2020年10月13日 | 工业自动化技术及设备在新能源行业的应用

工业自动化技术及设备，已经在新能源发电的系统构成、功能实现、安全运行、优化调度、电能质量保障方面得到广泛应用，并进一步推动新能源技术的发展。

石油作为工业的主要能源，它是否能再生，一直被各界讨论。值得肯定的是，石油并非清洁型能源。一方面，出于环境生态的保护，我们不得不寻找清洁型能源来降低对大自然的破坏；另一方面，石油与美元直接挂钩，在国际形势复杂的今天，各国都希望发展新型能源，来摆脱对美元的依赖。

中国是能源消耗大国，但随着社会经济的发展，能源结构也发生深刻变化。据统计，2018年国内非化石能源占比达14.3%，并且有望在今年达到15%。其中新型能源较为广泛的是水电、风电、太阳能以及核电。其中，工业自动化技术及设备，已经在新能源发电的系统构成、功能实现、安全运行、优化调度、电能质量保障方面得到广泛应用，并进一步推动新能源技术的发展。

工业自动化在新能源行业的应用

新能源产业的过去5年，在政策的刺激下，风力发电、光伏发电累积装机容量稳居世界第一。其中自动化技术与设备在新能源发电领域的应用也日趋成熟。2015年至2019年，工业自动化在新能源行业应用规模，由969.7亿上升至1099.3亿，年复合增长率为3.2%。随着新能源发电项目规模的逐年提升，工业自动化在新能源行业的应用也将迎来更加广阔的发展空间。

自动化设备主要涵盖了控制、驱动、执行、反馈、网络5个方面，其中包括工控机、SCADA系统、DCS系统、伺服变频器、传感器、工业以太网等。在新能源发电领域，自动化技术及设备主要用于保障电力系统常规安全运行，除此之外，还承担故障检测、系统自动重构、智能决策等相关工作。

以风力发电的自动化技术应用为例，风力发电机组下面的自控子系统，分别有变桨控制系统、偏航控制系统以及变流控制系统。由于风电场通常分布在人烟稀少、环境恶劣地区，集中管理难度大，人工运维的效率很低。所以，自动化技术主要用于电场区域化集中控制，对区域内个电场集中进行数据采集、监视、控制和优化，保证风电场的安全性、可靠性和经济性，以减少电场运营的人力成本。

在光伏领域，自动化系统主要用于光伏电站的电池阵列、汇流箱、逆变器、箱式变电站等一次设备进行实时监测和控制，实现设备数据采集、解析、处理、事件记录、存储，并通过各种样式的图表、趋势、报表呈现电站的运行情况，对电站数据进行实时监控。

自动化设备的智能化挑战

从风电、光伏等行业看出，除了风电机组本体的运行控制外，自动化技术在新能源产业的应用中，主要还是解决设备的维护和检测上。无论是风电场、还是光伏发电，设备一旦失效，就会影响整个机组系统的正常工作，导致系统整体服务中断。系统的失效，最主要的原因在于认为操作失误造成。为此，自动化设备在新能源产业的价值，则体现可靠性和人力成本两方面。

控制系统对发电站运行的检测、控制、优化至关重要。风向风速传感器、转速转角传感器、振动传感器、温度传感器等设备，大量应用于新能源产业中。随着工业化、信息化融合更加紧密，新能源发电的控制系统技术作为自动控制层的核心，面临这智能化的挑战。

当前，风电机组的检测和防护方面，给自动化技术和设备提出新的需求。如机组的振动、变形等状态检测和控制，海上风机的锈蚀检测与防护等等。未来的新能源产业，需要在工业云平台、大数据平台等智能化平台辅助下，控制系统具有更精准的检测能力，更强大的数据分析能力和数据传输能力。

新能源产业的自动化市场出路

总体上，随着自动化技术的不断成熟，自动控制系统不仅满足主动控制需求，对被动控制需求的开发也不断优化。北京四方、国电南瑞等企业，早期引进西门子、ABB品牌系统后，通过吸收研究，逐渐研发出自己的电力自动化系统。

在细分的领域上，新能源产业里面，自动化企业作为设备供应商，为新能源企业提供核心部件。近年来，风电、光伏发电项目，通常采用EPC总承包管理模式，即“工程设计-采购-施工总包模式。”以风电为例，风电开发商通过招标选择风电整机制造商，风电整机制造商负责工程设计、采购和施工全过程，其中包括自动化技术与设备。实际操作中，风电整机制造商，通过向自动化企业采购控制系统、传感器、连接器、大功率伺服变频器等等设备，进行整体的系统集成。

作为风电整机制造商的部件供应商，自动化企业在细分领域的耕耘尤为关键。无论是风电、还是光伏电场，都地处人烟稀少地区，甚至在环境较为恶劣的地方。如国内大西北地区，沿海的无人岛屿等等。这种特殊的环境，自动化设备需要具备的抗风沙、耐高温、防腐蚀等等功能。为此，自动化企业提供的部件，不仅要具备高效性，和长寿命的特点，还需要根据现场特殊环境，提供对应的解决方案。

结语

发展新型能源，既有环境保护因素，也有国际环境因素。值得肯定的是，新能源产业的发展是大势所趋。不过，虽然国内自动化技术基本成熟，但是仍不能很好满足实际应用。新能源产业自动化设备智能化课题，仍然有待于继续研究。

业内人士指出，首先，国内自动化技术经过十几年发展，设备故障率在5%以下，运行稳定性较高；其次，在风电、光伏行业，自动化设备更多的属于辅助设备，在提高发电率及发电厂运行监控上发挥重要作用；再次，满足新能源电场的高效率运行，工业云、大数据、人工智能与传统自动化探索，是未来自动化在新能源产业的市场出路。