石油圈
海上風能在初期發展階段就應該建立數字化思維，以便隨著其普及程度的提高而充分發揮其潛力。
編輯 | 大安
COVID-19給全球經濟造成巨大沖擊，企業需要重新考量產業多元化發展的必要性。石油市場一片狼藉，眾多油氣公司現在被迫向海上風能等相近且具有廣闊發展前景的基礎設施市場擴張。
海上風電市場概述
市場的變化趨勢，正在為海上風電發展匯聚能量。隨著國際油價持續下跌，風力發電量超過水力發電量，這也是可再生能源發電量經常超過煤炭發電量的主要原因。預計2020年至2025年間，風電市場將增長7.9%左右。根據國際能源署IEA的統計數據，海上風力發電能力預計將增加15倍，到2040年將成為一個價值1萬億美元的產業。政府的優惠政策、風力發電項目投資增加、氣候變化對可再生能源的需求以及風力發電成本降低都在增強對可再生能源的需求。
海上風能項目具備獨特的吸引力，這源于風力更強勁、可預測性高、HSE風險更低以及來自當地社區的阻力更小。海上風能確實是一個“不在我家后院”的解決方案。
圖1 數據雙子星技術將是海上浮動風電場遠程操作的必要條件。（消息來源：Aker Solutions公司）
海上風電哪家強？
歐洲的海上風能開發較為成熟，Equinor等歐洲能源公司在海上風能開發方面非?；钴S。在美國，羅德島州布洛克島的第一座海上風力發電廠投入運行，為美國社區提供電力。海上風力發電廠預計會得到迅速發展，因為開發商正在排隊建造第一批加州海岸的風力渦輪機。
機遇與挑戰并存，海上風力發電廠的設計、建造與維護等方面還存在諸多技術難題需要攻克。
海洋是地球上最活躍、最強大的力量，建造海上風力發電廠需要把500多英尺高的陸上風力渦輪機“移植”到海上。具備相關工程經驗的供應商必須聯合攻關，群策群力商討出最富有彈性和效率的解決方案。由于海上建造環境的特殊性，原型設計昂貴且危險。在項目設計階段，必須借助數字模擬手段實現建造風險最小化并增加運營利潤。
面對海上油氣開發商近百年來一直在試圖征服的廣袤海洋，風能開發商希望能充分挖掘海上風電所帶來的豐厚財富。誰更適合與風力工程專家合作，領導海上風電項目從可行性研究推進到實質性建設?
風能投資和生產熱潮也推動了運營和維護（O&M）支出的急劇增長。事實上，據估計，2030年風能行業的年度運營管理支出將達到75億美元，比2018年增長50%。與社區健身房一樣，風電場的收入增長也伴隨著越來越多的損耗。在初始投資之后，盈利的主要驅動因素是優化維護成本。這使得智能維護成為整個項目生命周期盈利的一大驅動因素。
總體而言，目前海上風電項目進展未能始終按照模型預測的方向“前行”。運營商對大規模海上風電場的認識還不夠深入，通過持續優化工程、布局和運營，還可以獲得諸多好處。
解決挑戰
目前，海上風能開發還未建立完善的數字基礎設施來應對這些挑戰，因為數據存在于豎井中，供應商和運營商之間無法實現數據共享。運營商欠缺必需的工具，無法實現資產的最優化運營。
因此，行業必須通過數據共享和情境化來全面實現數字化，從而實現遠程操作、優化維護和降低生命周期成本。油氣行業內通過數據共享和情境化，有力提升了運營績效，這將為新能源領域提供可參考性解決方案。
例如，DataOps/Fusion將維護記錄和工程圖紙與系列資產運行數據的完整視圖聯系起來，使監管人員能夠遠程優化資產維護活動。
眾所周知，數據模型可用于從預防性維護常規程序（以預定頻率不必要地更換零件）過渡到預測性維護例行程序（在即將發生故障前及時更換零件）。不得不承認的是，由于資產的物理復雜性、對數據豎井的依賴以及模型對少數失敗案例的過度擬合，這些模型往往無法實現規?；?。
對DataOps的投資將使風電運營商能夠全面查看數據和綜合建模，進而從數據中攫取更大價值。
總的來說，數字化可以通過收集從概念到運營的數據，大幅節省資產生命周期成本。通過數據共享與管理應用，可以實現以絕對最優的方式構建和經營這些資產，幫助運營商穩步擴大業務規模并建立可持續化的業務流程。
新一代數字風能解決方案
Cognite公司和Aker Solutions公司最近收到加州能源委員會的專項政府撥款，用于研發新一代海上風能綜合性數字化解決方案，通過實時數據流監控海上浮動風電場的運行狀況及其對環境的影響。
Cognite公司計劃提出的數字解決方案之一是應用數字雙子星技術（digital twins）。由于與陸地風力類似的渦輪機只是整體資產的一個組成部分，海上風力發電仍然面臨著一系列的獨特挑戰。因此，必須著重考慮數字雙子星技術，包括結構頂部的渦輪機、系泊設備、潮流和始終存在的“頑固”天氣威脅。
由于操作環境的復雜性，浮動海上風電基礎結構建設仍處于初期探索階段。盡管面臨著很多技術難題，但支持可再生能源發展的計劃仍在持續推進之中，這些地區的水運風力資源豐富，但由于深度太大，無法在海底安裝渦輪機。
雖然目前已有一些技術原型，但全面研究海上浮風實際情況的可用數據來源有限。因此，有必要應用Cognite Data Fusion技術開展模擬，可獲得很多益處。
包括：實現遠程數據訪問并優化20英里外海上現場作業決策；幫助現場操作人員隨時輕松掌握所有相關數據；Digital twins技術能夠遠程監控并為人員提供新型數字工具，提升價值并擴大影響。
圖2 要想全面了解海上浮動風電場的情況，需要融合眾多復雜、相互依賴的設備和現象的數據。（來源：Aker Solutions）
案例研究
最近，Cognite已經在應用數字雙子星技術來解決維護和優化問題，并為一個客戶的海外生產資產建立了一個全面的數字孿生系統，然后將豎井內的工業數據投入運營。這個強大的數字雙子星融合了3D設計模型、現場實時序列數據、設計資料、維護數據等方面信息，成功創建了一個數字化案例。
這項技術已經快速配備了50多項應用程序，目的是實現個體產品最優化和節約維護成本。預計到2020年年底，每年將獲得超過7000萬美元的價值。
能源行業市場日趨活躍，企業領導必須注重投資并適應數字技術發展，利用創新技術充分挖掘數據與數字化的優勢。能源公司必須技術挑戰具備預見性，釋放盈利能力，用數字工具增強員工的工作能力，提升技藝水平，跟上數字化技術發展速度并駕馭它。
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