文 | 陳奕穎

混合動力無人機在風(fēng)電場開發(fā)和運維管理中的應(yīng)用研究

文 | 陳奕穎

隨著我國新能源事業(yè)的迅速發(fā)展，風(fēng)電裝機量不斷創(chuàng)出新高。據(jù)統(tǒng)計，截至2016年6月份底，全國風(fēng)電累計并網(wǎng)容量已經(jīng)超過1.37億千瓦，約占系統(tǒng)總?cè)萘康?%左右。新能源電力在國民經(jīng)濟中的重要作用日益突顯，同時也給風(fēng)電運維產(chǎn)業(yè)帶來了廣闊的市場前景。

無人機的概念及市場應(yīng)用

無人機是利用無線電遙控設(shè)備和自備的程序控制裝置操縱的不載人飛機?；旌蟿恿o人機一般是使用汽油發(fā)動機和鋰電池驅(qū)動電動機進(jìn)行協(xié)同工作，它具有留空時間長、工作效率高、速度快、工作載荷大和安全可靠性強等優(yōu)點。

在國家“互聯(lián)網(wǎng)+”和“大眾創(chuàng)業(yè)、萬眾創(chuàng)新”的國家政策激勵下，高科技和軍工裝備的無人機產(chǎn)品在中國發(fā)展迅速，目前在個人娛樂、攝像攝影等方面使用越來越廣泛。

對于無人機的專業(yè)應(yīng)用，特別是風(fēng)電行業(yè)還是較少，無人機在風(fēng)電場開發(fā)運營中的應(yīng)用主要有：

1.對風(fēng)電機組葉片和塔筒巡檢。

2.陸上風(fēng)電場道路和集電線路巡檢。

3.風(fēng)電機組和機艙主設(shè)備巡檢。

4.風(fēng)電場前期測繪和機位選址。

5.海上風(fēng)電場設(shè)備巡檢。

6.風(fēng)電場通訊中繼傳輸。

風(fēng)電場現(xiàn)實應(yīng)用展望

下面對各主要應(yīng)用進(jìn)行如下闡述：

一、無人機在機組葉片和塔筒巡檢中的應(yīng)用

傳統(tǒng)葉片和塔筒巡檢模式主要依靠巡檢人員利用望遠(yuǎn)鏡、蜘蛛人、吊籃、回形平臺等進(jìn)行觀察，并憑借經(jīng)驗判斷是否存在異常情況。這種模式不僅存在安全性差、工作量大、效率低等問題，而且受觀測角度影響，不能全面及時地發(fā)現(xiàn)葉片和塔筒設(shè)備存在的問題。

無人機葉片和塔筒巡檢模式是指運用無人機作為載機，搭載巡檢專用的成像設(shè)備來近距離觀察葉片和塔筒表面的狀態(tài)，以達(dá)到代替人工巡檢的目的。利用“無人機”進(jìn)行葉片和塔筒的巡檢相比傳統(tǒng)的巡檢模式需要時間短，同時可發(fā)現(xiàn)人工巡檢過程中無法觀測到的磨損和腐蝕等情況。

利用“無人機”進(jìn)行葉片和塔筒巡檢的過程中，操作員將通過地面站設(shè)備顯示的實時數(shù)據(jù)，來觀察葉片和塔筒表面狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)可疑點時，遠(yuǎn)程操作巡檢設(shè)備可以進(jìn)一步詳細(xì)檢查，并采集各角度的高清畫面和圖片。這些不同角度的高清圖像數(shù)據(jù)通過軟件平臺匯總發(fā)送到專家面前，由專家進(jìn)行判斷和分析，使得問題的診斷更加可靠，有效避免了不可控的人為因素影響。另外，無人機對葉片和塔筒巡檢所采集到的高清圖像數(shù)據(jù)將會長期存留，方便每次葉片和塔筒巡檢工作

結(jié)束后與歷史巡檢數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，為葉片和塔筒全壽命的跟蹤機制提供寶貴數(shù)據(jù)。

二、陸上風(fēng)電場的道路和集電線路巡檢中的應(yīng)用

陸上風(fēng)電場大部分位于偏遠(yuǎn)的沙漠，山林高地或海邊人煙稀少地帶。因南方地區(qū)風(fēng)況資源較好，但人口密集，部分風(fēng)電場布置于村寨和人類自然共處，人們的生產(chǎn)活動難免會影響到機組的電力傳送、電纜或架空線路，甚至造成影響人員和設(shè)備安全的嚴(yán)重事故。傳統(tǒng)的風(fēng)電場對于此類安全管理方式是：加大對周圍村鎮(zhèn)、居民的電力設(shè)施保護(hù)宣傳引導(dǎo)，對場里要求增加車輛出動巡視次數(shù)，提高巡檢頻度和質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)電纜或架空線纜走向附近有生產(chǎn)異動及時詢問和聯(lián)系。但是這種方式不僅增加了車輛等費用支出，同時分散了維護(hù)值班人員的工作重心，甚至疲于應(yīng)付，難以從根本上杜絕和防范破壞電力電纜等事故的屢次發(fā)生。

風(fēng)電場輸電線路分布點多、面廣，部分設(shè)備所處環(huán)境惡劣，微氣象、特殊區(qū)段導(dǎo)致的故障時有發(fā)生。加之輸變電設(shè)備運維工作面臨條件艱苦、勞動強度大、電力設(shè)施保護(hù)任務(wù)重、視覺死角長期缺乏巡檢等問題，也會使故障率提高。

而無人機巡檢電力線路在電力部門已經(jīng)有成功的使用案例，通過對無人機加裝應(yīng)用GPS模塊、自動駕駛儀，搭載云臺、高清攝像機、照相機和熱紅外儀等任務(wù)設(shè)備，采用模塊化設(shè)計，實現(xiàn)整機快速拆裝換件、超視距、全自主飛行作業(yè)的功能，降低了技術(shù)門檻和應(yīng)用成本，更加契合現(xiàn)場作業(yè)條件。這樣可以實現(xiàn)對風(fēng)電場區(qū)域內(nèi)設(shè)備和人員生產(chǎn)活動情況的了解，對線路部分的缺陷發(fā)熱點的巡檢，線路異物的檢查和拍圖片取證，待條件許可時進(jìn)行停電維護(hù)處理。并且無人機可以隨時增加巡檢頻次，不會增加多少成本。

三、無人機對風(fēng)電機組和機艙主設(shè)備巡檢中的應(yīng)用

出于安全等因數(shù)的考慮，維修員對機組的巡測都是在機組停運狀態(tài)下進(jìn)行的，而大部分的機組缺陷或隱患往往是暴露在動態(tài)的運行過程中的，靜態(tài)的檢測很難發(fā)現(xiàn)設(shè)備內(nèi)部的較大缺陷，所以早期投產(chǎn)的機組，很多設(shè)備往往是損壞到一定程度才會被發(fā)現(xiàn)和處理，給運營商帶來的直接和間接損失是巨大的。

利用無人機對風(fēng)電機組進(jìn)行巡檢，可以在巡檢過程中快速對機組機艙、機艙附屬件進(jìn)行檢查，易發(fā)現(xiàn)螺栓松動、設(shè)備漏油、塔桶掉漆等問題。對無人機配備可更換的紅外測溫、音頻探測和相應(yīng)的GPS定位模塊，可實現(xiàn)對運行機組在線設(shè)備狀況檢測、錄音和數(shù)據(jù)傳輸、軟件分析等功能。所以在機組后臺數(shù)據(jù)在線檢測系統(tǒng)還未完善的情況下，加強對設(shè)備的數(shù)據(jù)動態(tài)檢測和自動化分析能力尤其必要。

四、無人機在前期風(fēng)電場測繪和風(fēng)電機組選址中的應(yīng)用

風(fēng)電場經(jīng)過一年的測風(fēng)，對取得的數(shù)據(jù)論證分析很重要。一般用NRG測風(fēng)設(shè)備，通過軟件導(dǎo)出數(shù)據(jù)并進(jìn)行初步分析。無人機對風(fēng)電場進(jìn)行現(xiàn)場實際測繪，結(jié)合相應(yīng)的軟件對某些地形特殊的機位，進(jìn)行實際論證，測量機位湍流，分析對機組壽命及其關(guān)鍵設(shè)備運行的影響。機組運行投產(chǎn)后可以參與到該機位機組的實際運行效果觀察，比較可研性分析報告，進(jìn)行后評價等工作。

五、無人機在海上風(fēng)電場的設(shè)備巡檢中的應(yīng)用

海上風(fēng)電場具有設(shè)備投資高、施工難度大和運行維護(hù)成本高等特點，對于設(shè)備的巡檢往往借助船只，因受海況和天氣、觀察視野范圍等影響巡檢難度非常大。

無人機可以在一定的區(qū)域范圍內(nèi)使用，巡檢范圍大、速度快、質(zhì)量高。對于在風(fēng)電場范圍內(nèi)，漁民靠養(yǎng)殖業(yè)或捕魚為生或盜挖采沙等作業(yè)的船只、人員需要及時告知區(qū)域內(nèi)的電力海纜、通訊光纜等設(shè)施，避免這些設(shè)備遭受意外的損失或破壞。

六、無人機在風(fēng)電場中繼通訊傳輸中的應(yīng)用

因為很多風(fēng)電場地處偏遠(yuǎn)的高山、海邊和樹林中，常常通訊信號較弱，甚至出現(xiàn)無法通訊的情況，給維護(hù)人員維修和彼此相互聯(lián)系帶來了極大的不便，生產(chǎn)上存在較大的安全隱患。利用無人機的懸停功能，更換相應(yīng)的中繼通訊模塊，在設(shè)備維修或需要提供應(yīng)急通訊時，作用明顯。

結(jié)束語

綜上所述，隨著無人機在專業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用的發(fā)展，特別是在我國風(fēng)電等新能源產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展的市場需求面前，因其成本低廉、安全可靠、功能強大等優(yōu)點，必將在風(fēng)電場節(jié)約人力資源、提高設(shè)備自動化管理水平中體現(xiàn)越來越強大的生命力。

（作者單位：福建省福能新能源有限責(zé)任公司）