Предиктивные мегаватты. На горизонте - ветроэнергетика без внеплановых ремонтов

Можно ли повысить выработку существующей ветроэлектростанции, не приобретая дополнительного оборудования? Эксперты американской компании Uptake, специализирующейся на системах анализа больших данных, уверены, что можно, поскольку оборудование эксплуатируются далеко не оптимальным образом.

По оценке аналитиков консалтинговой фирмы DNV GL, в США в 2016 г. ветрогенераторы работали в среднем 94% всего времени, то есть за год накапливали больше трёх недель простоев. Ещё один впечатляющий факт сообщил старший консультант фирмы MAKE Consulting Аарон Бэрр: около 60% всех расходов на техническое обслуживание и ремонт (ТОиР) у типичного оператора ВЭС приходится на незапланированные ремонты. В Uptake считают, что среднюю долю простоев возможно снизить до 1% (а каждый выигранный процент в масштабе США означает дополнительные 2,4 ТВт·ч электроэнергии) за счёт применения предиктивной (предсказательной) аналитики в управлении ТОиР.

«Мы, - объяснил глава направления глобальных энергетических решений в Uptake Сонни Гарг, - умеем учитывать данные не только от сенсоров турбины и от системы SCADA, но и от программ производственного управления и инвентаризации. Умеем соотносить неисправности с историей эксплуатации и ремонта оборудования. Мы научились определять причину проблем и рекомендовать решения. Всё это помогает продлить интервалы бесперебойной работы оборудования и сократить время, нужное для его ремонта. Ещё не забравшись на башню, техники уже имеют диагноз и план действий, что позволяет им сразу взять с собой необходимые инструменты и провести ремонт за один приём».

Немалый выигрыш для владельцев ВЭС обещает использование аналитики непосредственно при управлении турбинами. В прошлом выпуске «Энерговектора» уже сообщалось о разработке учёных Техасского университета в Далласе, которая позволяет увеличить выработку электроэнергии на 6-7% (см. № 9/2018, с. 13). Учёные предложили две стратегии оптимизации: настраивать параметры независимо для каждой отдельной турбины ветропарка или для всех турбин сразу. Анализ алгоритмов управления, основанных на точных метеопрогнозах, показал, что выбор наилучшей стратегии должен определяться характером ветра. При применении второй стратегии выработка электроэнергии будет несколько выше, чем при применении первой, но для выхода на оптимальный режим потребуется больше времени. Поэтому второй вариант хорош только при ровном ветре, а когда он переменчивый, предпочтителен более простой первый вариант. Он, кстати, тоже даёт выигрыш в эффективности.

Ещё одно приложение аналитики - прогнозирование выработки ветровой энергии, причём не только при проектировании новых электростанций или планировании модернизации старых, но и для решения текущих задач, таких как балансировка мощности и защита энергосетей от перегрузок. Например, Крис Кросби, глава компании OSIsoft (специализируется на разработке аналитических программных решений для ветро- и атомной энергетики), сообщил, что испанская энергокомпания Iberdrola Renovables ежемесячно экономит около 3 млн долл. благодаря аналитической системе OSIsoft PI. Каким образом? Ранее предельная мощность, при достижении которой начинали останавливать турбины, задавалась отдельно для каждого ветропарка Iberdrola. Сегодня система объединяет данные по всем ветропаркам, помогая избежать лишних потерь.

Вернёмся к ТОиР. Аналитические системы для оптимизации этого процесса предлагаются как независимыми разработчиками программного обеспечения, так и производителями ветрогенераторов, включая лидеров этого рынка: GE (ПО Predix), Vestas (ClearSight), Siemens (Winsight360). «Они действительно находятся в выигрышном положении, - объясняет Сонни Гарг из Uptake, - потому что у них изначально есть данные по всем компонентам ветровых турбин, используемым в производстве». Однако он считает, что совмещение двух видов бизнеса неизбежно порождает недоверие со стороны заказчиков. «Если, - говорит Гарг, - производитель ветроустановки выдаёт клиенту рекомендацию отремонтировать её трансмиссию, то возникает вопрос мотивации - он стремится предотвратить поломку оборудования или увеличить продажи запчастей? И вне зависимости от истинной причины конечные цели у производителя оборудования и оператора электростанции разные».

Кроме того, оборудование ВЭС не всегда единообразно. Крис Кросби рассказал, что один из клиентов компании OSIsoft эксплуатирует турбины восьми разных производителей. Стоит также отметить, что поставщики энергооборудования не всегда предоставляют своим заказчикам его подробные спецификации - всё определяется условиями конкретных контрактов.

Так что спрос на решения от независимых разработчиков существует. Компания Uptake в марте 2017 г. подписала десятилетний сервисный контракт со вторым по величине ветроэнергетическим оператором США Berkshire Hathaway Energy (эксплуатирует турбины GE, Siemens и Mitsubishi). А ветрогенерирующая компания NextEra Energy для ранней диагностики неполадок трансмиссии использует технологию DigitalClone от независимого разработчика Sentient Science.

В 2014 г. датский оператор Dong Energy (ныне Ørsted) стал клиентом OSIsoft и приступил к внедрению нового на тот момент программного комплекса - PI System в связке с картографической системой Esri ArcGIS. Цель проекта - удешевить обслуживание офшорных ветроэнергетических установок, которое обходилось Ørsted в 15 с лишним раз дороже, чем обслуживание турбин, установленных на суше. К 2020 г. компания рассчитывает сократить число внеочередных визитов сервисного персонала к каждой морской турбине с четырёх до двух в год, обеспечив таким образом ежегодную экономию 20 млн евро.

Необходимо сказать несколько слов и о GE. Её программная система Predix создавалась не для решения каких-либо конкретных задач, а как универсальная платформа для сбора и анализа данных от всевозможного промышленного оборудования. Платформа является открытой, то есть приложения для неё могут создаваться (и создаются) не только самой компанией GE, но и независимыми разработчиками. Эти решения охватывают самые разные отрасли, и ветроэнергетика - лишь одна из их огромного числа. Благодаря такому подходу GE может поддерживать работу оборудования сторонних производителей точно так же, как и своего собственного.

В минувшем августе GE Renewable Energy (подразделение GE, специализирующееся на оборудовании для солнечных и ветровых электростанций) подписало долгосрочный контракт на предоставление комплекса цифровых услуг по поддержке процессов ТОиР и удалённого управления с энергокомпанией TerraForm Power. Это крупный североамериканский оператор ветропарков, эксплуатирующий в США и Канаде более 900 ветровых турбин нескольких разных производителей. Контракт предусматривает централизованный мониторинг турбин и их обслуживание в соответствии со стандартами NERC/FERC, включая требования CIP (Critical Infrastructure Program) версии 5. Также будет предоставляться несколько дополнительных услуг, включая сертификацию по NERC, ремонт лопастей, поставку запчастей для оборудования как GE, так и других производителей, обновление имеющихся систем инвентаризации и заказа, предоставление документации и проведение тренингов для персонала заказчика.

В TerraForm рассчитывают, что соглашение с GE в 2019 г. принесёт компании дополнительно (по сравнению с 2018 г.) 20 млн долл. только за счёт снижения расходов, то есть не считая роста выручки от увеличения продаж электроэнергии. «Это очень важно, - отмечает Викас Ананд, возглавляющий бизнес наземной ветрогенерации GE Renewable Energy на территории Америки. - Мы работаем над тем, чтобы увеличить доходы, сократить затраты и снизить риски для клиента».