文 | 王乾坤,董倩倩,許嘉麗,閆瑞
剛接觸到風(fēng)資源工程師這個(gè)職業(yè)之際,有人將工程師戲稱為“風(fēng)水師”??催^《盜墓筆記》的人應(yīng)該不會(huì)感到陌生:傳說中的主角都有一把“黑金古刀”。在科學(xué)技術(shù)日益先進(jìn)的今天,風(fēng)資源工程師又有何種利器?
隨著電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和相關(guān)政策的不斷完善以及風(fēng)資源的多元化,我國風(fēng)電行業(yè)經(jīng)過30多年的發(fā)展,風(fēng)電場的關(guān)鍵收益元素組成已由原來的機(jī)組適應(yīng)性和機(jī)組發(fā)電性能,拓展到現(xiàn)在包括地形復(fù)雜性、環(huán)境友好性、并網(wǎng)穩(wěn)定性、投資安全性等在內(nèi)的多個(gè)元素。
這些“奇經(jīng)八脈”遍布風(fēng)電場。如何疏通復(fù)雜的脈絡(luò),為風(fēng)電場這個(gè)“生命體”建立更好、更安全的保障?新疆金風(fēng)科技股份有限公司(下稱“金風(fēng)科技”)一直在探索。因此,筆者將帶大家走近疏通風(fēng)電場“脈絡(luò)”的關(guān)鍵技術(shù)——地理信息技術(shù)(GIS)。
鑒于風(fēng)電場的工程屬性,地理信息技術(shù)的應(yīng)用貫穿于風(fēng)電場全生命周期,包括宏觀選址、測風(fēng)塔代表性分析、微觀選址、道路踏勘、工程設(shè)計(jì)監(jiān)管、后運(yùn)維服務(wù)等多項(xiàng)環(huán)節(jié)。
總體來說,金風(fēng)科技通過分析全國高精度地表植被信息、不同級(jí)別路網(wǎng)信息、居民地信息、自然保護(hù)區(qū)、經(jīng)過填補(bǔ)處理的SRTM地形數(shù)據(jù)(填補(bǔ)了因?yàn)闅庀蟮乩項(xiàng)l件導(dǎo)致的數(shù)據(jù)缺失),應(yīng)用AI(人工智能)人工地表識(shí)別、無人機(jī)三維建模、時(shí)空大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、三維動(dòng)態(tài)模擬仿真,實(shí)現(xiàn)了百GB級(jí)地理場景快速可視化、TB級(jí)別空間數(shù)據(jù)管理及分析。
下面,筆者將從幾個(gè)典型的應(yīng)用方面說明GIS技術(shù)的價(jià)值實(shí)現(xiàn)。
圖1 地理信息技術(shù)航空攝影測量應(yīng)用
GIS技術(shù)在風(fēng)電場宏觀選址(分散式項(xiàng)目規(guī)劃)中的應(yīng)用包括:一是通過數(shù)字高程數(shù)據(jù)精確、迅速地提取地形、坡度、工程地質(zhì)等數(shù)據(jù);二是通過各種政府專題圖數(shù)字化提取出電網(wǎng)接入、土地規(guī)劃、保護(hù)區(qū)等數(shù)據(jù)。
以青海省某市分散式風(fēng)電場的宏觀選址為例,拋棄繁冗的數(shù)據(jù)搜索過程,引進(jìn)GIS技術(shù)手段,將需要的數(shù)據(jù)和資料矢量化,同時(shí)把風(fēng)資源分布數(shù)據(jù)、地形圖、土地利用現(xiàn)狀、交通、地形、遙感航片等數(shù)據(jù)進(jìn)行空間疊加分析。基于GIS平臺(tái),對目標(biāo)縣進(jìn)行宏觀選址分析,優(yōu)先開發(fā)資源狀況好、施工條件好、道路和電網(wǎng)條件好的地區(qū);保留風(fēng)資源較好、其他條件不好的地區(qū),以備后續(xù)開發(fā)??傮w上依靠精細(xì)化的地理信息數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、環(huán)境數(shù)據(jù),完成了基于地理信息大數(shù)據(jù)空間分析的宏觀選址。此外,對于確定開發(fā)的場址區(qū)域,GIS還可以依據(jù)特有的地形特征和數(shù)據(jù)分析,自動(dòng)推薦初步的機(jī)位點(diǎn)排布方案,計(jì)算風(fēng)電場整體投資收益率。
運(yùn)用傳統(tǒng)方式,從前期現(xiàn)場考察、資源圈定到與國土部門等相關(guān)機(jī)構(gòu)的信息核實(shí)、確定具體位置,至少需要35天;現(xiàn)在有了GIS技術(shù)的支持,金風(fēng)科技完成這些工作僅需要5天時(shí)間,既避免以前僅靠經(jīng)驗(yàn)的“盲人摸象”模式,又改變了以往宏觀選址的無目的性、耗時(shí)長、精度低、結(jié)論不明確的缺點(diǎn),減少了工作時(shí)間,提高了選址精度。
GIS對微觀選址工作的改進(jìn),主要體現(xiàn)在其對于地形的矯正處理分析。一般而言,受限于氣象條件、地表形態(tài)等,現(xiàn)有的類SRTM地圖存在數(shù)據(jù)失真的情況。GIS通過對地形的自動(dòng)化糾偏、填補(bǔ),提高了風(fēng)電場流體仿真模型方面的精度。
以湖北某項(xiàng)目為例。該項(xiàng)目位于復(fù)雜山地地形中,存在經(jīng)驗(yàn)上可判斷、但無法表現(xiàn)在流體模型上的風(fēng)險(xiǎn)。因融資方對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)關(guān)注度高,項(xiàng)目停滯了兩月有余。使用填補(bǔ)之后的地圖數(shù)據(jù)完成了項(xiàng)目對風(fēng)、峽口加速及渦風(fēng)區(qū)域的精準(zhǔn)定位,對風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)位、測風(fēng)塔代表性進(jìn)行有效可視化的評估。同時(shí)運(yùn)用無人機(jī)航拍技術(shù)、風(fēng)速預(yù)測、GIS空間疊加分析等避免了人工作業(yè)偏差,降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。
和微觀選址階段的模型仿真相仿,道路設(shè)計(jì)階段主要依靠三維建模技術(shù):利用無人航拍技術(shù)進(jìn)行三維工程仿真、三維設(shè)計(jì)等,其主要的核心技術(shù)包括無人機(jī)/GIS地形建模。
金風(fēng)科技現(xiàn)階段擁有中國地區(qū)大部分的無人機(jī)機(jī)型,且實(shí)現(xiàn)了無人機(jī)數(shù)據(jù)云處理技術(shù);同時(shí)實(shí)現(xiàn)地形三維結(jié)果顯示、GB級(jí)別全真實(shí)超廣地形地貌三維顯示技術(shù)等,可快速實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場內(nèi)道路設(shè)計(jì)規(guī)劃、工程量評估、機(jī)組自動(dòng)排布。以某5萬千瓦丘陵項(xiàng)目為例,可將常規(guī)(場內(nèi)外)道路設(shè)計(jì)的工作縮短至原來的40%,在提高工作效率的同時(shí),還可對從大部件到風(fēng)電機(jī)組點(diǎn)位進(jìn)行全程模擬,提前預(yù)知風(fēng)險(xiǎn)。
圖2 基于GIS平臺(tái)的青海省某市宏觀選址
圖3 基于某區(qū)域的分散式項(xiàng)目人工智能識(shí)別規(guī)劃
隨著國家能源局發(fā)布的《2018年度風(fēng)電建設(shè)管理有關(guān)要求通知》中相關(guān)內(nèi)容進(jìn)一步落實(shí),競價(jià)核準(zhǔn)對風(fēng)電場風(fēng)資源評估精度提出了更高要求。同時(shí),分散式項(xiàng)目的開發(fā),也給環(huán)境友好性、并網(wǎng)穩(wěn)定性方面帶來了眾多挑戰(zhàn)。
金風(fēng)科技在不斷研發(fā)提高直驅(qū)機(jī)組并網(wǎng)性能的同時(shí),全面使用WRF虛擬測風(fēng)塔技術(shù)、雷達(dá)測風(fēng)手段,彌補(bǔ)分散式風(fēng)電場測風(fēng)方面的不足;依靠GIS數(shù)據(jù)開展的智能道路規(guī)劃、線路設(shè)計(jì)技術(shù),為包括分散式在內(nèi)的風(fēng)電場建設(shè)疏通脈絡(luò);與此同時(shí),金風(fēng)科技將地理信息與BIM結(jié)合,打造少人值守/無人值守升壓站,在分散式風(fēng)電運(yùn)維過程中大顯身手。結(jié)合GIS景觀透視+AI技術(shù),在設(shè)計(jì)階段全程仿真運(yùn)行風(fēng)電場給生態(tài)等方面產(chǎn)生的影響,消除投資者后顧之憂。
具體來說,GIS和AI技術(shù)的結(jié)合,可快速準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)高分?jǐn)?shù)據(jù)和無人機(jī)航拍數(shù)據(jù)的地物識(shí)別。現(xiàn)階段由于高分辨數(shù)據(jù)精度較高,因此,像元較為細(xì)碎,同時(shí)地物的光譜信息復(fù)雜,造成地物識(shí)別困難。金風(fēng)科技以典型高分辨率遙感影像目標(biāo)機(jī)器樣本庫與特征庫建設(shè)為基礎(chǔ),開發(fā)了面向道路、房屋、水域等敏感區(qū)的檢測與識(shí)別,可快速實(shí)現(xiàn)地物識(shí)別,其識(shí)別準(zhǔn)確率高達(dá)85%左右,節(jié)省60%左右的時(shí)間。從無人機(jī)航拍到地物識(shí)別的自動(dòng)化流程,提升了自動(dòng)化水平和工作效率,為后續(xù)數(shù)字化風(fēng)電場的自動(dòng)識(shí)別奠定技術(shù)基礎(chǔ)。
風(fēng)能的未來發(fā)展離不開現(xiàn)代化的技術(shù),“3S(GIS:地理信息、RS:遙感、GPS:全球定位)”技術(shù)的發(fā)展為風(fēng)能的開發(fā)利用提供了新的快速、有效的解決方案。
金風(fēng)科技追本溯源,利用互聯(lián)網(wǎng)+大數(shù)據(jù)+AI的思維,通過3D建模、人工智能、遙感技術(shù)、無人機(jī)航拍技術(shù),為風(fēng)電場開發(fā)和利用提供精確的數(shù)據(jù)源,并利用GIS技術(shù),實(shí)現(xiàn)風(fēng)電場快速、準(zhǔn)確、高效的運(yùn)轉(zhuǎn)和評估,迎接分散式和競價(jià)核準(zhǔn)的挑戰(zhàn)。