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北京公司:大数据中心用“数据”推进智慧能源战略落地
来源:集团大数据中心、北京公司作者:日期:19.10.16

  这里属崂山山脉,地形复杂多变,山势陡峭险峻,奇峰异崮星罗棋布,沟壑纵横交错。这里北濒黄海,拥有56公里的海岸线,具有丰富的陆地和海上风能资源。这里是全国科技进步先进区——山东牟平。

  在这里,一颗用数据驱动智慧能源落地的种子,从2018年生根萌芽,如今已经在北京公司牟平风电场开花结果。一台台用数据说话的风机,让这个黄海之滨的千年古县,焕发出未来感的蓬勃生机。

  作为集团大数据中心牵头,北京公司、昆仑数据联合开展的集团大数据试点项目,牟平风场全面展示出践行科技创新、向数据要效率要保障的全新风貌。

  应运而生,应需求而生

  2018年10月11日,国家电投智慧能源发展座谈会上,钱智民董事长指出,国家电投作为全国五大发电集团之一,要顺应国家新时代高质量发展、供给侧结构性改革方向,围绕建设一流清洁能源企业的战略目标,助力国家智慧能源发展;要依据现有优势,从领域、内容、商业模式等方面提出具体、可行的实施方案,为国家能源创新发展贡献力量。

  为响应集团“能源产业智慧化发展的研究”工作,贯彻“积极探索智慧能源新型商业模式和体制机制创新路径”思想,大数据中心与北京公司认准着力点、找准突破口,从风电合作入手开展工作。

  2018年底,由集团科创部指导,大数据中心,北京公司,昆仑数据三方专家团队携手,组成特别工作组,来到了山东牟平风场进行现场调研。北京公司下属的牟平风电场总装机容量48MW,共有风机24台,2018年累计发电1.2亿度,是集团内发电量较为靠前的风场。

  本着为技术路线选择、后续结果验证、电量提升评估等研究工作提供一个切实可行的解决方案的原则,工作组确定了基于大数据的机组偏航对风优化整体工作方案。

  借助数据,我们都是追风者

  “王良若许相抬策,千里追风也不难。”如今,数据为我们提供了八面追风的“良策”。

  风机对风偏差角度是影响发电效率的一个重要指标。当一台2MW机组偏航对风偏差10度时,按年利用小时数为2000小时、上网电价0.5元/度计算,每年其造成的直接经济损失约6万元。虽然机组对风准确性在投运时经过严格测试,但是风机长期处于严峻和疲劳工况下,往往会产生不同程度的对风偏航偏差。为了避免损失,需要检查机组偏航对风是否存在大幅偏差,而在以往,需要一线工人登到舱顶利用专业工具查看。

  这不单是一笔人力费用支出,以目前常规的场站人员配备,此类巡检工作最快只能做到月检,当恶劣天气、电气干扰、部件损坏、固定不牢等因素造成风向测量不准时,机组将很可能在数十天处于偏风发电的状态,带了更大的疲劳载荷以及造成电量损失。使用激光雷达设备校正风向也是一种解决方案,但每台机组数十万元、一个风场动辄近千万的设备及安装费用往往令发电企业望而却步。

  工作组提出了一种基于大数据技术的机组偏航对风优化方法,利用现场历史数据,发掘机组对风与发电性能规律,并借助机器学习及大数据技术构建机组偏航对风偏差分析模型,从而运算得出偏航对风偏差的调整建议。

  按国家电投云边协同工业大数据平台统一架构,只需要在中控室部署一台边缘侧工作站服务器,运行风机偏航对风优化应用,即可将风场各台机组偏航对风偏差实时通知现场运行和管理人员,并持续监测现场所有机组偏航对风情况并给出优化调整建议。现场运维人员可以精准找到每台出现严重偏差的风机,从而做到主动及时维护,大大提高了运维效率;快速解决问题的同时,也减少每台风机由于偏航偏差过大造成的发电量损失,远比机组加装先进的检测设备更为经济高效。

  

大数据偏航对风优化现场应用界面

  价值闭环,电量提升潜力大

  用数据说话,首先需要掌握风场关键核心的多维度数据。由于大数据技术在经济性和可操作性上并没有实现平民化,大多数地处偏远的发电场站的数据都存在本地一个“黑盒”里。没有人知道里面到底有多少种数据、多长时间的数据、多少测点的数据,大家会想当然的认为,数据就在那里,只是我们现在没有足够的能力去挖掘。实际上,却不可避免的存在关键数据缺失、数据质量差等问题,甚至在实际数据排查中才知道有时数据被厂商加密导致无法读取。

  工作组要做的不仅仅是一个实验室课题研究,而是要把一个数据应用场景在实际场站真正的运转起来,这时很多数字化落地瓶颈就会相继浮出水面[蒋1] ,需要一一梳理并寻找解决办法。

  通过各方努力和积极配合,工作组采集了牟平全场机组近1年的运行数据,通过处理分析,定位出24台风机中有6台出现了较为严重的偏航对风偏差,其中最严重的一个风向标测量偏差高达22度;同时,机组亚健康状态和控制失调运行也会导致机组安全风险和电量损失。

  利用数据中蕴含的信息,工作组还一并开展了机组满发前桨角工作位置优化、机组转速参数优化、机组转矩参数优化、机组齿轮箱润滑系统异常分析、机组转速测量波动异常分析、风场机组环境温度测量一致性分析等6项大数据优化分析,并给出解决方案建议。这些优化点全部隐藏在设备日常运行中,很难察觉。正确运用大数据方法,这些已发现的运行优化点每年可为牟平风电场提升400万度发电量。

  “当前这些问题每年造成400多万度电损失,别说400万,就算100万度电,也不该白白浪费掉。”北京公司山东新能源分公司生产部主任袁振强。

  发现电量提升优化点并不是这个应用试点项目的终点,而是一个起点。

  来自工作组成员、现场一线专工、整机厂商驻场人员一起来到现场实地,根据数据诊断报告,爬上了机组舱顶进行验证。经过实地比对,大数据分析风机偏航偏差结果识别率达到100%,偏差角度也与实际测量结果一致。

  针对牟平风电场机组电量提升优化点,各方召开了现场处理工作协调会,形成闭环行动计划。截止目前,上述优化点均已实施落实。

  山东新能源运营中心,以及牟平风电场相关工作人员表示,虽然只是一个应用落地,但不论是工作组实事求是的态度还是工作体现的价值,都远远超出预期。通过此次试点,实实在在感知到了大数据相关技术对现场设备安全和高效生产的价值,同时期望未来有更多数字化应用内容能够支撑现场生产管理,保证设备安全和生产效率。

  模式创新,突破成果转化难题

  以科创动能转化为己任,集团科创部深知科技成果转化落地难。科技成果转化“最后一公里”难题,如何破除?建立与完善成果转化的动力机制、供需的对接机制和资源的集聚机制、合作各方风险共担收益共享机制,是加快成果转化与产业化需要解决的关键问题,是推进智慧能源建设的重要抓手。

  基于合作共赢的理念,大数据中心、北京公司和昆仑数据共同突破传统模式,创新性落实了基于大数据分析的对风优化电量提升的三方收益分成模式。三方收益分成与合作共赢模式,有利地促进了成果落地转化。

  大数据中心作为组织协调方,负责验证应用效果,每年评估年度电量提升量,协调北京公司与昆仑数据共同解决现场实施难点,并保障模型算法在北京公司持续迭代;北京公司作为产业应用方,提出业务诉求,使用大数据应用与服务,提升发电量,构建适合本单位数字化智能化系列产品与能力,形成北京公司自身特色;昆仑数据作为技术服务方,根据大数据中心与北京公司需求,定制化落地实施大数据应用,提供数据治理与应用的技术服务,协助提升场站经济性安全性与运维效率。三方共享电量提升收益分成使得大数据中心、北京公司、昆仑数据目标一致、风险共担、收益共享,应用得以快速落地,合作得以快速推进。

  此次试点从数据收集到改善闭环,仅用了3个月的时间,“投入少,见效快,收益大,可推广性强”。集团大数据中心通过筛选整合技术实力和服务质量过硬的第三方,强强联合优势互补,加速合作流程,把更多精力和投入放在数据梳理与数据价值的落地验证;同时,北京公司以价值落地为导向,小批量快速试点、快速验证、快速应用的可行路径,真正意义上实现了数据价值的闭环,产生了小成本大收益的实效,让国家电投一线人员亲身体验并期待新技术带来的全新生产力。

  

大数据偏航对风优化应用使用效果(年发电量挽回评估)

  如今,拥有了数字化能力的牟平风场不仅是智慧能源理念的传播地,也将成为新能源控制、管理、服务等领域先进技术的推广地。试点项目的成功,侧面反映了国家电投人在推动智慧能源战略落地道路上的积极努力和务实精神,引领着科技推动能源变革的新方向。

  对于集团数据价值的探索、成果的落地转化、业务模式的创新,还存在太多的未知和挑战。但以此次在牟平风场的大数据应用为契机,集团可进一步梳理务实的数据资源、构建敏捷的数据链路、扩展求证的数据思维、打造闭环的数据价值,并探索以风电为试点的发电侧运行业务价值、突破数据应用技术瓶颈,开拓新的业务模式。

  

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