超高海拔光伏設(shè)備全生命周期智能管理與維護

國家電投鄉(xiāng)城縣興川新能源投資開發(fā)有限公司 沈興林

中國電建集團北京勘測設(shè)計研究院有限公司 史躍洋 茹陽陽 凌 磊

大力發(fā)展可再生能源已成為全球能源革命和應(yīng)對氣候變化的主導(dǎo)方向和一致行動。近年來，光伏發(fā)電作為重要的可再生能源發(fā)電技術(shù)取得了快速發(fā)展，在很多國家已成為清潔、低碳并具有價格競爭力的能源形式。2020年，全球新增光伏發(fā)電裝機1.27億kW，累計裝機規(guī)模達到7.07億kW。“十三五”期間，在產(chǎn)業(yè)規(guī)模快速擴大的帶動下，我國光伏發(fā)電技術(shù)取得快速發(fā)展。為實現(xiàn)碳達峰、碳中和目標，到2030年我國光伏發(fā)電裝機需要達到9億～10億kW，光伏發(fā)電在迎來空前發(fā)展機遇與發(fā)展空間的同時，也面臨諸多挑戰(zhàn)。

不同于水電站，光伏電站分布范圍較廣，具有大量相似甚至相同的設(shè)備，且基本運行于室外環(huán)境，尤其是高海拔地區(qū)如川藏地區(qū)，給現(xiàn)場設(shè)備管理和維護帶來較大的難度和風(fēng)險。2021年，國家能源局等部門共同發(fā)布《智能光伏產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展行動計劃（2021-2025年）》明確提出，智能光伏產(chǎn)業(yè)生態(tài)體系建設(shè)基本完成，與新一代信息技術(shù)融合水平逐步深化的整體目標。信息化的發(fā)展要求和互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展為光伏電站設(shè)備、物資管理提供了新的管理方式和理念。

無論是施工期還是運維期，傳統(tǒng)的設(shè)備管理與維護大都依賴于人工管理，耗費大量人力、時間整理和保存相關(guān)資料和臺賬，出錯率高且資料易損毀、丟失。此外，傳統(tǒng)的管理方式最大的弊端在于施工期設(shè)備信息與運維期設(shè)備信息的割裂，無法在運維期快速獲取施工期相關(guān)數(shù)據(jù)[1]。基于此，本文基于BIM技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，提出設(shè)備的全生命周期智能管理與維護方法和手段，并依托川藏某光伏電站開發(fā)超高海拔光伏電站設(shè)備全生命周期智能管理平臺[2]（以下簡稱“智能設(shè)備管理平臺”），有效解決工程現(xiàn)場設(shè)備管理存在已久的弊病，為光伏等新能源行業(yè)提供一種信息化管理理念。

1 全生命周期智能化設(shè)備管理關(guān)鍵技術(shù)

超高海拔光伏電站設(shè)備全生命周期智能管理平臺通過編碼技術(shù)、BIM技術(shù)以及設(shè)備全過程跟蹤技術(shù)，再結(jié)合視頻監(jiān)控技術(shù)，實現(xiàn)工程現(xiàn)場對設(shè)備的全過程監(jiān)控與信息應(yīng)用。

1.1 編碼技術(shù)

設(shè)備自設(shè)計至服役結(jié)束，不同階段涉及不同的技術(shù)人員和管理人員。KKS是一種根據(jù)功能、型號和安裝位置來明確標識發(fā)電廠中的系統(tǒng)、設(shè)備、組件和建構(gòu)筑物的編碼體系，由工藝標識、地點標識和位置標識三部分編碼構(gòu)成。考慮到KKS編碼專業(yè)性較強，對于施工期工作人員來說使用難度相對較大。為實現(xiàn)信息無縫銜接和共享，本文設(shè)計自定義和KKS雙編碼機制，設(shè)備自錄入系統(tǒng)便自動生成自定義唯一編碼，無須人工介入，通過該編碼可關(guān)聯(lián)設(shè)備監(jiān)造、運輸、施工等全部信息，同時專業(yè)人員可在任意時間編輯、完善KKS編碼并和自定義編碼關(guān)聯(lián)，結(jié)合數(shù)字化移交便于運維階段專業(yè)人員通過KKS編碼對設(shè)備進行管理和獲取設(shè)備施工期階段數(shù)據(jù)和信息。

1.2 BIM技術(shù)

BIM既是技術(shù)也是一種管理方法，其信息的動態(tài)性和完備性是實現(xiàn)模型實體和物理實體一致性的關(guān)鍵。以BIM為紐帶，將模型和抽象信息關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的具象化、可視化表達，降低信息獲取、傳遞和再加工的難度。本文通過編寫模型處理腳本，自動重命名模型，保證不同版本相同模型的名稱一致不變，從而保證不同版本的模型能夠繼承與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性。

1.3 設(shè)備全過程跟蹤技術(shù)

對設(shè)備的管理、信息的豐富往往從入場開始，設(shè)備的生產(chǎn)監(jiān)造和運輸過程信息通常會被忽略，導(dǎo)致無法形成完整的、全生命周期的設(shè)備信息。在設(shè)備生產(chǎn)、監(jiān)造前生成設(shè)備的唯一自定義編碼，通過掃碼補充設(shè)備生產(chǎn)監(jiān)造信息；同時接入快遞查詢接口，將設(shè)備編碼和物流信息綁定，即時更新設(shè)備的運輸狀態(tài)、位置和預(yù)計到場時間，現(xiàn)場工作人員可合理安排倉儲位置，提高現(xiàn)場的管理秩序和效率。設(shè)備入場后，通過掃碼補充安裝、施工、運行、維護等信息，實現(xiàn)設(shè)備全過程跟蹤和形成完整的信息記錄。

2 施工期及運維期設(shè)備管理要素及邏輯

本文通過對光伏等新能源項目設(shè)備物資各階段業(yè)務(wù)邏輯研究，研發(fā)智能設(shè)備管理平臺，以設(shè)備唯一編碼串聯(lián)各階段設(shè)備的各類信息，實現(xiàn)設(shè)備的各類過程信息的全程追溯，可快速查看設(shè)備的各階段、各類信息如加工監(jiān)造、運輸、采購、供應(yīng)商、安裝、維修及保養(yǎng)信息等內(nèi)容。各階段設(shè)備物資管理要素及應(yīng)用流程如圖1所示。

圖1 各階段設(shè)備物資管理要素

2.1 采購期設(shè)備管理要素

無論是施工期還是運維期，采購管理是設(shè)備物資管理的重要環(huán)節(jié)。采購管理是對供應(yīng)商、需求計劃、采購計劃、采購策略、采購訂單、采購付款的管理以及與整個采購環(huán)節(jié)相關(guān)聯(lián)的核心業(yè)務(wù)處理流程進行管理，采購的設(shè)備清單確定后即可生成設(shè)備自定義唯一編碼和二維碼，該編碼是智能設(shè)備管理平臺關(guān)聯(lián)其他數(shù)據(jù)的核心。采購期設(shè)備物資二維碼管理如圖2所示。

圖2 采購期設(shè)備物資二維碼管理

2.2 監(jiān)造運輸期管理要素

監(jiān)造運輸期間的設(shè)備信息管理的關(guān)鍵在于信息的獲取和及時更新。為降低生產(chǎn)廠家和運輸公司的負擔(dān)，同時最大化收集信息，生產(chǎn)監(jiān)造期間，生產(chǎn)廠家可通過手機App填寫設(shè)備生產(chǎn)監(jiān)造、調(diào)試、質(zhì)檢等信息，設(shè)備具備出廠條件后，將二維碼貼于設(shè)備上；運輸前，運輸公司可通過手機掃碼將物流單號和設(shè)備綁定，系統(tǒng)自動通過物流單號更新運輸信息。

2.3 施工期設(shè)備管理要素

光伏電站由多個地塊構(gòu)成，呈片狀分布，相較于水電站施工期較短，無須專門建立倉庫，通常在安裝地就近妥善安置。施工期間設(shè)備流動性較大，堆放場的靈活調(diào)配、設(shè)備的驗收、出入庫與盤點以及施工期信息的關(guān)聯(lián)是關(guān)鍵。現(xiàn)場管理人員可借助GIS地圖選擇堆放點，同時結(jié)合視頻監(jiān)控，隨時掌握施工現(xiàn)場堆放點的實際情況，方便隨時調(diào)配，提升現(xiàn)場轉(zhuǎn)運效率。

設(shè)備運抵現(xiàn)場后，現(xiàn)場管理人員可通過掃碼對設(shè)備進行驗收，同時可勾選同批次其他設(shè)備，實現(xiàn)批量驗收；滿足驗收條件的設(shè)備，可直接入庫，系統(tǒng)平臺自動獲取本批次設(shè)備數(shù)量同時計算同類型設(shè)備庫存數(shù)量，通過系統(tǒng)的自動計算，降低出入庫和盤點的出錯率。施工期間，無論是任何業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，如進度、質(zhì)量、安全等數(shù)據(jù)，可通過設(shè)備編碼與其他業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，并以BIM為依托，實現(xiàn)設(shè)備精細化數(shù)據(jù)的可視化和施工期設(shè)備的精準定位。施工設(shè)備及數(shù)據(jù)可視化如圖3所示。

圖3 施工設(shè)備及數(shù)據(jù)可視化

2.4 運維期設(shè)備管理要素

不同于施工期，運維期有專門的倉庫或儲物間放置運維設(shè)備、物資，光伏電站運維期常用的設(shè)備物資一般包括安全工器具、常用工器具、儀器儀表、勞保防護用品、安全設(shè)施、應(yīng)急和救援物、辦公用品、物資運維車輛，以及從建設(shè)期間移交過來的產(chǎn)品資料、備品備件等物資。在運維期，除采購管理外，設(shè)備物資管理涉及驗收與出入庫、編碼管理、倉儲及倉儲環(huán)境監(jiān)測三個方面[3]。

不同于設(shè)備施工期的出入庫，運維期設(shè)備入庫時需選擇對應(yīng)倉庫和貨架，出庫時可快速定位位置；運維期對編碼的管理以KKS編碼為主，運維人員需補全KKS的工藝相關(guān)標識、安裝地點標識和位置標識，從而將自定義編碼和KKS編碼綁定，自定義編碼關(guān)聯(lián)了施工期的各項信息和數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)施工期和運維期的信息融合。通過建立倉儲和貨架BIM模型，并集成倉儲環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，可將倉儲溫度、濕度、煙霧等數(shù)據(jù)可視化。運維期設(shè)備可視化如圖4所示。

圖4 運維期設(shè)備可視化

3 結(jié)論與展望

本文重點研究超高海拔光伏電站全生命周期設(shè)備物資管理業(yè)務(wù)與邏輯，同時應(yīng)用編碼技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)以及BIM技術(shù)，研發(fā)了超高海拔光伏電站設(shè)備全生命周期智能管理平臺，通過雙編碼機制實現(xiàn)設(shè)備全生命周期各類信息的關(guān)聯(lián)，滿足各階段各類管理人員的信息查詢和共享需求；通過建立運維期倉庫及貨架的BIM模型，并關(guān)聯(lián)倉儲環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)運維期設(shè)備存儲和監(jiān)測數(shù)據(jù)的可視化。

后期，在運維階段可進一步監(jiān)控倉庫的能源消耗，建立倉庫能源消耗大數(shù)據(jù)模型，聯(lián)合自動化溫濕度控制系統(tǒng)和通風(fēng)系統(tǒng)，以錯峰用電和智能控制形式，進行自動化和數(shù)據(jù)化的庫區(qū)能源監(jiān)測管理，進一步提升設(shè)備物資管理智能化。