“如何與臺風(fēng)并存”是中國海上風(fēng)電發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)，其中便包括風(fēng)機(jī)的通信、控制以及防臺風(fēng)問題，借助“北斗衛(wèi)星通訊方式”，金風(fēng)科技探索出一種可靠、經(jīng)濟(jì)的解決方式。
2022年，搭載支持北斗衛(wèi)星消息的智能手機(jī)問世，具備“捅破天”的衛(wèi)星通信技術(shù)，當(dāng)使用者身處戈壁荒漠無人區(qū)、出海作業(yè)遇險、地震救援等無地面網(wǎng)絡(luò)信號覆蓋環(huán)境時，可通過北斗衛(wèi)星短報文通訊技術(shù)將文字和位置信息向外發(fā)出，與外界取得聯(lián)系，獲取救援。
其實(shí)，早在2020年金風(fēng)科技海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組就用上了“捅破天”的衛(wèi)星通訊技術(shù)。在茫茫大海中沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下，利用“北斗衛(wèi)星通訊方式”遠(yuǎn)程控制海上的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組及配置的抗臺柴油發(fā)電機(jī)，讓其進(jìn)入“抗臺風(fēng)模式”控制風(fēng)機(jī)偏航，最大限度避免臺風(fēng)對風(fēng)機(jī)的破壞，讓機(jī)組在上電前沒有網(wǎng)絡(luò)的情況下也可以應(yīng)對臺風(fēng)威脅。
臺風(fēng)是生成于熱帶或副熱帶海洋面且極速旋轉(zhuǎn)的大氣渦旋，其中超強(qiáng)臺風(fēng)瞬間陣風(fēng)風(fēng)速超過51m/s，具有很強(qiáng)的破壞力。臺風(fēng)對海上及沿海山地地區(qū)風(fēng)電場的影響特征包括極端風(fēng)速、突變風(fēng)向和非常湍流等，這些因素單獨(dú)或共同作用使風(fēng)電機(jī)組不同程度受損。當(dāng)臺風(fēng)造成的瞬時風(fēng)速，湍流強(qiáng)度和入流角超過受損風(fēng)機(jī)的設(shè)計制造標(biāo)準(zhǔn)，將給風(fēng)電機(jī)組的安全運(yùn)行帶來極大挑戰(zhàn)。
登陸我國大陸的臺風(fēng)以臺風(fēng)和強(qiáng)熱帶風(fēng)暴為主，占比達(dá)到20.09%和26.25%，7月-10月是臺風(fēng)高發(fā)期。例如2014年超強(qiáng)臺風(fēng)“威馬遜”，其陣風(fēng)風(fēng)速達(dá)到66.7 m/s，橫掃菲律賓、中國和越南，多個風(fēng)電場發(fā)生嚴(yán)重事故，給客戶和主機(jī)廠家造成極大損失。
“如何與臺風(fēng)并存”是中國海上風(fēng)電發(fā)展面臨的重要挑戰(zhàn)，歐洲也沒有成熟的經(jīng)驗可借鑒。目前海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組安裝完成后，風(fēng)電場的海纜和電力系統(tǒng)并不能第一時間連接到單臺風(fēng)力發(fā)電機(jī)組而使其會在一段時間內(nèi)處于斷電狀態(tài)。此外，在風(fēng)電場運(yùn)營期間也會有定期海纜巡檢或偶然的海纜故障導(dǎo)致的停電維修等需求。在這些時間內(nèi)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組因為失電且離岸較遠(yuǎn)而無法與控制中心進(jìn)行通信。如果臺風(fēng)在這段時間來襲，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組無法受遠(yuǎn)程控制中心的監(jiān)控及控制，將面臨受損風(fēng)險。因此，研究海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組在未上電窗口期的通信、控制以及防臺風(fēng)技術(shù)是中國海上風(fēng)電向深遠(yuǎn)海發(fā)展的迫切需求。
因此，從2020年起金風(fēng)科技就在不斷探索和研究解決這一問題的辦法。我們需要一種可靠的、經(jīng)濟(jì)的通訊方式，且最好不要改變風(fēng)機(jī)主要的硬件和軟件設(shè)計便于遠(yuǎn)程控制，同時還需要現(xiàn)場操作便捷。
通訊方式
海上風(fēng)電離岸較遠(yuǎn)，手機(jī)信號不穩(wěn)定或是沒有無法使用手機(jī)網(wǎng)絡(luò)；能用的通訊有衛(wèi)星通訊方式和電臺方式。通過對北斗衛(wèi)星短報文功能、高軌衛(wèi)星寬帶和海事通訊衛(wèi)星等可靠性和經(jīng)濟(jì)性的綜合對比評估，北斗衛(wèi)星通訊可靠短報文功能通訊費(fèi)用低，非常適合海上“抗臺通訊”場景批量使用。
控制方式
對于風(fēng)機(jī)控制方式可以有兩種方案，一是通過先控制柴油機(jī)后間接控制風(fēng)機(jī)，或者也可以直接控制風(fēng)機(jī)，然后再間接控制柴油機(jī)電源。間接控制風(fēng)機(jī)的方式更具經(jīng)濟(jì)性，同時在控制界面設(shè)置上也盡量保持SCADA界面設(shè)置和風(fēng)機(jī)WEB界面一致，這樣以便于快速開發(fā)而且現(xiàn)場人員操作也上手快。
便捷操作
通過一套北斗接收器與風(fēng)機(jī)和柴油機(jī)控制PLC，現(xiàn)場只需接入電源和通訊線纜，設(shè)備采用快速安裝方式臨時固定，現(xiàn)場操作方便快捷。
通過不同控制方案、通訊方案、設(shè)備選型的對比分析、測試優(yōu)化，最終在2020年底，金風(fēng)科技在三峽陽江沙扒項目首次成功測試驗證。通過增加一套通訊PLC工裝來和機(jī)組及柴油機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。當(dāng)需要機(jī)組動作時，可以從陸上集控中心下發(fā)命令，風(fēng)機(jī)和柴油機(jī)執(zhí)行相應(yīng)的動作，同時還可以監(jiān)控風(fēng)機(jī)和柴油機(jī)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如柴油機(jī)狀態(tài)、功率，風(fēng)機(jī)狀態(tài)、風(fēng)扇、對風(fēng)角度等信息。
金風(fēng)科技的北斗抗臺方案的成功開發(fā)應(yīng)用，填補(bǔ)了國內(nèi)對不帶電情況下機(jī)組的抗臺方案空白，已獲得專利授權(quán)。此方案：
1.完美融合北斗通訊衛(wèi)星短報文通信功能，可以不受天氣及地理位置影響，可以在任何地方對機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制，方便組網(wǎng)。
2.獨(dú)立的便攜式遠(yuǎn)程控制設(shè)備，技術(shù)通用性強(qiáng)，可支撐任何機(jī)組及平臺。此方案不用改變原風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的設(shè)計，只需在使用時安裝在風(fēng)力發(fā)電機(jī)組上，不需要時也可拆除。設(shè)備可循環(huán)使用，節(jié)約成本。
3.獨(dú)立的遠(yuǎn)程控制軟件，通過北斗衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)直接控制遠(yuǎn)程抗臺設(shè)備，不用改變原風(fēng)力發(fā)電機(jī)組和柴油發(fā)電機(jī)組的程序，可以集中控制，方便操作。
目前該項技術(shù)已在4個海上風(fēng)電項目，超過100臺海上風(fēng)力發(fā)電機(jī)組投入使用，在2021-2022期間成功規(guī)避了多個臺風(fēng)威脅。例如2021年第18號臺風(fēng)“圓規(guī)”過境廣東期間，金風(fēng)科技機(jī)組通過北斗控制設(shè)備遠(yuǎn)程啟動備用柴油發(fā)電機(jī)，在不依賴電網(wǎng)的情況下，提前控制風(fēng)機(jī)進(jìn)入“抗臺模式”，實(shí)施偏航等一系列抗臺動作，成功避免了臺風(fēng)對風(fēng)機(jī)產(chǎn)生破壞性損傷。
目前，“北斗抗臺”方案除了在抗臺策略上應(yīng)用之外，也已經(jīng)拓展到金風(fēng)大兆瓦海上機(jī)組抗渦等其他方面，技術(shù)通用性強(qiáng)。通過這個擴(kuò)展應(yīng)用，我們可以大幅減少特殊工況下人員出海維護(hù)作業(yè)的需求，減少人員安全風(fēng)險的同時也降低了運(yùn)維成本。
北斗抗臺方案是一次成功的跨界技術(shù)融合創(chuàng)新的嘗試，受到行業(yè)類同行及業(yè)主的高度認(rèn)可，為行業(yè)在此類問題的解決上提供了一個很好的思路啟發(fā)。未來，在深遠(yuǎn)海海上風(fēng)電項目上，此類應(yīng)用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)方案將會擁有越來越多的應(yīng)用場景，比如遠(yuǎn)海漂浮式風(fēng)機(jī)水文監(jiān)測、機(jī)組振動監(jiān)測、運(yùn)輸監(jiān)測、人員安全監(jiān)測等。海上環(huán)境瞬息萬變，未來一定還會有更多未知的問題在等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)，去探索，去解決。只要堅守一顆不斷創(chuàng)新的初心，我們一定能看到大海中更美麗的風(fēng)景。
