.0机型增加20%-30%;同等条件下,发电效率较金风上一代机型提高5%以上。



针对中东部和南方低风速且复杂地形的风区,GW130/2500机型是在成熟的GW2.5MW产品平台上进一步升级,是目前国内领先的2.5MW大叶轮直径产品。

针对国际IIA类风区,以及国内“三北”地区建设特高压配套风电基地、替代退役机组市场,GW3S平台的新成员GW136/4.X凭借更大单机容量节省机位点,减小初始投资;搭载多种金风成熟的智能控制及发电量提升技术,最大化提升整场发电效益,持续降低项目全生命周期度电成本。GW136/4.X和市场业绩优异的GW140/3.X共同作为GW3S平台适应不同风区的子产品,可满足国内外陆上市场多元化需求。

海上,金风科技推出了GW6.X平台,以大单机容量配备大直径叶轮,减少机位点排布数量,实现更大扫风面积,这款机型可通过定制配备金风科技成熟的智能控制技术和发电量提升技术,包括“能巢”场群控制系统、Best Blade叶片提效技术、VMP并网友好技术等,充分挖掘机组发电潜力,显著提升项目经济性,例如在7.1米/秒的平均风速下(按75%的折减系数计算),年等效可利用小时数可达2500小时

除了设计上的数字化,CWP2017上金风科技发布的EFarm雷达控制技术,让风机在运行的过程中也变得数字化。

该技术如同为风机添上一双“智慧双眼”,提前感知入流风信息,通过分析处理并控制机组响应主动匹配入流风速变化,实现机组载荷降低7%~15%,同时提高机组适应性、稳定性。进而针对具体的风电项目应用时,机组可配置更大叶轮,更轻塔架,适用更高等级风区,从而提高风电项目的发电收益。

目前,EFarm技术已获得DNV-GL和CGC的设计认证,并在国内多个风电项目落地实践,累计商业应用近40万千瓦

“从600kW到6.7MW,金风科技的产品家族丰富多样,而这些产品,不仅仅意味着功率变大,叶片变长,塔筒变高。而是从设计理念到材料、结构、控制无一不发生着革命性的变化。我们欣喜地看到,很多先进理念,正在金风科技变为现实。”吴凯说。

数字化的运营

风电的运营,行业已经整体迈入了数字化时代,难点在于如何将人、物、资产统一协调,真正提升风电场的投资收益率。金风科技推出 “智慧运营O2O模式”,将数字化平台和业务目标高度融合。

所谓智慧运营O2O模式,是融合“线上”智慧运营系统SOAM™和“线下”高效执行的整体解决方案,包括:线上信息化系统与线下人、财、物的融合;线上信息化系统之间的融合。


一方面,线上的智慧运营系统——SOAM™,实现了“集控+高级应用”的模式。

智慧运营系统SOAM™符合我国电力二次系统安全防护规定,集合了金风科技数十年来在风电领域的探索和实践,融入集中功率预测、智能故障诊断、健康状态预警、风机优化运行等高级应用的一体化IT工具。

智慧运营系统SOAM™实现了能源群集中监控和区域服务共享,实现风场无人值班、少人值守的运营模式,可降低30~40元/千瓦的运营费用;第二,以智能故障诊断、大数据预警为核心的预防性维护,确保设备的健康高效运转,提升20%~30%MTBF;第三,洞察损失电量因素,精准提升发电量可利用率(PBA),实现端对端的绩效管理,提升2%~10%;第四,基于场群的集中功率预测和能量管理,构建虚拟电厂,运筹智慧能源交易,提升电力交易竞争力。

另一方面,在线下,多措并举,实现提质增效。

第一,建立区域共享服务中心,实现低成本高效执行体系。基于区域智慧运营系统,建立集检修/运行/维修/备件供应/培训等功能为一体的共享运维中心——服务站,辐射半径约50~200公里,容量50万~200万千瓦。这样,运维人员不必常驻风场,集中在共享运维中心,根据智慧运营系统的日工作计划进行工作安排。同时,根据预防性维护计划进行物资、车辆及工具的合理存储和调配。

第二,建立高效执行的团队。通过专业认证培训,培养具备专业技术、安全运营理念的优秀服务人员,保证服务质量和效率。

第三,实现智能化物资调配。基于机型配置和全生命周期的数据分析,布局全国的物流、仓储网络,同时配置区域化的零部件维修中心和大部件维修中心。90%常用零部件24小时内到货;大部件5~7天内到货。

第四,提供技改优化解决方案。提供主控程序的改进优化、部件的升级改造、机组发电量提升系列化服务等,在保障机组安全的前提下,优化机组运行性能。

数字化的管理

在武钢看来,风电企业拥抱数字化还应该在管理上转变。“与工业化时代不同,数字化时代下,风电企业要通过数字化技术的应用,实现从结果管理向过程管理转变,从局部管理向全局管理转变,从静态管理向动态管理转变。”武钢指出,要努力改变工业时代“金字塔”式的管理架构,尽可能实现平台化、扁平化。“企业管理者和被管理者之间要尽可能创造更多的平等伙伴关系,为一线赋能,让离客户最近的员工有主动权,激发创新能力。”


对金风科技而言,数字化不是一阵喧嚣,而是实现风电平价上网的必由之路。金风科技数字化程度的不断加深,伴随着整个风电行业度电成本的快速下降,彭博新能源财经最近发布的报告显示,全球风机造价已经从2009年上半年的每兆瓦194万美元跌至今年下半年的每兆瓦99万美元,下降了49%。

但这并非新能源马拉松长跑的终点,实现平价上网,直至成长为全球能源结构中的主体能源,为全球提供可靠、可负担、可持续的未来新能源体系,才是金风科技以及这个时代有抱负的新能源企业为之奋斗的目标。

可预见的未来或许是这样:2020年风电度电成本接近甚至低于火电上网电价,2050年风电占据30%的发电比重。相比成立以来已经走过的19年时间,前方至少还有30多年的时间需要金风科技跨越重重挑战。

漫长的路,伟大的目标,触摸到终点,需要坚毅、勇敢、果断,更需要金风科技永葆一颗少年初心。

“风电之路,注定山高水长。初心在,就会有万水千山。”金风科技董事长武钢说。



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