主頁 > 軸承知識(shí)

區(qū)塊鏈概念在風電運維中的應用

2019-01-30

（來源：斯凱孚中國）

　　01　風能利用現狀
　　在過去的20年，人們對可再生能源的重視程度和利用能力得到快速發(fā)展。截止2017年底，全球風電累計裝機量達539GW，我國風電裝機則達到188GW，如圖1。按國家能源局十三五規(guī)劃，風力發(fā)電將在2020年達到210GW^[1]。根據國家統(tǒng)計局Z新數據，2018年1-11月累計風力發(fā)電量達到2897億千瓦時，同比增長15.7%，占總發(fā)電量的4.7%，位居第三大能源來源^[2]。風力發(fā)電裝機規(guī)模快速增長，對風電的可靠運行也提出了更高的要求。

　　02　風電運維痛點分析
　　由于風電場多分布在風資源較好的山地、高原或沿海，每個風場由若干臺風電機組和升壓站（控制室）組成，日常除遠程監(jiān)控以外，維護工作需要在幾十米至百米以上的高塔上進行，維護難度大。

 　　風電機組本身是由空氣動力系統(tǒng)、機械傳動系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成的復雜機器，惡劣的運行環(huán)境及復雜的機器結構與有限的運維力量之間的矛盾日益凸顯。

　　根據國家能源局的相關風電建設和項目競爭指導方案，未來風電上網電價將逐漸走低，除棄風限電等因素以外，如何保證風電的機組長期穩(wěn)定高效的運行成為風電企業(yè)優(yōu)勝劣汰的關鍵因素。

　　在此大背景下，很多人將目光聚焦到風場精細化管理，試圖依托大數據分析等手段，為機組的可靠運行提供保障。毋庸置疑，風電場每天通過SCADA錄取海量數據，這些數據涵蓋風場運行的方方面面，對其加以合理分析和研究有望為風場運維提供決策依據。然而，大量的歷史沉淀數據目前并未得到有效的開發(fā)和利用，如何對歷史數據進行歸納和整理，如何提煉有效數據作為分析對象進而指導運維，都對相關算法和算力提出了前所未有的挑戰(zhàn)。

　　海量數據通常存儲于企業(yè)的各級服務器，與之匹配的運維日志散落各處，收集難度大，數據的可利用程度不確定。另一方面，面對海量數據可能蘊藏的巨大價值，風電運營企業(yè)不能直接公開他們所持有的數據。而那些可以提供數據分析的企業(yè)要依托自身積累的寶貴經驗和相關自有數據迎接算法開發(fā)過程中的巨大挑戰(zhàn)，也無法將自己的數字資產公開，更別提算法的驗證和迭代。

　　究其根本，在沒有產生實際效果之前，我們無法量化大多數數字資產的價值，其次，數據和算法的短暫單一交互很難保證為雙方創(chuàng)造出明顯的商業(yè)價值。這急需一種長效機制解決諸多瓶頸問題。

　　03　區(qū)塊鏈技術的應用
　　那么是否有辦法運用目前非常流行的區(qū)塊鏈概念和底層技術來解決這對“數據分享”的矛盾呢？從根本上來講，風電運維中的數據分享難題其實就是交易和價值確認的難題。那么，一種“加密的分布式記賬技術”，即區(qū)塊鏈就是為了針對性的解決這個問題而被引入到風電場運維價值鏈之中。

　　之所以以價值鏈為基礎，是因為目前風場運維的具體活動無法以數字化的形式來體現風場運維活動無法全部數字化。機械系統(tǒng)的具象性、具體運維人員和工序的物理性導致在具體工作中許多數據的缺失和遺漏。還有備件供應商以及在風場背后的諸多金融和保險機構，加之相關的管理條例和部門之間的協調，造成了信息和數據的不協同。雖然這些應用和條件與現有成熟的區(qū)塊鏈應用迥然不同，比方說時下大熱的“比特幣（bitcoin）”，但是殊途同歸，由于兩者前提的一致性（交易和價值確認），所以將區(qū)塊鏈底層技術運用于風場運維是一個可取的選項。

　　首先，我們需要了解區(qū)塊鏈的三種基本類型：
　　1.以比特幣(bitcoin)為代表的“公共鏈”（Public blockchain），具備典型的去中心化特質，可以直接由不同的利益相關各方來交換各自的數據（價值）。
　　2.為了避免隱私問題，產生了背離這種去中心化特質的“私有鏈”（Private blockchain），這種鏈一般在私有組織內部使用。
　　3.介于以上兩種鏈之間，被寄予厚望的“聯盟鏈”（Consortium blockchain），聯盟鏈更像是一種局域鏈，鏈上所有節(jié)點因為某種利益而組成一個聯合共同體，共同建立一個成本更低的信用關系。同時，不同的利益相關方參與可以建立多種多樣的聯盟璉形式，網絡中鏈與鏈的互聯互通，形成“互聯鏈”（Interchain）^[3]，從而提供一個更多樣化的價值交換方式（服務形式）。

　　以風電機組傳動鏈軸承的運行狀態(tài)監(jiān)測為例，當風機傳感器數據根據智能合約觸發(fā)一次診斷分析之后，鏈上所有節(jié)點都將記錄下這次分析動作，而隨著監(jiān)測數據的積累，逐漸對該位置軸承形成一個趨勢判斷指導維護，結合鏈下實地檢查保養(yǎng)日志及后期的零部件失效分析，為后續(xù)的備件生產和維修策略的制定提供數據支撐。

　　在監(jiān)測分析的整個過程中，診斷數據再以加密的形式被同步交換至區(qū)域風電資產聯盟鏈，金融和保險機構也可依此為各方提供資金保障和理賠服務。Z大限度地保證機組的可靠運行，追蹤度電成本變化以及Z大限度降低了整個鏈條上的運營風險和成本，Z終降低風電度電價格，服務于整個社會。

　　另外，在此過程中形成的共識數據可以為清潔能源的發(fā)展提供更多的支持，例如綠證交易所可以鏈接該區(qū)域的風力發(fā)電量信息，在交易過程中自動生成綠色電力購買證明，使綠證作為未來實體信用加分或其他權益憑證成為可能。如圖2：

　　04　結語
　　區(qū)塊鏈技術本身正在不斷發(fā)展和演化，備受矚目，但是，距離真正的應用落地還需解決很多實際問題。

　　首先，如前文提到的算力算法在面對海量數據時的應付能力有待提高。比如說現在業(yè)界普遍頭疼的一個問題 – 鑒別軸承（備件）的真假，也就是之前所提到價值確認的一部分。在目前，這部分的工作由斯凱孚之類的軸承供應商來承擔，但是由于工作量大且風場分布分散，這種工作方式勢必帶來效率低下，溝通不及時導致市場魚龍混雜等弊端。在區(qū)塊鏈的應用日漸成熟之后，這個工作（價值確認）可以由這個鏈條上的每一部分通過智能硬件或者上下游數據交換來確認。這樣的話，就需要海量的數據和大運算能力來作為價值確認的支撐，在5G技術沒有成熟前，這是目前需要面對的一大挑戰(zhàn)。

　　其次，從商業(yè)的角度，留在鏈上的企業(yè)要有足夠的動力和能力，需要實現各自的商業(yè)利益和社會價值。區(qū)塊鏈技術除了去中心化和價值確認外，還有一大功能就是可以做到“弱價值”的集成。所謂“弱價值”，就是指將鏈上的碎片化的數據和服務價值（比方說風機傳動鏈檢測服務上的一個小的子項）。在傳統(tǒng)垂直業(yè)務過程中，這些價值都是通過服務的上游（風場業(yè)主）來進行確認。由于專業(yè)性的缺失和數據交換的不及時，這種模式，不利于將這些“弱價值”來進行細分，整合以及有效的利用。在區(qū)塊鏈的模式中，這些“弱價值”都可以被鏈上的每一個利益方來評估并且給予相應的信用得分（credit token），從而可以將之前沒有關聯的“弱價值”整合形成一個全新的“強價值”，從而更好的服務于全鏈。

　　斯凱孚作為全球風電零部件供應商，一直致力于實現風電運維的數字化進程。REP解決方案將可以靈活嵌入各個終端的數據平臺，如圖3 ，在數據保密性得到保證的同時對于傳動鏈關鍵轉動部件的診斷和故障預測做到全自動實現，規(guī)避了人工干預不確定性的風險，提高診斷效率。同時斯凱孚也在風電運維市場上努力參與“聯盟璉”的建設，協同鏈條上的各方豪杰以及我們特約的“風電服務合作伙伴（SKF CSP）”力爭給整個行業(yè)帶來新的氣象和Z優(yōu)的價值。

　　Z后，當前風電運維過程產生的各類鏈下信息要有一個標準化的數字化過程，否則很難與鏈上信息形成互補，更無法實現價值鏈閉環(huán)。很顯然，風電運維應用場景下的區(qū)塊鏈技術的發(fā)展還有很長的路要走。

　　參考
　　1.   國家能源局，風電發(fā)展“十三五”規(guī)劃， 2016
　　2.   國家統(tǒng)計局http://www.stats.gov.cn/tjsj/zxfb/201812/t20181214_1639472.html， 2018
　　3.   鄒均、張海寧、唐屹、李磊等，區(qū)塊鏈技術指南，機械工業(yè)出版社，2018