《风电运维的混仗与突围》

  • 来源专题:中国科学院文献情报先进能源知识资源中心 |领域情报网
  • 编译者: guokm
  • 发布时间:2019-12-30
  • 导语:世界著名的风能独立咨询机构Wyman预测,到2020年,风机制造企业将有40%的收入来自运维服务,其利润贡献将达60%。针对这一块蛋糕,未来的风电运维服务,整机厂家也在积极地参与,通过第三方与开发商去捆绑。“毕竟谁的风机交给谁,对整个风电场的运行是最好的。现在很多开发商愿意出资,把这块业务继续包给整机厂家来做。”

    Today(现状)

    前景巨大的风电运维市场吸引开发商、整机商、第三方企业纷至沓来。“混战”之中,三大掘金者如何找好自己的位置?风电后市场将怎样步入良性发展的快车道?

    偶发的风电事故也在不断地为筑梦者敲醒警钟。低价竞争、技术参差、人才流失、缺失的运维标准等埋下的安全隐患,正成为扰乱风电运维市场秩序的幕后推手。

    《能源》记者独家获取的一份某财产保险公司理赔数据显示,自2009年至2016年6月,该公司累计承担国内风电项目566个,累计承保保险金额约为6423.33亿元。其中各类事故有效报案件数近5312笔,累计赔付金额达到4.9亿元,而“产品质量保证保险”占事故保险的大头,约为60%,并呈逐年上升趋势。

    另据业内专家测算,单台风机年满发电收入约为160余万元,若发生一次重大事故,更换费用总和可能突破百万元。以一台1.5兆瓦的风机倒塔为例,损失或达七、八百万。

    市场投保产品质量险的巨大潜在需求,戳破了“风”光无限的外衣。一个不争的事实是,庞大的风机机组之中,仍存各种陈旧顽疾。

    Cloudy(阴霾下的运维)

    数据显示:截至2017年第三季度,风电累计装机1.57亿千瓦。到2020年,11万台风机都将出质保。按照每台风机每年10—15万的运维费用估算,风电后市场规模将达110—165亿。

    在如此之大的一个体量市场中,大多业内人士认为事故比率并不算高。多数机组本身并不存在重大设计缺陷,故障大部分由于生产制造过程中的质量控制和一致性问题所致。

    以该保险公司承保的某公司风电场项目的叶片问题为例,采集鉴定发现,导致叶片在运行中失效的原因主要集中在叶片生产质量缺陷,叶片在制造过程中未能严格按照工艺要求进行生产、检验,不合格工序又不断向前流转(其中合模工序违规作业尤为突出),最终缺陷产品被陆续制造出厂并装机运转。此后,在风电机组仅仅不到两年的运行时间里,叶片因自身缺陷无法承受正常的运行载荷作用,导致质量事故不断爆发,最终出现大批量失效。

    另一资深业内人士透露,据他勘查鉴定得知,某个风电齿轮箱厂于2015年出现批量质量问题,台数高达1000余台。“我调查统计过业内的一个集团,它有8000余台机组,因为变流器出现故障而停机造成的损失,相当于当年整个国家每上网1度电,就损失1分7厘4。”

    令人欣慰的是,受益于风力发电机组设备制造商的技术成熟以及运维质量的提升,国内风电场的运行情况已越来越好。

    北京国电电力新能源技术公司总经理董霞威告诉《能源》记者,风电机组的故障大部分是由于生产制造过程中的质量控制、安装调试及运行维护不到位造成的。

    更有业内人士对《能源》记者直言,“风机倒塔的大部分原因都是责任型的,过程控制中导致倒塔的原因太可恨了,技术工作与管理工作不到位,如此长期下去必出问题。”

    风机最大的事故是倒塔,造成倒塔的主要原因是风机超速,风机超速本应有相应的保护措施以避免“飞车”。“导致超速的原因是我们在运行维护过程中重点关注的工作。”

    Priceless(低价竞争之殇)

    中国的各类市场总会陷入价格战的怪圈,风电后市场也未能免俗。

    数年前整机市场的爆发式增长,为后市场创造了巨大的发展空间,也烙下了难以祛除的不稳定因素。一些资金少、规模小、生产水平低的企业加入行业竞争,跟风模仿,鱼龙混杂,招投标价格背离正常范围,部分甚至陷入价格战,无序的竞争对市场秩序造成了严重冲击。

    低价中标的恶性竞争导致行业平均毛利水平不断下降,致使企业整体业务规模同比均有一定下滑,市场开拓营销难度不断加大。“有些运维主体是有长久的规划的,但有一部分想挣点儿快钱。”此外,招标是一年一度的,许多小企业打一枪,换个地方,把钱挣了再说,这样不可持续。

    造成运维后市场乱象的原因归咎于以下两个方面:一是缺乏运行维护的行业标准;二是运维队伍的资质门槛较低。

    Talent Shortage(流失的运维人才)

    中国大多数风电场地处偏远地区,条件艰苦,年轻人已对强度大、工资低、危险系数高的工作的接受程度大打折扣。运维人员的不稳定性,将带来相当大的隐性成本,有经验的工程师离开,往往造成人才的断代。

    以5万千瓦风电场安装25台2.0MW风力发电机组的单个风电场计算,若平均故障间隔时间不低于2000小时,每年需要进行紧急处理的次数将低于109.2次,即每月理论正常需要现场作业次数小于9.1次,维护人员实际的维护时间仅为每月9.1次*5小时。与之矛盾的是,由于风电场内风机维护存在偶发性,并不能提前预知什么时间段内产生问题。因此,人员也不能缩编以确保维护工作的安全。

    The third(第三方运维的机会)

    在开发商与整机商焦灼的同时,第三方公司以迅雷不及掩耳之势冲进了市场前沿。实力雄厚的业主选择自己运维,实力弱一些的业主与整机商签订协议进行深度绑定,而第三方公司更像是一个“空中楼阁”,既无技术优势,又无出质保后“先入为主”的优势。

    似乎,在市场的夹缝中,第三方公司成了游击的救火队员。利用其灵活的体制与机制来进行资源调配与技术人员的吸引,可以低成本小规模地打“游击战”。例如,一个风场设备配套近十种风机,对于供方沟通、备件储备、质量控制、问题追溯等方面都存在问题。针对这些问题,大多整机商往往疲于应付,主要依托庞大的服务团队进行处理。第三方市场无疑在这方面具有不可比拟的优势。

    “市场上大部分的开发商和整机商都是国企。国企虽然‘大而全’,但总会受到工资总额、员工总数、企业机制等限制,不能突破。相反,第三方市场效率却很高。”

    “未来的格局,一定是电力公司或整机商主导,成立三方联盟或两方联盟的运维公司。开发商提供设备、整机商提供技术、第三方提供人员,优势互补,互利共赢。”

    Intelligent & Future(智慧运营的明天)

    随着物联网、大数据概念的愈发火热,“救火式”的运维方式逐渐淡出历史舞台,智能化成必然趋势。

    电气巨头ABB中国指出,风电运维面临着距离远、分布散、维护成本高以及设备状态未知等挑战,“通过智能运维系统实现智能化控制和可视化管理,其中使用云资产设备健康管理系统,可使风电运维效率提高60%”。

    在风电智慧运维方面走在前列的远景能源,其能源物联网平台EnOS智慧风场软件解决方案实现了从风机数据采集、集中监控,到高数据质量的损失电量分析、基于机器人学习的设备健康度预警、新能源功率预测和功率控制服务,大大降低风场运维总成本。值得一提的是,资源重叠、用而不备、备而不用,利用效率低下仅为40%的备品备件,业内也以互联网思维对其进行武装,以提高备件利用效率。

    在风电运维数字化管理方面,从后台提取的数据能看到的都是问题,但具体是什么问题不能下结论,需要靠人去分析。“大多数整机商打造数字化风场至今,仍然拿不出模型。无论开发商、整机商亦或第三方,若不能将运维做到标准化,那么数字化就是一个摸不着的未来。”

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    •  工业软件被公认为“工业制造的大脑和神经”,是数字经济时代工业领域的“皇冠”。作为制造业第一大国,我国拥有世界上最齐全的产业门类,但核心工业软件领域却是产业发展的软肋。   导致这一现状的原因主要为我国工业软件产业整体呈“小、散、差”的发展局面。国内企业市场份额小,产业链不完整,技术水平相对落后,离自主可控仍有较大差距。   因此,大力发展工业软件,推动核心工业软件自主可控,是中国建设“制造强国”的必由之路。   01   国产工业软件之殇:   基础薄弱、理念落后、盗版猖獗   在《软件产品分类国家标准》(国标GB/T-36475-2018)中,工业软件(Industrial Software)被定义为在工业领域辅助进行工业设计、生产、通讯、控制的软件,其被细分为研发设计、生产制造、经营管理、运维服务四大类。   在实际应用中,工业软件可以极大地提高工业企业研发、制造、生产管理水平,提升工业管理性能和设计效率,有效节约成本,并实现可视化管理。   不同于传统意义上的软件,工业软件更依赖于工业积累而非编程。受限于工业知识和基础科学知识沉淀不足,研发设计类工业软件国产化进度最为落后,国产化率仅为5%,且多数研发设计类工业软件仅应用于工业机理简单、系统功能单一、行业复杂度低的领域。   业内专家表示,工业软件本质是工业的结晶,而非IT的产物。因为它的内核凝结了工业化长期积累的工业知识、诀窍与经验。而我国工业软件企业多以IT企业为主,并没有坚实的工业基础和背景,这是我国工业软件难以占领中高端市场的一大因素。   另一方面,我国的工业企业更注重“制造”而非“研发设计”。很多工业企业都是以代工起家,这种理念及发展模式也阻碍了研发设计类工业软件的发展。   此外,据国产工业软件厂商透露,由于知识产权保护力度不足、盗版猖獗,国产工业软件的生存环境也不容乐观。有付费能力的企业大多用国外的研发设计软件,而付不起费用的小企业都在用盗版软件。   盗版软件的存在,一定程度上侵犯了软件厂商的利益,导致研发资金不足,对行业整体发展也极其不利。   02   政策支持   国内工业软件生态进一步优化   我国工业软件到底该如何破局?   从海外工业强国的经验来看,工业软件的发展始于顶层设计, 政策关注的重点在于加大资金投入、优惠政策扶植、注重产学研结合、保护知识产权、促进人才发展等方面。   反观国内,从政策情况来看,自2015年国务院发布《中国制造2025》以来,工业互联网和工业软件的相关扶持政策年年有所涉及。尤其是在2021年,国家发改委等13部门联合出台的《关于加快推动制造服务业高质量发展的意见》中提到,利用5G、大数据、云计算、人工智能、区块链等新一代信息技术,大力发展智能制造,实现供需精准高效匹配,促进制造业发展模式和企业形态根本性变革。 要加快发展工业软件、工业互联网,培育共享制造、共享设计和共享数据平台,推动制造业实现资源高效利用和价值共享。   需求方面,2020年,我国工业增加值占全球工业增加值的22.0%,而我国工业软件的市场规模仅占全球的7.4%。对比来看,我国工业软件与工业发展存在严重错位,仍处于起步阶段。随着我国制造业正向高端化、智能化方向转型升级的发展趋势下,我国工业软件升级迫在眉睫。   业内认为,受益于政策及市场的双重驱动,我国工业软件有望从技术、产品、商业模式和生态四个方面进行突破:   技术 :工业互联网、微服务、低代码等新兴技术推动工业软件从原本的单一工具软件走向定制化的平台服务,目前正在朝着“上云”和“APP化”发展。   产品 :随着国产工业软件厂商深耕行业,将增强对工业的理解和数据的积累,提高自主研发能力,国产软件的功能和性能都将逐步赶上国外软件;同时,CAD、CAE、CAM等软件由于工业流程上的衔接性,未来有望集成一体化发展。   商业模式 :云计算催生了SaaS这样的按需提供服务商业模式,定制化服务也成为另一个发展方向。   生态 :未来行业标准将出台,统一工业软件之间的数据格式,从而推动国产软件之间的配合;此外,国产软件一定程度的开源和开放也将推动工业软件发展更加迅速。   03   替代空间大   我国工业软件飞速发展   外部压力、市场环境、政策扶持和需求刺激四大因素正引导我国工业软件行业飞速发展,行业内一些优秀企业也开始崭露头角。   在核心工业软件——三维CAD领域, 君联资本所投企业华天软件推出的国内首款基于云架构的三维CAD平台CrownCAD(皇冠CAD),拥有完全自主的两大CAD核心技术:三维几何建模引擎DGM和几何约束求解器DCS。CrownCAD可以解决高端制造核心技术“卡脖子”、大型模型“转不动”、协同设计“缺平台”的痛点,让中国制造的创新设计不再受制于人。截至2022年3月,CrownCAD已有8万余名用户注册使用。   目前,华天软件已经为航空航天、核电、轨道交通等高端装备领域,以及汽车、工程机械、模具、轴承和高科技电子等通用、专用机械领域的多家企业提供全生命周期的解决方案,主要客户包括中国铁道科学研究院、商飞、TCL、潍柴动力(000338)、中车集团、中海油、中石化、中国重汽(000951)等行业领军企业。   而 联想集团旗下联想创投所投企业数码大方则是国内早期从事工业软件研发的软件公司,也是国家级专精特新“小巨人”企业。数码大方始终坚持技术创新,自主研发了数字化设计(CAD)、产品全生命周期管理(PLM)、数字化制造(MES)软件,其“大方工业云”更是工信部“工业云”试点示范平台、国家中小企业公共服务示范平台。   截至2021年末,数码大方已拥有近400项专利及著作权,其中软件发明专利111项,是国内同类软件中专利数量最多的企业。凭借强大的自主研发实力,数码大方已有超3万家企业用户、超40万互联网用户,服务覆盖装备、汽车、电子电器、航空航天等行业。   对于工业软件的国产替代,数码大方曾表示,今天国产工业软件的自主可控、国产替代,本质上应该是瞄准产业未来场景的价值,而不是对技术或产品简单的跟随替代。数字转型的价值在于数字技术对产业的赋能和解构,对质量、成本、效率、周期、个性定制、降低门槛以及绿色等方面的改善升级。   未来,数码大方、华天软件等工业软件企业将逐步成为中国经济强大韧性的重要保障。它们瞄准中国制造的短板,在细分领域上成长为“隐形冠军”,有望在专业化、精细化生产的道路上继续发展,成为推动经济高质量发展的重要动力。