周德棕，易 偉，黃國育

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

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

1 海上風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外海上風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

早在20世紀80、90年代，歐洲有部分國家就已經(jīng)啟動開展了具備較大規(guī)模的海上風力資源評估分析工作，并且逐步參與推進了與海上風電場相關聯(lián)的應用技術研究工作。從那時起，世界各國接連建造形成了數(shù)量眾多的，具備差異化規(guī)模的海上風電場項目。

在1990年，瑞典Nogersnd風電場成功安裝建造并且啟動運作了全世界范圍內第一臺海上風力發(fā)電機組設備（WindWorld25），其運行容量參數(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形成了Vindeby海上風電場，安裝運行了11臺BONUS風力發(fā)電機組，且這些風力發(fā)電機組的裝機容量參數(shù)為5.00MW。在Vindeby海上風電場項目建設形成之后，荷蘭、丹麥，以及瑞典接連建設形成了數(shù)量眾多的具備示范意義的海上風電場工程項目，且其裝機規(guī)模參數(shù)介于2.00-10.00MW之間，且其風力發(fā)電機組的單機容量參數(shù)介于500.00-600.00kW之間。如上所述的建造形成于較早歷史時期的海上風電場工程項目，大多分布在淺水性海域之中，以及包含有保護性設施的海域之中。

從2000年開始，兆瓦級別的風力發(fā)電機組設備開始在海上風電場項目之中被安裝運用，其典型案例主要有：（1）瑞典Utgrunden海上風電場安裝并且運行使用了單機運行容量參數(shù)為1.50MW的海上風電機組設備；（2）英國Biyth海上風電場安裝并且運行使用了2臺單機運行容量參數(shù)為2.00MW的海上風電機組設備。

在2001年，全世界范圍之內首個具備商業(yè)屬性的Middelgrunden海上風電場在丹麥哥本哈根附近海域建設形成，其總裝機容量參數(shù)為40.00MW，且安裝配了20臺單機容量參數(shù)為2.00MW的風電機組設備，其年累計發(fā)電量能夠達到1.04億kW·h。

1.2 我國海上風電產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀

從宏觀性視角展開闡釋分析，我國長期擁有數(shù)量充足的近海區(qū)域風能資源要素，在近?？臻g區(qū)域之內，源于海平面粗糙程度處在較低水平，風速湍流度較小，風向相對穩(wěn)定，因此其實際風速通常顯著大于陸地區(qū)域。遵照我國各級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，50.00m高度下的風電設備可裝機容量通常可以達到200.00GW；在水深參數(shù)介于5.00-50.00m的海域空間范圍之內，70.00m高度下的風電設備可裝機容量通?？梢赃_到500.00GW。遵照部分研究工作機構公開發(fā)表的調查研究數(shù)據(jù)，我國海上空間中的風能資源儲備數(shù)量，通常能夠達到陸地風能資源儲備數(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，做好海上風能資源的開發(fā)工作，有助于解決處置我國東南沿海發(fā)達地區(qū)長期存在的能源物資要素供應狀態(tài)相對匱乏問題。

早在20世紀90年代歷史時期，我國就已經(jīng)啟動開展了具備較大規(guī)模的海上風力資源評估分析工作，并且逐步參與推進了與海上風電場相關聯(lián)的應用技術研究工作。受長期存在的政策制度因素、技術性因素，以及經(jīng)濟成本因素的影響制約，我國海上風力發(fā)電事業(yè)的發(fā)展進程長期處在緩慢狀態(tài)。

在2010年7月，我國建設形成了第一個具備較大規(guī)模的大型海上風電場項目，也就是上海東海大橋海上風電場項目，其裝機容量參數(shù)為102.00MW。該大型海上風電場項目的建設形成，在我國海上風力發(fā)電事業(yè)發(fā)展進程中發(fā)揮著里程碑式的重要意義，其不僅能夠為上海市的城鄉(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，還對我國海上風力能源開發(fā)事業(yè)的具體推進過程提供了經(jīng)驗參考。

在2014年-2016年期間，我國海上風電開發(fā)建設項目的總裝機容量規(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個省市。

2 海上風電場船舶及人員智慧調度系統(tǒng)工程建設運作思路

2.1 開展海上風電場船舶及人員智慧調度系統(tǒng)工程建設的重要意義

開展海上風電場船舶及人員智慧調度系統(tǒng)工程建設活動，主要目的在于解決處置海上風電場項目建設工作，以及運行維護工作開展過程中遭遇的如下問題：

（1）海上與陸地之間存在的通信困難問題。

（2）無法掌握海上作業(yè)船舶和人員的實時畫面情況，也無法進行視頻回放和信息查詢等功能。

（3）海上風電場項目的建設、運維船靠人工調度，沒有結合運用AIS、氣象預測等情況，導致海上風電場項目的建設活動、運維檢修活動的計劃性不強，運維成本高。

（4）海上風電場項目的建設、運維過程中，沒有對船舶和人員進行資源管理和定位，無法保障船舶和人員管理安全。

（5）針對海上風電場項目的基礎設施沒有進行統(tǒng)一的管理和監(jiān)測，無法及時獲取當前設施在運行使用過程中的實時情況。

2.2 海上風電場船舶及人員智慧調度系統(tǒng)工程的基本功能

（1）決策支持及建議技術系統(tǒng)：海上風電場項目的施工建設過程與海洋氣象環(huán)境條件直接相關，其中最大的影響因素在于強風因素和波浪因素，根據(jù)施工內容的不同所受到的影響也有一定的差異，技術平臺會遵照接收到的氣象數(shù)據(jù)，針對不同施工內容的作業(yè)窗口期進行推薦，并且根據(jù)施工作業(yè)人員實際的工作內容和時長自動推薦三個可作業(yè)的時間計劃。

（2）人員考勤及安全管理技術系統(tǒng)：人員利用手機定位/掃描張貼在船舶、海上升壓站、風機設備上固定的二維碼，實現(xiàn)對風電場工作人員信息的跟蹤管理，實現(xiàn)出海任務、出海人員的全程跟蹤以及人員日?？记?。同時出海作業(yè)人員配置應急示位標，人員落水時示位標對外發(fā)送AIS求救信號和人員當前位置，系統(tǒng)接收到人員落水消息后會通過系統(tǒng)彈窗告警、監(jiān)控視頻自動跟蹤落水人員、相關人員手機號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)控技術系統(tǒng)：借助于陸基云臺設備對海上風電場內部空間區(qū)域進行監(jiān)控，對重點區(qū)域進行實時直播，并且開啟實時錄制功能，管理員可控制對相關人員/船舶進行跟蹤拍攝，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）船舶管理技術系統(tǒng)（AIS）：系統(tǒng)利用AIS基站，接收風電場過往區(qū)域船舶上報的AIS數(shù)據(jù)以及人員落水示位標的求救信號。劃定警戒區(qū)域，實現(xiàn)船舶監(jiān)控和驅趕，保障風場區(qū)域設施和人員安全。

（5）氣象預報技術系統(tǒng)：調用云臺氣象衛(wèi)星、測風塔以及雷達監(jiān)測的氣象數(shù)據(jù)，可對風場、洋流信息、海洋氣象進行實時顯示和預報。

（6）風場資產(chǎn)管理技術系統(tǒng)：對風場區(qū)域風機、監(jiān)控器、升壓站、內部船舶以及人員出海作業(yè)需要攜帶的工具的管理，便于對風場和人員作業(yè)的有效管理。

（7）監(jiān)測技術系統(tǒng)：實時采集海上升壓站、風機等的當前基本信息和運行情況，便于管理員實時查看風場設備的健康情況。

（8）工單管理技術系統(tǒng)：作用于管理人員向施工作業(yè)人員進行任務的分配，實現(xiàn)人員作業(yè)的出勤管理。

（9）消息管理技術系統(tǒng)：管理員可通過消息系統(tǒng)向目標人員發(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)會自動觸發(fā)警報消息。

2.3 海上風電場船舶及人員智慧調度系統(tǒng)工程設施的基本特點

（1）系統(tǒng)與業(yè)務緊密結合，能夠大幅提高工作效率，緩解人、物力不足的矛盾；同時通過全覆蓋的監(jiān)管，保障人員、船舶和設施安全。

（2）系統(tǒng)功能齊全，借助于多種傳感器監(jiān)控技術手段的相互配合，對危害場區(qū)設施安全的船舶實現(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)選擇運用先進的現(xiàn)代化與智能化處理技術，實現(xiàn)海上風電場場區(qū)內違規(guī)船舶的自動預警，虛警率低，借助于事后軌跡分析及視頻分析為違規(guī)船舶追責提供證據(jù)。

（4）系統(tǒng)基于互聯(lián)網(wǎng)技術為工作人員和船舶提供信息引導，提升運營效率，保障生產(chǎn)平穩(wěn)運行。

（5）可擴展性強，系統(tǒng)采用微服務的軟件架構，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準協(xié)議，接口使用通用化的WebService接口，協(xié)議為適應強、實時性好的TCP協(xié)議，數(shù)據(jù)格式遵守當前國際、國內和行業(yè)的標準，以同一套服務接口實現(xiàn)內建業(yè)務應用、支撐第三方外部業(yè)務應用和未來需擴展的業(yè)務應用，實現(xiàn)真正的開放性系統(tǒng)。

3 結束語

綜合梳理現(xiàn)有研究成果可以知道，風力發(fā)電技術是新能源發(fā)電技術的具體表現(xiàn)類型之一，利用海上風能資源開展發(fā)電生產(chǎn)技術活動，有助于解決和克服陸上風力發(fā)電技術運用過程中的問題和局限性，提升風力發(fā)電技術具體發(fā)展過程中的綜合效能。工業(yè)通信技術是海上風電場基礎技術構成體系中的重要內容組成部分，對于支持海上風電場日?；a(chǎn)技術活動，以及管理活動在具體開展過程中順利獲取到良好收益，發(fā)揮著不容忽視的影響作用。