海上风电用海数字化管理系统设计与实现

吕 林 ， 崔丹丹 ， 陈艳艳 ， 张 锋

1.江苏省海域使用动态监视监测中心 江苏 南京210017

2.自然资源部滨海盐沼湿地重点实验室 江苏 南京 210017

海上风电因其清洁低碳、靠近沿海地区用电负荷侧、消纳方便，在“碳达峰、碳中和”中的重要作用愈加凸显，发展海上风电被视为我国能源结构转型的重要战略支撑。江苏近海海域广阔，海底地形平坦，潮间带和近海海域80 m高度内平均风速在7.5 m/s左右，海域风能资源丰富，海上风能开发利用潜力巨大。江苏的如东、大丰、启东、东台、响水、滨海和射阳等沿海地区，具备良好的风能资源开发利用条件，已成为我国海上风电发展的重点区域。“十三五”期间，随着海上风电管理政策的支持和风力发电技术的不断发展，江苏海上风力发电发展迅速。截至2021年底，江苏共批准了54个海上风电用海项目，确权用海面积约1.7万hm2，海上风电累计并网1 183.5万千瓦，成为“海上风电第一大省”。

“十四五”期间我国海上风电将迎来高速发展，江苏将推进深远海风电试点示范和多种能源资源集成的海上“能源岛”建设，支持探索海上风电、光伏发电和海洋牧场融合发展，着力构建未来海上风电盈利新模式，预期累计装机1 400万千瓦，为海上风电高质量发展探索出一条新路径。随着海上风电用海项目逐步增多，如何科学管理分析海上风电用海数据，科学评价海上风电对资源环境的影响显得愈发重要。

针对国内外海上风电系统的发展，许多学者都有过相关研究。欧洲的丹麦、德国和法国等，都是较早发展海上风电的国家，海上风电作为新能源的代表，也被这些国家作为实现“碳中和”的重要手段[1-3]。有的学者应用信息化手段开展了海上风电控制策略及选址方面的研究[4-5]。我国海上风电的发展也从规模化向质量发展转变[6]，有的学者针对我国风电发展存在的问题给出了相关建议，如完善风电规划、创新管理制度、制定行业标准以及技术研究等[7]，为全国海上风电健康发展提供了思路。也有学者对海上风电信息化管理系统建设开展了研究，设计了生产管理和智慧运维信息化平台[8-9]。但是，随着海上风电用海项目急剧增加，海上风电布局与装机总量发生巨大改变，亟须通过信息化手段高效管理海上风电用海项目。本文从系统建设目标、总体设计及系统功能出发，讨论了海上风电数字化管理系统项目需要实现的资料管理、数据可视化、分析评价等功能，以期促进江苏乃至全国海上风电产业平稳、健康、可持续发展。

1 建设目标

基于江苏省海洋综合管控系统，利用数据可视化、GIS空间数据管理、二三维一体化、数据库管理等技术，汇聚海上风电现状调查、地形调查、资源生态调查等各类数据，建立海上风电管理综合数据库，实现海上风电多源数据的统一管理和叠加展示、查询与浏览、分析与挖掘，从而直观可视、准确地掌握江苏省海上风电用海现状情况，为海上风电场规划、建设和运营管理，降低海上风电场建设的资源生态影响，促进江苏省海洋经济高质量发展提供信息化服务支撑。

2 总体设计

海上风电数字化管理系统建设遵循江苏省海洋综合管控系统的系统架构、接口标准及集成等技术要求。系统采用B/S架构，数据库采用关系型数据库，利用GIS平台空间数据库引擎进行存储、管理和操作。为保证系统的可扩展性，系统通过组件式架构建立，开发一个全面符合SOA体系标准的组件化的信息系统，将业务应用组件化，使其服务功能化、功能模块化、模块松散化，最终实现服务的便捷可重组。将资料管理、地图管理、分析评价等业务抽象成若干“业务组件”，这些业务组件之间通过“内部服务总线”进行集成，各业务组件之间松散耦合，确保维护、升级不会相互影响，提高业务系统的可维护性，独立的数据交换架构会给各应用子系统的开发、维护、升级等带来极大的便利性。系统通过应用前端浏览器缓存、IIS应用层缓存、数据层缓存等3大类缓存技术实现高速缓存，大幅度提高海量数据的处理能力，减少处理时间，提高系统的运行效率。

图1 系统总体框架图

（1）网络传输层：系统基于海洋信息网环境运行，各类数据通过海洋信息网进行传输，用户通过海洋信息网访问系统。

（2）数据管理层：采用硬软件设备对基础地理数据、海域管理数据、海上风电现状用海数据、监测数据以及评价分析数据进行统一存储与管理。

（3）中间服务层：通过地图发布、数据同步、空间分析、身份验证、单点登录等服务为系统功能调用提供技术支持。

（4）业务应用层：提供已建的个人门户、决策支持，以及新建的海上风电一张图、海上风电调查成果管理、海上风电统计分析等功能应用，为自然资源主管部门及相关技术人员提供数据与技术服务。

（5）用户层：系统用户是江苏省省、市、县三级自然资源主管和技术服务部门等机构。

图2 数据库总体结构

3 系统功能

依据海上风电用海现状及业务管理需求，系统以海上风电监测和分析评价业务为主，包括项目资料、地图管理、分析评价等功能，利用一张图、大数据、GIS等手段进行专题分析和数据挖掘，通过可视化方式反映海上风电的用海情况及对生态资源环境的影响。

3.1 资料管理

资料管理主要是对海上风电审批、建设过程中涉及的海域论证、审批、跟踪监测等资料进行统一管理，实现海上风电项目位置、用海类型、用海方式、用海面积、审批状态、建设状态、装机容量、年发电小时数、投资额及相关附件资料的查询统计。

3.2 地图管理

基于统一的基础地理空间参考，以矢量图、影像图、三维地图等作为数据本底，以地图服务的形式通过整合关联，分类分层地叠加和识别海上风电用海项目建设现状等各类海上风电空间数据和属性数据，实现包括风电用海现状调查情况、风电项目建设前后情况、风电场地形地貌情况、资源生态调查情况的一张图展示。

图3 总体结构功能图

图4 项目信息

图5 综合展示页面

图6 二三维地图

3.3 分析评价

《海上风电开发建设管理办法》要求，海上风电离岸距离不少于10 km、滩涂宽度超过10 km 时海域水深不得少于10 m，海上风电场址不能设在航线、海洋生态红线区等区域。系统可分析海上风电场址与周边用海、海洋功能区划、海洋生态红线、航线的位置关系以及离岸距离、水深等信息，为海域使用审批管理提供辅助工具。

图7 浮游动物生物多样性变化情况

图8 水下地形冲淤变化

江苏《海上风电项目海域使用后评估报告编制参考大纲》提出，资源生态影响评价内容包括风电场建设前后风电场地形变化、海洋生物资源变化、鸟类以及其他资源变化等情况。根据海上风电后评估结果，采用折线图、柱状图、地图等多种方式，展示海上风电场建设前后的水质、水下地形、生物多样性等指标的分析评价结果，实现对海上风电用海分析评价结果的可视化统计分析。

图9 沉积物环境要素空间分布

4 结语与展望

海上风电数字化管理系统作为规范管理海上风电用海的重要手段，为节约集约用海、科学评价海上风电对资源生态的影响提供了信息化平台。系统在满足海域管理部门业务需求的同时，也服务于用海企业、监管部门和评估单位，实现了数据资源共享。本研究是在已有的工作基础上进行的归纳和总结，后期将进一步深化海上风电数字化管理内涵，规范数据标准，挖掘数据之间的关联，为各级管理部门科学管理海上风电提供辅助决策参考。