海上風(fēng)電場(chǎng)工業(yè)通信技術(shù)現(xiàn)狀與趨勢(shì)分析

周德棕，易 偉，黃國(guó)育

（南方海上風(fēng)電聯(lián)合開發(fā)有限公司，廣東 珠海 519000）

伴隨著大氣環(huán)境污染問(wèn)題的漸趨嚴(yán)重，以及溫室效應(yīng)的持續(xù)加劇，世界各國(guó)民眾對(duì)基于清潔能源，甚或是可再生能源的發(fā)電技術(shù)的關(guān)注程度，正在呈現(xiàn)出持續(xù)提升的變化趨勢(shì)。從基本的存在地位角度展開闡釋分析，風(fēng)能是綠色可再生能源的重要組成部分之一，擇取和運(yùn)用恰當(dāng)技術(shù)方法做好針對(duì)風(fēng)能的開發(fā)利用工作，對(duì)于改善優(yōu)化能源系統(tǒng)內(nèi)部的基本結(jié)構(gòu)、改善緩解漸趨嚴(yán)重的能源危機(jī)問(wèn)題，以及有效保護(hù)自然生態(tài)環(huán)境，發(fā)揮著極其顯著且深遠(yuǎn)的實(shí)踐影響作用。從歷史發(fā)展脈絡(luò)角度展開闡釋，源于針對(duì)風(fēng)能開展的早期開發(fā)利用活動(dòng)大都是在陸地上開展的，因此陸上風(fēng)能開發(fā)與利用技術(shù)現(xiàn)階段已經(jīng)進(jìn)入成熟發(fā)展階段。海上風(fēng)能作為一類正在逐漸獲取到廣泛運(yùn)用的風(fēng)能資源形態(tài)，其在與陸上風(fēng)能相對(duì)比條件下，具備著資源儲(chǔ)備數(shù)量豐富且穩(wěn)定性相對(duì)較高、發(fā)電過(guò)程可利用小時(shí)數(shù)相對(duì)較多、占用土地資源面積相對(duì)較少、針對(duì)自然生態(tài)環(huán)境施加的影響程度相對(duì)較小、水資源要素消耗數(shù)量相對(duì)較少，以及適宜開展大規(guī)模開發(fā)利用活動(dòng)等基本特點(diǎn)。憑借多元化技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，海上風(fēng)力發(fā)電事業(yè)最近若干年間在世界各國(guó)均接連進(jìn)入了繁榮有序的發(fā)展階段。

1 海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀(jì)80、90年代，歐洲有部分國(guó)家就已經(jīng)啟動(dòng)開展了具備較大規(guī)模的海上風(fēng)力資源評(píng)估分析工作，并且逐步參與推進(jìn)了與海上風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用技術(shù)研究工作。從那時(shí)起，世界各國(guó)接連建造形成了數(shù)量眾多的，具備差異化規(guī)模的海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目。

在1990年，瑞典Nogersnd風(fēng)電場(chǎng)成功安裝建造并且啟動(dòng)運(yùn)作了全世界范圍內(nèi)第一臺(tái)海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備（WindWorld25），其運(yùn)行容量參數(shù)為220.00kW。

在1991年，丹麥選擇隸屬于波羅的海洛蘭島的西北部沿海地域建構(gòu)形成了Vindeby海上風(fēng)電場(chǎng)，安裝運(yùn)行了11臺(tái)BONUS風(fēng)力發(fā)電機(jī)組，且這些風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的裝機(jī)容量參數(shù)為5.00MW。在Vindeby海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)形成之后，荷蘭、丹麥，以及瑞典接連建設(shè)形成了數(shù)量眾多的具備示范意義的海上風(fēng)電場(chǎng)工程項(xiàng)目，且其裝機(jī)規(guī)模參數(shù)介于2.00-10.00MW之間，且其風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的單機(jī)容量參數(shù)介于500.00-600.00kW之間。如上所述的建造形成于較早歷史時(shí)期的海上風(fēng)電場(chǎng)工程項(xiàng)目，大多分布在淺水性海域之中，以及包含有保護(hù)性設(shè)施的海域之中。

從2000年開始，兆瓦級(jí)別的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組設(shè)備開始在海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目之中被安裝運(yùn)用，其典型案例主要有：（1）瑞典Utgrunden海上風(fēng)電場(chǎng)安裝并且運(yùn)行使用了單機(jī)運(yùn)行容量參數(shù)為1.50MW的海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備；（2）英國(guó)Biyth海上風(fēng)電場(chǎng)安裝并且運(yùn)行使用了2臺(tái)單機(jī)運(yùn)行容量參數(shù)為2.00MW的海上風(fēng)電機(jī)組設(shè)備。

在2001年，全世界范圍之內(nèi)首個(gè)具備商業(yè)屬性的Middelgrunden海上風(fēng)電場(chǎng)在丹麥哥本哈根附近海域建設(shè)形成，其總裝機(jī)容量參數(shù)為40.00MW，且安裝配了20臺(tái)單機(jī)容量參數(shù)為2.00MW的風(fēng)電機(jī)組設(shè)備，其年累計(jì)發(fā)電量能夠達(dá)到1.04億kW·h。

1.2 我國(guó)海上風(fēng)電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

從宏觀性視角展開闡釋分析，我國(guó)長(zhǎng)期擁有數(shù)量充足的近海區(qū)域風(fēng)能資源要素，在近海空間區(qū)域之內(nèi)，源于海平面粗糙程度處在較低水平，風(fēng)速湍流度較小，風(fēng)向相對(duì)穩(wěn)定，因此其實(shí)際風(fēng)速通常顯著大于陸地區(qū)域。遵照我國(guó)各級(jí)地方政府氣象主管職能部門發(fā)布的勘察工作成果，在水深參數(shù)介于5.00-25.00m的海域空間范圍之內(nèi)，50.00m高度下的風(fēng)電設(shè)備可裝機(jī)容量通常可以達(dá)到200.00GW；在水深參數(shù)介于5.00-50.00m的海域空間范圍之內(nèi)，70.00m高度下的風(fēng)電設(shè)備可裝機(jī)容量通常可以達(dá)到500.00GW。遵照部分研究工作機(jī)構(gòu)公開發(fā)表的調(diào)查研究數(shù)據(jù)，我國(guó)海上空間中的風(fēng)能資源儲(chǔ)備數(shù)量，通常能夠達(dá)到陸地風(fēng)能資源儲(chǔ)備數(shù)量的3倍，其擁有著廣闊且穩(wěn)固的開發(fā)利用發(fā)展前景。從上述分析可以知道，做好海上風(fēng)能資源的開發(fā)工作，有助于解決處置我國(guó)東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)長(zhǎng)期存在的能源物資要素供應(yīng)狀態(tài)相對(duì)匱乏問(wèn)題。

早在20世紀(jì)90年代歷史時(shí)期，我國(guó)就已經(jīng)啟動(dòng)開展了具備較大規(guī)模的海上風(fēng)力資源評(píng)估分析工作，并且逐步參與推進(jìn)了與海上風(fēng)電場(chǎng)相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用技術(shù)研究工作。受長(zhǎng)期存在的政策制度因素、技術(shù)性因素，以及經(jīng)濟(jì)成本因素的影響制約，我國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展進(jìn)程長(zhǎng)期處在緩慢狀態(tài)。

在2010年7月，我國(guó)建設(shè)形成了第一個(gè)具備較大規(guī)模的大型海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，也就是上海東海大橋海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目，其裝機(jī)容量參數(shù)為102.00MW。該大型海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)形成，在我國(guó)海上風(fēng)力發(fā)電事業(yè)發(fā)展進(jìn)程中發(fā)揮著里程碑式的重要意義，其不僅能夠?yàn)樯虾Ｊ械某青l(xiāng)居民和各類企事業(yè)單位每年提供2億度以上的電力能源，還對(duì)我國(guó)海上風(fēng)力能源開發(fā)事業(yè)的具體推進(jìn)過(guò)程提供了經(jīng)驗(yàn)參考。

在2014年-2016年期間，我國(guó)海上風(fēng)電開發(fā)建設(shè)項(xiàng)目的總裝機(jī)容量規(guī)模為10277.7MW，主要集中分布在江蘇省、福建省、廣東省、浙江省、河北省、海南省、廣西壯族自治區(qū)，以及天津市8個(gè)省市。

2 海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程建設(shè)運(yùn)作思路

2.1 開展海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程建設(shè)的重要意義

開展海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程建設(shè)活動(dòng)，主要目的在于解決處置海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目建設(shè)工作，以及運(yùn)行維護(hù)工作開展過(guò)程中遭遇的如下問(wèn)題：

（1）海上與陸地之間存在的通信困難問(wèn)題。

（2）無(wú)法掌握海上作業(yè)船舶和人員的實(shí)時(shí)畫面情況，也無(wú)法進(jìn)行視頻回放和信息查詢等功能。

（3）海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)、運(yùn)維船靠人工調(diào)度，沒(méi)有結(jié)合運(yùn)用AIS、氣象預(yù)測(cè)等情況，導(dǎo)致海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)活動(dòng)、運(yùn)維檢修活動(dòng)的計(jì)劃性不強(qiáng)，運(yùn)維成本高。

（4）海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的建設(shè)、運(yùn)維過(guò)程中，沒(méi)有對(duì)船舶和人員進(jìn)行資源管理和定位，無(wú)法保障船舶和人員管理安全。

（5）針對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的基礎(chǔ)設(shè)施沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一的管理和監(jiān)測(cè)，無(wú)法及時(shí)獲取當(dāng)前設(shè)施在運(yùn)行使用過(guò)程中的實(shí)時(shí)情況。

2.2 海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程的基本功能

（1）決策支持及建議技術(shù)系統(tǒng)：海上風(fēng)電場(chǎng)項(xiàng)目的施工建設(shè)過(guò)程與海洋氣象環(huán)境條件直接相關(guān)，其中最大的影響因素在于強(qiáng)風(fēng)因素和波浪因素，根據(jù)施工內(nèi)容的不同所受到的影響也有一定的差異，技術(shù)平臺(tái)會(huì)遵照接收到的氣象數(shù)據(jù)，針對(duì)不同施工內(nèi)容的作業(yè)窗口期進(jìn)行推薦，并且根據(jù)施工作業(yè)人員實(shí)際的工作內(nèi)容和時(shí)長(zhǎng)自動(dòng)推薦三個(gè)可作業(yè)的時(shí)間計(jì)劃。

（2）人員考勤及安全管理技術(shù)系統(tǒng)：人員利用手機(jī)定位/掃描張貼在船舶、海上升壓站、風(fēng)機(jī)設(shè)備上固定的二維碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)電場(chǎng)工作人員信息的跟蹤管理，實(shí)現(xiàn)出海任務(wù)、出海人員的全程跟蹤以及人員日常考勤。同時(shí)出海作業(yè)人員配置應(yīng)急示位標(biāo)，人員落水時(shí)示位標(biāo)對(duì)外發(fā)送AIS求救信號(hào)和人員當(dāng)前位置，系統(tǒng)接收到人員落水消息后會(huì)通過(guò)系統(tǒng)彈窗告警、監(jiān)控視頻自動(dòng)跟蹤落水人員、相關(guān)人員手機(jī)號(hào)碼短信通知等方式提醒，并且向管理人員推薦最近的船舶信息。

（3）海域視頻監(jiān)控技術(shù)系統(tǒng)：借助于陸基云臺(tái)設(shè)備對(duì)海上風(fēng)電場(chǎng)內(nèi)部空間區(qū)域進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)重點(diǎn)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)直播，并且開啟實(shí)時(shí)錄制功能，管理員可控制對(duì)相關(guān)人員/船舶進(jìn)行跟蹤拍攝，為管理者提供可視信息，確保作業(yè)空間區(qū)域充分安全。

（4）船舶管理技術(shù)系統(tǒng)（AIS）：系統(tǒng)利用AIS基站，接收風(fēng)電場(chǎng)過(guò)往區(qū)域船舶上報(bào)的AIS數(shù)據(jù)以及人員落水示位標(biāo)的求救信號(hào)。劃定警戒區(qū)域，實(shí)現(xiàn)船舶監(jiān)控和驅(qū)趕，保障風(fēng)場(chǎng)區(qū)域設(shè)施和人員安全。

（5）氣象預(yù)報(bào)技術(shù)系統(tǒng)：調(diào)用云臺(tái)氣象衛(wèi)星、測(cè)風(fēng)塔以及雷達(dá)監(jiān)測(cè)的氣象數(shù)據(jù)，可對(duì)風(fēng)場(chǎng)、洋流信息、海洋氣象進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示和預(yù)報(bào)。

（6）風(fēng)場(chǎng)資產(chǎn)管理技術(shù)系統(tǒng)：對(duì)風(fēng)場(chǎng)區(qū)域風(fēng)機(jī)、監(jiān)控器、升壓站、內(nèi)部船舶以及人員出海作業(yè)需要攜帶的工具的管理，便于對(duì)風(fēng)場(chǎng)和人員作業(yè)的有效管理。

（7）監(jiān)測(cè)技術(shù)系統(tǒng)：實(shí)時(shí)采集海上升壓站、風(fēng)機(jī)等的當(dāng)前基本信息和運(yùn)行情況，便于管理員實(shí)時(shí)查看風(fēng)場(chǎng)設(shè)備的健康情況。

（8）工單管理技術(shù)系統(tǒng)：作用于管理人員向施工作業(yè)人員進(jìn)行任務(wù)的分配，實(shí)現(xiàn)人員作業(yè)的出勤管理。

（9）消息管理技術(shù)系統(tǒng)：管理員可通過(guò)消息系統(tǒng)向目標(biāo)人員發(fā)送普通、緊急、公告消息，并且在人員落水、船舶非法闖入等緊急情況下系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)消息。

2.3 海上風(fēng)電場(chǎng)船舶及人員智慧調(diào)度系統(tǒng)工程設(shè)施的基本特點(diǎn)

（1）系統(tǒng)與業(yè)務(wù)緊密結(jié)合，能夠大幅提高工作效率，緩解人、物力不足的矛盾；同時(shí)通過(guò)全覆蓋的監(jiān)管，保障人員、船舶和設(shè)施安全。

（2）系統(tǒng)功能齊全，借助于多種傳感器監(jiān)控技術(shù)手段的相互配合，對(duì)危害場(chǎng)區(qū)設(shè)施安全的船舶實(shí)現(xiàn)“三得化”管理，即“看得見、叫得通、管得住”，降低船舶違章率和事故發(fā)生率。

（3）系統(tǒng)選擇運(yùn)用先進(jìn)的現(xiàn)代化與智能化處理技術(shù)，實(shí)現(xiàn)海上風(fēng)電場(chǎng)場(chǎng)區(qū)內(nèi)違規(guī)船舶的自動(dòng)預(yù)警，虛警率低，借助于事后軌跡分析及視頻分析為違規(guī)船舶追責(zé)提供證據(jù)。

（4）系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為工作人員和船舶提供信息引導(dǎo)，提升運(yùn)營(yíng)效率，保障生產(chǎn)平穩(wěn)運(yùn)行。

（5）可擴(kuò)展性強(qiáng)，系統(tǒng)采用微服務(wù)的軟件架構(gòu)，經(jīng)由高度的抽象和建模，合理劃分模塊，形成靈活的系統(tǒng)組成；模塊間信息交換采用標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，接口使用通用化的WebService接口，協(xié)議為適應(yīng)強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好的TCP協(xié)議，數(shù)據(jù)格式遵守當(dāng)前國(guó)際、國(guó)內(nèi)和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，以同一套服務(wù)接口實(shí)現(xiàn)內(nèi)建業(yè)務(wù)應(yīng)用、支撐第三方外部業(yè)務(wù)應(yīng)用和未來(lái)需擴(kuò)展的業(yè)務(wù)應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)真正的開放性系統(tǒng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

綜合梳理現(xiàn)有研究成果可以知道，風(fēng)力發(fā)電技術(shù)是新能源發(fā)電技術(shù)的具體表現(xiàn)類型之一，利用海上風(fēng)能資源開展發(fā)電生產(chǎn)技術(shù)活動(dòng)，有助于解決和克服陸上風(fēng)力發(fā)電技術(shù)運(yùn)用過(guò)程中的問(wèn)題和局限性，提升風(fēng)力發(fā)電技術(shù)具體發(fā)展過(guò)程中的綜合效能。工業(yè)通信技術(shù)是海上風(fēng)電場(chǎng)基礎(chǔ)技術(shù)構(gòu)成體系中的重要內(nèi)容組成部分，對(duì)于支持海上風(fēng)電場(chǎng)日常化生產(chǎn)技術(shù)活動(dòng)，以及管理活動(dòng)在具體開展過(guò)程中順利獲取到良好收益，發(fā)揮著不容忽視的影響作用。