赋能风电行业数字化转型白皮书

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了解威图更多信息请登录： www.rittal.com ■ 机箱机柜 ■ 配电组件 ■ 温控系统 ■ IT 基础设 施 ■ 软件与服务 目录 前言：数字化赋能风电发展创新蓝图 ...................................... 中国风电产业发展现状及趋势 .................................... 大功率风电机组发展提 速 ................................................................................... 4 海上风电实现跨越式发 展 ................................................................................... 4 多能互补助力风电消纳稳 定 ................................................................................ 6 发展 ............................. 高可靠性成为行业焦 点 ....................................................................................... 7 亟需大力推动全行业标准 化 ................................................................................ 7 全生命周期服务成为趋 势 ................................................................................... 7 数字化赋能风电产 业 .......................................................................................... 9 中国风电“出海”加 速 ....................................................................................... 9 第三章：威图全价值链解决方案助力风电产业高质量发 展 11 前 言 数字化赋能风电发展创新蓝图 当前，全球新一轮能源革命和科技革命深度演变、方兴未 艾，大力发展可再生能源已经成为全球能源转型和应对气 候变化的重大战略方向和一致宏大行动。 根据全球风能理事会（ GWEC ）预测， 2022 — 2026 年 全 球风电将新增装机 5.6 亿千瓦，预计 2026 年全球风 电将新 增装机 1.3 亿千瓦。同时，全球清洁能源年投资 额有望在 2030 年超过 2 万亿美元，与当下相比提高 50% 以上。 在中国，风电是构建新型电力系统的主体能源，是支持电 力系统率先脱碳，进而推动能源系统和全社会实现碳中和 的主力军。截至 2023 年 9 月底，中国风电累计装机容量 已 突破 4 亿千瓦，同比增长 15% ，装机规模继续排名 全球第 一。 未来，中国风电产业在装机规模、利用水平、技术装备、 全球产业竞争力上还将迎来跨越式发展。同时，过快的发 展也让风电产业遇到一些亟待解决的问题，例如政策和市 场环境尚需进一步完善、“卡脖子”核心技术亟待突破、 高质量发展方兴未艾等。 其中，风电产业数字化转型最令人期待。人工智能、物联 网、 AR/VR 、 5G 等数字技术的快速发展，将成为风电企 业 转型的强大助力，进而推动风电行业的现代化，为清 洁能 源的未来发展注入强大的支撑和动力。 我们相信，随着全球风电机组装机容量的不断提高，数字 孪生技术将赋能风电行业向更高效、更可靠、智能化的方 向发展，为实现“双碳”目标作出更大的贡献。 01 02 第一章：中国风电产业发展现状及趋势 当下，加快推进碳减排已经成为全球共识，中国明确提出 2030 年“碳达峰”与 2060 年 “碳 中和”目标。风能是重要的清洁、绿色、低碳能源，资源丰富，分布广泛，风电技术成 熟、 产业基础好，具有较强的经济竞争力，是落实“双碳”目标的重要手段之一。 大功率风电机组发展提速 当前中国风电产业不仅具备大兆瓦级风电整机 自主研发能力，而且形成了完整的风电装备产 业制造链，制造企业的整体实力与竞争力大幅 提升，在大容量机组研发、长叶片、高塔架应 用等方面处于国际领先水平。 数据显示， 2020 年，中国新增装机所用陆上 风 电机组平均单机容量仅为 2.6 兆瓦左右，海 上风 电机组平均单机容量约为 4.8 兆瓦。随后两 年内， 国内投入市场的风电机组单机容量快 速上扬， 2022 年全年新增装机中，陆上风 机平均单机容 量已达 4.2 兆瓦，海上风电机组 平均单机容量超 过 7.4 兆瓦，同比涨幅均超过 30% 。 海上风电实现跨越式发展 大力发展海上风电，是全球携手应对气候危机的举措，是保障国家与区域能源安全的选择，是拉 动沿海地区产业升级推动海洋经济发展的抓手。根据全球风能理事会（ GWEC ）发布的 《 2023 年全球海上风电报告》，未来十年，全球海上风电新增装机将 呈逐年递增趋 势， 2022 年全球海 上风电新增装机 8.8 吉瓦，累计装机 64.3 吉瓦，中国新增、累计装机均 雄踞全球第一位。预计 2023 年，全球海上风电新增装机将达到 15.45 吉瓦， 10 年后新增装 机将达到 60.2 吉瓦。 日益高效的产业链协同，降低了海上风电开发成本；有效的技术创新，大容量机组一体化设计， 促进了海上风电降本提质；高质量的风电试验场及产业基地建设，推动了海上风电的产业良性发 展；有利的网源协调规划及配套电网建设，保障了区域海上风电的开发建设与高比例消纳。预计 到“ 十四五” 末，中国海上风电累计装机容量将达到 1 亿千瓦以上，到 2030 年累计将达到 2 亿千 瓦以上，到 2050 年累计不少于 10 亿千瓦。同时，海上风电往深远海发展的态势日趋显 著，浮式 风机技术也逐步成为各大主机厂未来关注的重点方向。 2013 年至今，中国风电新增装机和累计装机持续稳居全球首位。截至 2023 年 9 月底，中 国风 电新增装机 3348 万千瓦；风电发电量同比增长 16% ，达到 6305 亿千瓦时；风电平 均利用率 同比提升 0.6% ，达到 97.1% 。在“双碳”目标指引下，中国风电产业正迈向高质 量跃升发展 新阶段。 03 04 截至 2023 年 10 月底，单机容量 10 兆瓦及以 上陆 上风电机组，单机容量 15 兆瓦及以上的 海上风 电机组已屡见不鲜， 22 兆瓦海上风电 机组也已 下线。从叶轮直径上看，海上风电机 组叶轮直径 最高已经达到 280 米。 多能互补助力风电消纳稳定 伴随产业发展，中国风电正逐步迈向多能 互补和风储一体化统筹发展阶段，如利用 大型综合能源基地风能、太阳能、水能、 煤炭、天然气等资源组合优势，推进“风 光 水 火 储 ” 多 能 互 补 和 联 合 外 送 ； 通 过 “风电 + 储能”模式协助平滑电力输出曲线， 辅助风电场调峰、减少弃风电量，实现 电 网负荷平衡和能源供应稳定。 与此同时，风电制氢也取得了一定进展。 氢能被视为下一代能源，利用风力发电直 接驱动电解过程产生绿色氢能，以分散式 风电场搭配制氢、储氢、加氢设施，打造 氢能制造一体化产业链，成为当前解决氢 气提取高成本、高碳排的有效探索，并有 助于服务于下游的运输、工业制造等产业， 已经成为未来发展趋势。 05 06 第二章：风电产业发展面临的新挑战 风光大基地、深远海风电、千乡万村驭风计划、老旧风机技改升级……在新的历史机遇面前，中 国风电行业迎来了新的发展机遇，同时也将面临新的挑战。 高可靠性成为行业焦点 从山间到草原，从沙漠到高原，从陆地到海洋，一架架“大风车”拔地而起、迎风转动。陆上风 电机组常年运行在沙漠、戈壁、荒漠等风沙大、昼夜温差大、紫外线强烈等自然条件复杂且恶劣 的地区；海上风电机组运行也面临更加恶劣的海洋环境，高湿度、高盐雾、日晒浸泡，以及海水 腐蚀，对风机可靠性要求极高。 此外，在能源转型大趋势下，市场高速发展，全球风电产品迭代加速，设备企业进行市场检验的 时间越来越短，除风电整机向大型化、海上化、数字化方向发展外，风电技术的创新方向正逐渐 由整机系统向零部件、材料端延伸，风电运行可靠性成为全行业焦点。 亟需大力推动全行业标准化 面对资源条件和平价发电带来的“双重压力”，风电全产业链降本增效已经成为行业发展主旋 律。风电机组大型化、轻量化和平台化是风机单位成本下降的主要方式。 当前，国内市场上，风电机组机型多样，技术路线不尽相同。纵观整个风电配套件产业，零部 件品种繁多，规格型号各异，缺乏统一的行业标准，已经严重制约着产业链的协同降本。 行业需要大力推动零部件的标准化和通用化，不仅有利于整机商优化开发和生产工艺流程，提 高新产品开发效率，同时，还可以借助规模效应降低成本，提升质量和可靠性，提高供应链韧性， 确保供应链安全。 全生命周期服务成为趋势 风电的全生命周期服务包括风资源获取、风场设计、设备供应（含风电机组、电气配套设备、核 心零部件等）、生命周期后服务以及电力应用五个方面。客户不仅关注最低价的机组，更关注全 生命周期度电成本最优的机组。而要实现度电成本最优，不仅要求降低风机生产成本，还要求在 全生命周期内实现发电效益更高，从而帮助客户达到更优的发电收益。 07 08 中国风电“出海”加速 从引进国外技术到深耕国内市场，再到走向国 际市场，中国风电发电机组不断加快“出海” 步伐，在全球市场的占有率快速提高。 中国可再生能源学会风能专业委员会（ CWEA ） 数据显示， 2022 年，中国新增风电机组出口 容 量 229 万 千 瓦 ， 累 计 出 口 发 运 容 量 1193 万 千瓦，出口设备遍布全球五大洲共 49 个国家。 伍德麦肯兹报告显示，到 2032 年，中国风电整 机 商 向 海 外 出 口 风 电 机 组 的 累 计 装 机 容 量 将超过 100 吉瓦。风电企 业的“ 出海 ” 之路绝 非单兵作战，应当从被 动适应向主动转变，携 手更多合作伙伴，以 创新开拓新局，为未来蕴 育新机，解锁可持续 新价值。 数字化赋能风电产业 随着可再生能源高比例并网，电力系统调节 手段不足的问题会愈加突出，而数字化有望 成为未来新型电力系统的重要抓手，在电力 系统电源侧、电网侧、用户侧各环节都将发 挥重要作用。 数字化赋能风电产业，就是要推动风电机组 与大数据、云计算等新技术的深度融合，推 进无人值守、远程集控、智能诊断等智能运 维的新业态、新模式。此外，还需加强创新 ，推进数字化的商业模式。例如基于对海量 数据的分析和洞察，深入挖掘客户的价值需 求点，针对不同的气象和地形进行个性化设 计，这些都对整机制造商及零部件供应商提 出了更高的要求。 09 0 1 第三章：威图全价值链解决方案助力风电产业高质量发展 面对不断变化的风电市场需求，威图作为德国“工业 4.0” 的倡导者及践行者，联手姊妹公 司 EPLAN ，全面覆盖客户从需求、订单、生产、物流、服务的整体环节，在风电产业共同打 造“自 动化孪生”、“产品孪生”和“制造孪生”三大数字孪生体系，以“软件 + 硬件 + 服务”的 数字化 全价值链解决方案，携手客户共同探索绿色能源转型之道。 保证设备长期可靠运行 为保证风电场的盈利能力，如何进一步降低度 电成本，提高设备的稳定性和可靠性事关风电 产业链上的每一个环节。同时，风电高质量发 展的主基调，也对风电设备长期可靠运行提出 了更高的要求。 结合风机部署环境的复杂性，用户普遍对于设 备可靠性及其所具备的完善保护功能、耐受严 酷环境能力，乃至整体方案能否满足智能高效 运维需求等方面提出了更高的要求。作为全球 知名的机柜系统及解决方案提供商之一，威图 并没有选择为降低成本而牺牲产品质量，而是 尤为重视产品的质量和可靠性，并把它视为支 撑风电高质量发展的坚实保障。 威图针对风电行业推出了定制化解决方案，包 括设备控制柜、工业机柜、操作控制箱体等产 品。威图机柜系统表面防腐性能强、密封性强、 负载能力高、安全性高， 且操作舒适， 可 为 风电用户带来多样化的设计方案及优异的 产品 体验。 防沙设计 威图以高可靠性基因，持续为“沙戈荒”风 电大基地建设发展提供装备保障。威图 机柜 采用独特密封工艺，可在 -40℃-80℃ 的环境 中长久为机柜内器件提供保护，使 其免受风 沙侵袭，成为机柜防护等级和使 用寿命的重 要保证之一。 易用性更高 威图标准机柜所有平板件与框架导通，安装 / 拆卸平板件更容易（不需要拆接地线）， 可 额外增加安全性，且平板件安装固定后可 以 实现自动电势平衡。 耐腐蚀设计 凭借多年在风电行业的深厚积累和持续研发 创新，威图为海上风电的各种应用场景提供 了多元化的防腐蚀方案。这些模块化的防腐 蚀解决方案可针对不同的防腐蚀等级需求， 提供压力平衡阀、温湿度控制器等系统化方 案，以降低整体腐蚀风险。 通过纳米陶瓷预处理、电泳底漆、粉末涂层 等特殊表面处理工艺，威图机柜可为内部电 器部件提供更好的防腐蚀保护，充分满足海 上风电机组的严苛要求。目前威图机柜最高 已达到 C5H 防腐蚀等级，并可针对不同防 护 等级定制专属解决方案。静态承重高 达 1400KG ，也让控制器、变频器、配 电元器 件等得到可靠保护，实现风电机组 的较低全 生命周期维护成本和高可靠性。 模块化系统组建 在工程设计阶段，风电主机制造商可以借 助 EPLAN 和威图集成工程工具，实现满 意 的工程规划。通过威图的解决方案， 客户 将受益于威图出色协调的模块化系统 组建， 从机箱机柜、温控系统、配电组件 到 IT 基础 设施，将大大提高生产的效率 和设备运行 的可靠性。 11 12 提供全生命周期服务 在平价上网以及风电高质量发展的大 背景下，风电机组的价格将不再是成 本考虑的唯一因素，全生命周期成本 已成为越来越多风电运营商所关注的 重点。 一个比较明显的变化是风机行业技术 驱动的趋势明显加强，产品迭代的速 度越来越快。过去一个产品平台的上 市周期是三年——第一年测试、第二 年推广、第三年调整，而现在，产品 平台的迭代周期明显加快，有些产品 可能使用一年就面临迭代。 ◆ 降本增效 威图机柜可实现精确省时的规划设计， 可 显 著 节 约 空 间 ， 并 实 现 单 人 简 单 安装，全方位并柜性能更可为风 电用 户提供多样化的选择，解决海 上风电 空间有限和安装困难等难题。 同时， 威图优秀的设计、丰富的经 验、先进 的生产技术和设备，也将 降低整机的 成本支出。 目前，此类解决方案已成功应用于国 内某风电公司。在该公司的风电机组 中，威图公司提供了具有优秀抗震能 力的 TS8 机柜系统和特殊喷涂防腐 能 力良好的 AE 小箱体及附件。并与 电气 集成商整体配套集成后，形成 了功能 强大的主控和变流系统，为 风电机组 设备的平稳运转提供可靠的 安全保护。 13 14 ◆ 一站式全价值链解决方案 威图为风电设备制造商提供从项目规划、应用工程直到最终产品交付运维的一站式全价值链解 决方案，也为行业共赢提供了自己的核心价值所在。目前，威图在中国设有 1 个中央分拨中心、 4 个区域分拨中心和 12 个销售办事处，在供货物流和销售服务方面，可以做到快速响应。 从设 计之初，威图就能很快地对风电主机制造商的需求进行响应和反馈， EPLAN 平台可以打 通所有 工程学科之间的沟通桥梁，形成用于创建项目的专家系统，以帮助客户通过跨学科的 方式处理 项目，其智能化的工具让开发过程更简单、更轻松，帮助客户设计出更合理更高效的 柜体。 数字化赋能中国风电产业 随着风电行业进入“ 数字化时代 ” ，风电机组全生命周期的可靠性、运行效率等问题广受业界 关注。然而，风电机组属于重型发电设备，整个设备通常高达百米以上，重量约为数百吨，结 构复杂，安装调试成本高昂。而且在投入使用后，随着机组运行年限的不断增加，需要大量的 维护时间和成本，尤其在机组寿命的中后期，部件的老化与损坏需要占用大量时间进行维护更 替。这也成为风电产业降低成本急需解决的难题。 应对此类问题，最好的方案无疑是从风电机组建设之初，就设计出更加优化的机组设备制造方 案、配置方案，减少整体的运维支出，进而达到降低全生命周期成本的目的，数字孪生为此类 需求提供了一个很好的思维路径。 在传统的设备制造流程中，为保证制造阶段的准确性，通常采用创建物理样机的方式进行仿真 与测试。随着数字化技术的不断发展，可以通过数字孪生技术创建虚拟样机，其具有的高效性 与低成本的特征，势必将逐渐取代物理样机。 在创建虚拟样机的过程中，用户往往需要大量的产品数据，涉及不同厂家、不同品牌的元器件。 而一般的电气设计软件系统庞杂，数据无关联性，对用户建模设计并不友好。 同时，就风电机组设备的特点而言，其安装空间有限，需要灵活的模块化机柜系统适应现场安 装条件，机柜之间的并柜也需要简便可靠，以保护内部元器件的协调运行。在这方面，威图造 的标准机柜具有突出的实用价值。威图所提供的机柜具备高度灵活的模块化系统，能够轻松进 行扩展。同时，它可以满足在任何方向进行并柜，无论是边对边还是背对背，为用户提供了多 种安装选择。这种设计使得柜内安装拥有了更大的可用空间，这一点对海上风电工程实施来说 至关重要。 携手中国风电企业走向海外 威图多年来建立了覆盖全球的售后和技术支持体系，可以更好的支持风电整机制造商开拓海外 市场，包括三大洲内的 8 个生产基地，覆盖全球五大洲的 58 个国际分公司，以及逾 90 个全 球化 物流中心，总面积超过 26 万平方米，总计备货数量超过 18 万件，保证能在第一时间 为全球各 地的客户提供所需的产品和服务。 可以看到，面对碳中和及数字化的巨大机遇，风电行业雄心勃勃，风电机组向大型化、海上化、 数字化方向迭代的进程必将加速演进，而威图将与业内企业携手，共同探索风电发展更多的 可能性。 在这方面，威图与姊妹公司 EPLAN 打造的 EPLAN Data Portal 在线数据平台可以发挥大作用。 作 为“数字孪生”技术的先驱者与倡导者，威图与世界领先的元器件制造商建立了长久合作关系， 该平台包含全球 300 多家品牌，超 100 万条高质量元器件设计数据，让用户得以通过“拖拉 拽”的 方式，实现快速数据调用。与此同时，机械工程设计数据可以从威图产品社区平台处获取 威图与 EPLAN 在设计阶段的数据融合，使得用户能在虚拟样机中创建机柜的全数字化描述，包括： 产品 信息、商业数据以及 eClass 信息等，高效赋能，让每一个流程的数据传输不再是一座孤岛， 成为 打通的数据链，让用户可以大幅