海上风电场全生命周期数字化应用 .pdf

海上风电全生命周期数字化应用研究福建青云季建筑科技有限公司Fujian Qingyuji Construction Technology Co.,Ltd.目录CONTENTS03040201海上风电发展概述海上风电全生命周期数字化应用海上风电数字化运维海上风电数字化设计及施工01海上风电发展概述01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维1.1 海上风电发展历程与市场现状“十三五”之前，国内海上风电处于初期摸索阶段。国家政策侧重于开展海上风电示范项目建设，促进海上风电规模化发展，以及加强海上风电技术研究，由于技术欠成熟、投资成本高昂、维护困难、缺乏专业开发团队等原因，“十二五”期间的发展相对缓慢。截至2015年底，我国海上风电累计装机容量仅为1GW，远未达到“十二五”规划的5GW目标。“十三五”期间，国内海上风电处于稳步发展阶段。国家开始统筹规划海上风电建设，完善风电市场化交易机制，规范补贴政策，随着海上风电相关技术、设备的逐步成熟、开发经验的不断积累，国内海上风电开发进入了加速期，截至“十三五”末，我国实现海上风电累计装机10.87GW。迈入“十四五”，国内海上风电进入成熟平价阶段。国家政策重点转向加快制定海上风电开发技术标准。加快推动海上风电集群化开发，重点建设山东半岛、长三角、闽南、粤东和北部湾五大海上风电基地。在全球绿色浪潮与“碳达峰、碳中和“目标的双重驱动下，2021年作为“十四五”开局之年，也是海上风电“抢装年”，实现新增装机14.48GW；2022年是海上风电”平价时代”元年，相较于2021年，海上风电开工项目较少，最终实现新增装机5.16GW。2021年全国海上风电装机量创历史新高，新装海上机组2603台，新增装机容量达到14.48GW，同比增长276.7%，占全球海上风电新增装机容量约80%；截至2021年底，全国海上风电累计装机容量达到25.35GW，占全球海上风电累计装机容量约44%，跃居世界第一。2022年新增装机容量为5.16GW，累计装机容量达到30.51GW。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维1.2 海上风电的发展趋势及市场前景 海上风电作为清洁能源之一，是我国能源结构转型发展的重要战略支撑，是助力实现“碳达峰、碳中和”目标的有力抓手。“十四五“时期我国可再生能源将进入高质量跃升发展新阶段、呈现新特征：一是大规模发展，在跨越式发展基础上，进一步加快提高可再生能源发电装机占比；二是高比例发展，由能源电力消耗增量补充转为增量主体，在能源电力消费中的占比快速提升；三是市场化发展，由补贴支撑发展转为平价低价发展，由政府驱动发展转为市场驱动发展；四是高质量发展，既大规模开发，也高水平消纳，更保障电力稳定可靠供应。海上风电作为我国可再生能源的重要组成部分，将进一步引领能源生产和消费革命的主流方向，发挥能源绿色低碳转型的主导作用，为实现“碳达峰、碳中和”目标提供主力支撑。在保守情形下，中国可再生能源学会风能专业委员会（GWEA）预测2022-2026年我国海上风电年均新增装机容量约5.6吉瓦，到2025年累计装机容量超过47吉瓦；在积极情形下，2022-2026年我国海上风电年均新增装机容量约9吉瓦，到2025年海上风电累计装机容量将超过60GW，到2026年海上风电累计装机容量将超过70GW。海上风电制氢海上风电制氢发展漂浮式风电发展漂浮式风电走向深远海走向深远海单机容量大型化单机容量大型化02海上风电全生命周期数字化应用01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维2.1 海上风电场特点建造环境恶劣建造环境恶劣设备资源要求高设备资源要求高建造窗口期较短建造窗口期较短运维管理难度大运维管理难度大海上施工受到海风、波浪、海床地质、过往船舶、恶劣天气等复杂环境的影响，基础施工和大型结构安装作业中人员和装备均面临较高的安全风险。海上风电场工程的基础、风机结构、升压站等多为钢结构，结构尺寸大、质量大，对运输船舶及安装船舶的性能要求较高，对施工用的设备及工装要求较高。海况通常较差，不利于海上施工作业，可用于海上风电场工程施工作业的窗口期比较短，尤其是在季风期、台风期、寒潮、风暴潮等复杂恶劣天气时，海况会变得非常差。管理内容多，工作面广、类别多，包括风机运行状态、结构安全、运维人员、通航调度、备品备件等。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维2.2 全生命周期数字化必要性选址选址初设审查初设审查设计设计运维运维测风测风资源分析资源分析可行性研究可行性研究确定方案确定方案招标招标施工施工后评估后评估前期开发前期工程启动建设验收运维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。海上风电数字化技术研究和应用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，是海上风电品质工程建设的重要抓手。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维2.3 全生命周期数字化应用现状我国海上风电场智能建造及智慧运维目前还处于初步发展阶段，应用场景有限且能达到的智能化水平较低。未来随着海上风电产业的不断发展，海上风电场智能建造及智慧运维也将不升级和完善，重点包括两个方面：一是智能建造及智慧运谁关键技术的不新扩充和优化，二是智能化系统的深入研发。当前海上风电场的关键技术能服务的建造及运维场景较少目仍不成熟，还需继续结合以人工智能为代表的新一代信息技术以及BIM、GIS等数字化技术进行进一步扩充和优化。智能化系统也要进一步对新扩充的关键技术进行集成，以发展更多的系统功能象和更进的智能化水平。随着我国海上风电事业的不断推进和全行业技术研发工作的不断深入。海上风电场智能建造及智慧运维将迎来更大的发展机遇和更加广阔的市场。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维2.4 全生命周期数字化架构三个层级安全第一效率保障效益优先海上风电场全生命周期数字化管理平台 从集团公司管控维度，分别以集团、分公司、项目公司为维度进行应用层面的不同分类，满足不同层级的管控需求。不同层级均对工程项目采用全生命周期的管理观念，对规划、设计、建设、运营各个阶段，进行计划、组织、协调和控制的管理活动明确服务主体定位01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维2.4 全生命周期数字化架构工程数据中心用户管理权限管理数字化移交数据质量控制工作工作流管流管理理变更变更管理管理编码规则关系模型数据标准数据模板数据数据检索检索报表报表管理管理偏差偏差管理管理数据数据接口接口影响影响分析分析知识知识管理管理数据数据发布发布事件事件管理管理项目项目管理管理文档文档管理管理安全监测三维可视化虚拟现实设备性能管理地质灾害数字化档案虚拟检修虚拟巡检资产管理物料管理运行管理灾害模拟专家系统核心层核心层管理层管理层应用层应用层搭建工程数据中心 全生命周期管理系统逻辑结构分为三层，核心层、管理层以及应用层；工程数据中心是核心，为管理层和应用层提供统一的信息服务。03海上风电数字化设计及施工01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.1 项目规划验证01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.2 设计方案展示01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.3 可视化管理全专业视图全专业视图展示海上风电项目全专业BIM模型。展现各专业间的空间位置关系和空间碰撞、侵扰影响。机电系统视图机电系统视图突出海上风电项目机电系统BIM模型。展现各机电系统间的空间位置关系和空间碰撞、侵扰影响。全景渲染视图全景渲染视图展示海上风电项目全景渲染模型。展现海上风电项目建成效果。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.4 设计审核通过三维视角展现机电施工图设计方案并进行机电专业间、机电专业与结构专业间的碰撞检测,审核并整理出施工图设计中的冲突点和不合理点,协同设计、施工双方进行设计优化与设计深化。同时，针对现场施工过程中遇到的问题利用 BIM 技术寻求切实可行的优化方案。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.5 出图算量经过机电管线的优化排布后，对管线、桥架、支吊架等进行加工分段和深化建模,实现加工图出图,并通过Revit的明细表功能统计下料清单,提供给下料、加工人员进行准确下料和精确加工作业。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.6 进度管理对生产基地、风机厂家、机械没备等进行全程信息化管理，做好现场施工与同机部件排产、供应计划的衔接。通过在施工计划中明确紧前紧后关系，在计划进度或实际施工进度发主变化时可实现自动排程。可根据填报的进度数据联动进行形象进度展示，自动生成各类进度汇总报表，实现对施工计划的高效管理。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.7 质量管理通过工序卡控、联动进度计划、自动智能提醒进行质量隐患排查，形成从发现到处置的闭环管理。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.8 安全管理对生产相关的人员、机械设备、危险源等安全问题的检查和处置进行闭环管理。对大临设备、导管架吊装，风机机组安装、水下作业、高空作业、特殊天气、临时用电、防合风、抗雷暴、施工船舶的安全、消防安全等进行风险分折，形成基于人工智能视频的海上风电场施工安全主动预警系统。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.9 机械设备管理通过二维码、定位装置等手段实现设备进出场、检查维修的信息化管理，同时监控设备运行情况，形成项目级设备管理库，可用于分析设备运行效率、智能化管理设备能耗等信息。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.10 移动终端APP该模块充分发挥手机等移动终端高效、便捷的优势，用于提供全员、全域、全流程信息化管控手段，结合终端BIM引掌、图像识别等技术，实现施工现场三维技术交底、人员设备的智能化管理。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.11 智能吊装针对海上风机基础结构定位吊装中复杂作业环境下平台施工稳定性差、导管架重量及结构尺寸大、深水导管架安装精度要求高、作业时间长、人工测量工作强度高、网络信号差、数据反馈慢、吊装施工效率低等问题，基于智能监控技术开发了海上风电场智能吊装系统。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维3.12 施工环境监测与预报基于海洋环境数据对海洋环境未来几天的风、浪、流要素的变化预报也是非常必要的，施工海洋环境预报实施步数为：首先实测风电场处风、浪、流要素特征，然后基于人工智能算法对已监测数据进行分析学习，最后输出风电场海域未来数天的风、浪、流情况。04海上风电数字化运维01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维4.1 运维系统01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维4.2 AIS呈现船舶AIS定位数据在数字化虚拟风电场中呈现。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维4.3 数字孪生通过智能传感器自动感知风机的转速、发电量、运行状态以及风机当前所处的环境信息，通过通信系统传输至智慧运维管理平台，风电场中的升压站、风机、运维船只根据其真实经纬度坐标呈现在虚拟风电场中。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维4.4 调度管理在同一张地图上实时显示风机、升压站和运维船舶的位置，方便指挥人员对风电运维人员、运维船只、运维物资等进行三维可视化管理，建立运维人员、船只、设备调度台账，用于管理运维人员、运维船只和维修设备的调度信息。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维4.5 大数据监测以三维数字风电场为承载信息的载体，集成风机设备状态、现场视频数据、基础结构受力状况、腐蚀状况等数据，形成风机运行维护大数据。01发展概述海上风电202402全生命周期数字化应用03数字化设计及施工04数字化运维4.6 智慧运维实现数据采集、设备控制、参数调整、故障预警及诊断、检修维护计划制定以及专家系统建设、风电场状态评估等功能。感谢聆听Thank you