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大家都说的风电技术进步,到底是什么

2021-04-06 03:36:06


——远景能源副总裁兼CTO王晓宇博士伽利略超感知风机通过实证的方法,掌握风机所承受的真实压力条件和应力边界,利用数字孪生与网络智能形成风机产品的生命周期持续进化技术,用人工智能技术赋能新一代超感知风电新机器。


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大家都说的风电技术进步,到底是什么

风电涉及空气动力、结构动力、仿真、电力电子、电气传动、控制技术、人工智能、新材料等前沿和交叉学科,代表中国科技引领全球进步的方向。

随着“碳中和”目标的提出,中国能源结构将被重塑,新能源即将进入倍增时代。

作为产业和技术革命的制高点,风电不仅肩负着气候变化的艰巨任务,也因其作为世界上最大的旋转机械的结构和动力系统,涉及空气动力、结构动力、仿真、电力电子、电气传动、控制技术、人工智能、新材料等前沿和交叉学科,代表中国科技引领全球进步的方向。

01

基础技术研究和底层逻辑,

是风机智能升级的基石

2021年,风电向平价时代平稳过渡。如何提高自身的竞争力、增加电量,通过技术进步降低度电成本,是领军龙头企业思考的问题。

大家都说的风电技术进步,到底是什么

远景能源副总裁兼CTO 王晓宇博士

伽利略超感知风机 的名称源于伽利略“实证主义”方法论的理性和科学精神,是远景集团CEO张雷对风电新机器的有效践行,是远景创新DNA的传承和升华。

——远景能源副总裁兼CTO王晓宇博士

伽利略超感知风机通过实证的方法,掌握风机所承受的真实压力条件和应力边界,利用数字孪生与网络智能形成风机产品的生命周期持续进化技术,用人工智能技术赋能新一代超感知风电新机器。

但是,如果仅仅把它理解成风机加上软件,或者是风机加上硬件传感器,那就大错特错了。

大家都说的风电技术进步,到底是什么

“我们正面临第四次工业革命,特点是能源系统的技术进步与全社会技术创新变革相辅相成,风电作为高端装备制造业与新材料、物联网、大数据、人工智能等先进技术紧密相联。”王晓宇博士说。

“但还要看到,基础技术研究是历次工业革命的科学源泉,又在历次工业革命中得以发展。脱离了对技术本质的洞察,一切智能手段和技术都是空中楼阁。”

大家都说的风电技术进步,到底是什么

远景能源是全球最早提出智能风机和智慧风场的企业,也是用技术穿透产业链、把风机系统技术的深刻理解穿透到零部件核心技术上做得最极致和认真的企业。

这就是为什么远景的智能风机使用自研的齿轮箱、叶片等关键部件,其产品可靠性和发电量能领先行业的原因。(点击链接查看《远景能源王晓宇博士:技术穿透供应链,风电走进价值重构时代》)

宝马汽车并没有自产变速器,但掌握自动变速器的控制策略、匹配标定等核心技术,具有超强的自动变速器性能和质量管控能力。

汽车发动机的变速比无法覆盖所有车速范围,因此何时变、怎么变、发动机动力如何配合,变速箱控制器最为关键。

可以把汽车的变速箱理解为风机的齿轮箱,汽车的发动机就是风轮。风电机组由叶片、轮毂、主轴、主轴承、齿轮箱、发电机、偏航、塔筒等硬件组成, 每个硬件都连接到工业控制电脑来控制风机

——远景能源副总裁兼CTO王晓宇博士

技术是硬件和软件的结合。

大家都说的风电技术进步,到底是什么

远景从创立之初,就意识到风机设计、核心控制与制造等底层技术的重要性,所以从首台样机开始,通过系统控制器承载远景对产品系统技术的理解,此后一路打开了变频器、变桨系统、发电机、叶片、齿轮箱、主轴承等关键部件设计与制造黑匣子。

硬件与软件协同,通过技术穿透产业链,是“伽利略”超感知系统提升部件和整机系统效率、改善供应链的基础。

02

人工智能赋能超感知风机

多年的基础技术研究和底层技术研发,使得远景的智能风机技术团队,对于风机运行机理有了更深刻的认识。风机信息量的积累,为机器学习、自主决策等人工智能应用提供了必要的前提。

远景自研部件运行数据和测试台架的部件寿命实验,通过数字孪生和网络智能,可以 模拟出风机所承受 真实压力和应力的关系 ,模拟出部件在实验台架上呈现的寿命曲线在风机实际运行条件下的真实演进状态。

——远景能源副总裁兼CTO王晓宇博士

王晓宇博士强调,AI在失效机理模型上发挥价值。模型通过线下台架实验和风机上实际运行迭代,在伽利略系统上进行部署。

在线上对数千台风机时时刻刻进行扫描,实时监控在运风机关键部件的状态、及所处生命周期的具体阶段。提前预警,改变策略,做出决策,防患于未然。

之所以能够规模化应用并产生新的生产力,最重要的原因是物联网技术,远景EnOS TM 为这种实践提供了数字化平台,也是为什么伽利略超感知风机能够知道风机的风险趋势。

大家都说的风电技术进步,到底是什么

伽利略系统实时监控在运风机关键部件的状态

EnOS TM 为其提供了数字化平台

尽管在风机部件上进行的产品线下破坏性实验、或在运实际失效案例仅是少数场景,但是它们被放到运行的数千台风机上采集数据时,能得到数千种不同经历过的场景,验证的目的是闭环管理。

王晓宇说,比如部件寿命模型,线下加速失效验证得到的失效模型,与在运风机缓慢受力的场景有着明显的差异。

所以要将线下失效模型部署到大量在运风机上,通过运行样本标定的验证方法提升模型的准确性和精度,确保风机产品设计输入是实际验证过的数据。

到2020年底,远景能源已在全球各地部署伽利略超感知风机数千台。

王晓宇博士介绍说,目前远景正在推进两方面的应用:一是同机型在不改变风机物理状态的情况下,使风机的使用寿命突破目前的20年时限,甚至超越30年,在更长运行生命周期内实现发电效率最优,持续推低度电成本;

二是在确保风机使用寿命的基础上,基于风机实时疲劳损伤和寿命估计模型,科学合理“消费和呵护”疲劳寿命,延长风机使用寿命,通过增值进而降低度电成本。

(来源:远景能源)

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