超高海拔光伏设备全生命周期智能管理与维护

国家电投乡城县兴川新能源投资开发有限公司 沈兴林

中国电建集团北京勘测设计研究院有限公司 史跃洋 茹阳阳 凌 磊

大力发展可再生能源已成为全球能源革命和应对气候变化的主导方向和一致行动。近年来，光伏发电作为重要的可再生能源发电技术取得了快速发展，在很多国家已成为清洁、低碳并具有价格竞争力的能源形式。2020年，全球新增光伏发电装机1.27亿kW，累计装机规模达到7.07亿kW。“十三五”期间，在产业规模快速扩大的带动下，我国光伏发电技术取得快速发展。为实现碳达峰、碳中和目标，到2030年我国光伏发电装机需要达到9亿～10亿kW，光伏发电在迎来空前发展机遇与发展空间的同时，也面临诸多挑战。

不同于水电站，光伏电站分布范围较广，具有大量相似甚至相同的设备，且基本运行于室外环境，尤其是高海拔地区如川藏地区，给现场设备管理和维护带来较大的难度和风险。2021年，国家能源局等部门共同发布《智能光伏产业创新发展行动计划（2021-2025年）》明确提出，智能光伏产业生态体系建设基本完成，与新一代信息技术融合水平逐步深化的整体目标。信息化的发展要求和互联网、物联网技术的发展为光伏电站设备、物资管理提供了新的管理方式和理念。

无论是施工期还是运维期，传统的设备管理与维护大都依赖于人工管理，耗费大量人力、时间整理和保存相关资料和台账，出错率高且资料易损毁、丢失。此外，传统的管理方式最大的弊端在于施工期设备信息与运维期设备信息的割裂，无法在运维期快速获取施工期相关数据[1]。基于此，本文基于BIM技术、互联网等技术，提出设备的全生命周期智能管理与维护方法和手段，并依托川藏某光伏电站开发超高海拔光伏电站设备全生命周期智能管理平台[2]（以下简称“智能设备管理平台”），有效解决工程现场设备管理存在已久的弊病，为光伏等新能源行业提供一种信息化管理理念。

1 全生命周期智能化设备管理关键技术

超高海拔光伏电站设备全生命周期智能管理平台通过编码技术、BIM技术以及设备全过程跟踪技术，再结合视频监控技术，实现工程现场对设备的全过程监控与信息应用。

1.1 编码技术

设备自设计至服役结束，不同阶段涉及不同的技术人员和管理人员。KKS是一种根据功能、型号和安装位置来明确标识发电厂中的系统、设备、组件和建构筑物的编码体系，由工艺标识、地点标识和位置标识三部分编码构成。考虑到KKS编码专业性较强，对于施工期工作人员来说使用难度相对较大。为实现信息无缝衔接和共享，本文设计自定义和KKS双编码机制，设备自录入系统便自动生成自定义唯一编码，无须人工介入，通过该编码可关联设备监造、运输、施工等全部信息，同时专业人员可在任意时间编辑、完善KKS编码并和自定义编码关联，结合数字化移交便于运维阶段专业人员通过KKS编码对设备进行管理和获取设备施工期阶段数据和信息。

1.2 BIM技术

BIM既是技术也是一种管理方法，其信息的动态性和完备性是实现模型实体和物理实体一致性的关键。以BIM为纽带，将模型和抽象信息关联，实现业务数据的具象化、可视化表达，降低信息获取、传递和再加工的难度。本文通过编写模型处理脚本，自动重命名模型，保证不同版本相同模型的名称一致不变，从而保证不同版本的模型能够继承与业务数据的关联性。

1.3 设备全过程跟踪技术

对设备的管理、信息的丰富往往从入场开始，设备的生产监造和运输过程信息通常会被忽略，导致无法形成完整的、全生命周期的设备信息。在设备生产、监造前生成设备的唯一自定义编码，通过扫码补充设备生产监造信息；同时接入快递查询接口，将设备编码和物流信息绑定，即时更新设备的运输状态、位置和预计到场时间，现场工作人员可合理安排仓储位置，提高现场的管理秩序和效率。设备入场后，通过扫码补充安装、施工、运行、维护等信息，实现设备全过程跟踪和形成完整的信息记录。

2 施工期及运维期设备管理要素及逻辑

本文通过对光伏等新能源项目设备物资各阶段业务逻辑研究，研发智能设备管理平台，以设备唯一编码串联各阶段设备的各类信息，实现设备的各类过程信息的全程追溯，可快速查看设备的各阶段、各类信息如加工监造、运输、采购、供应商、安装、维修及保养信息等内容。各阶段设备物资管理要素及应用流程如图1所示。

图1 各阶段设备物资管理要素

2.1 采购期设备管理要素

无论是施工期还是运维期，采购管理是设备物资管理的重要环节。采购管理是对供应商、需求计划、采购计划、采购策略、采购订单、采购付款的管理以及与整个采购环节相关联的核心业务处理流程进行管理，采购的设备清单确定后即可生成设备自定义唯一编码和二维码，该编码是智能设备管理平台关联其他数据的核心。采购期设备物资二维码管理如图2所示。

图2 采购期设备物资二维码管理

2.2 监造运输期管理要素

监造运输期间的设备信息管理的关键在于信息的获取和及时更新。为降低生产厂家和运输公司的负担，同时最大化收集信息，生产监造期间，生产厂家可通过手机App填写设备生产监造、调试、质检等信息，设备具备出厂条件后，将二维码贴于设备上；运输前，运输公司可通过手机扫码将物流单号和设备绑定，系统自动通过物流单号更新运输信息。

2.3 施工期设备管理要素

光伏电站由多个地块构成，呈片状分布，相较于水电站施工期较短，无须专门建立仓库，通常在安装地就近妥善安置。施工期间设备流动性较大，堆放场的灵活调配、设备的验收、出入库与盘点以及施工期信息的关联是关键。现场管理人员可借助GIS地图选择堆放点，同时结合视频监控，随时掌握施工现场堆放点的实际情况，方便随时调配，提升现场转运效率。

设备运抵现场后，现场管理人员可通过扫码对设备进行验收，同时可勾选同批次其他设备，实现批量验收；满足验收条件的设备，可直接入库，系统平台自动获取本批次设备数量同时计算同类型设备库存数量，通过系统的自动计算，降低出入库和盘点的出错率。施工期间，无论是任何业务数据，如进度、质量、安全等数据，可通过设备编码与其他业务数据关联，并以BIM为依托，实现设备精细化数据的可视化和施工期设备的精准定位。施工设备及数据可视化如图3所示。

图3 施工设备及数据可视化

2.4 运维期设备管理要素

不同于施工期，运维期有专门的仓库或储物间放置运维设备、物资，光伏电站运维期常用的设备物资一般包括安全工器具、常用工器具、仪器仪表、劳保防护用品、安全设施、应急和救援物、办公用品、物资运维车辆，以及从建设期间移交过来的产品资料、备品备件等物资。在运维期，除采购管理外，设备物资管理涉及验收与出入库、编码管理、仓储及仓储环境监测三个方面[3]。

不同于设备施工期的出入库，运维期设备入库时需选择对应仓库和货架，出库时可快速定位位置；运维期对编码的管理以KKS编码为主，运维人员需补全KKS的工艺相关标识、安装地点标识和位置标识，从而将自定义编码和KKS编码绑定，自定义编码关联了施工期的各项信息和数据，从而实现施工期和运维期的信息融合。通过建立仓储和货架BIM模型，并集成仓储环境监测数据，可将仓储温度、湿度、烟雾等数据可视化。运维期设备可视化如图4所示。

图4 运维期设备可视化

3 结论与展望

本文重点研究超高海拔光伏电站全生命周期设备物资管理业务与逻辑，同时应用编码技术、互联网技术以及BIM技术，研发了超高海拔光伏电站设备全生命周期智能管理平台，通过双编码机制实现设备全生命周期各类信息的关联，满足各阶段各类管理人员的信息查询和共享需求；通过建立运维期仓库及货架的BIM模型，并关联仓储环境监测数据，实现运维期设备存储和监测数据的可视化。

后期，在运维阶段可进一步监控仓库的能源消耗，建立仓库能源消耗大数据模型，联合自动化温湿度控制系统和通风系统，以错峰用电和智能控制形式，进行自动化和数据化的库区能源监测管理，进一步提升设备物资管理智能化。