提升效率、缩减成本：当风力电站加持「数字双胞胎」技术

2016-11-04 10:10:00

通过传感器收集实际物体的数据，然后在计算机上搭建一个与实际物体一模一样的虚拟物体，并通过虚拟物体来监测实际物体的运行状态，这种技术叫「数字双胞胎」（digital twin）。近些年，数字双胞胎技术在互联网以及物联网领域都得到大规模的讨论，然而，只有通用公司一家，将它带入到风力发电领域。

美国风力发电

从世界范围来看，风力电站的装机量，从 2016 年至 2020 年，将至少翻一番，达到 792GW。在美国，风力电站在城市电力中正扮演越来越重要的角色，像佛蒙特州柏林顿市、堪萨斯州格林斯堡市、科罗拉多州阿斯彭市，这些地方都已经实现了能源的 100% 可再生化。

（美国近海风力发电站来源：Telegraph）

据美国能源信息署发布的数据，截止到 2016 年 6 月，风电在美国能源中的比重已达到 6%，并且这一比例在逐年扩大之中。近年来，美国国内修建的风力电站将越来越多，而这也意味着，如果能提高风力电站运行效率，将在经济上产生很大收益。

风力电站引入数字双胞胎技术

美国通用公司采用了数字双胞胎技术，以管理风力电站。数字双胞胎可以简单理解为原来事物的一个克隆体或者复制品，该复制品能连接到云端，实时采集并分析数据。那么，在风力电站领域，它是如何加以运用的呢？

（数字双胞胎技术在风电领域的应用来源：YouTube）

首先，需要用计算机建构一个与原风力电站完全一样的数字电站。数字电站的数据来源于布局在真实电站各个位置的传感器所采集的数据。通过传感器，数字电站能实时管理并更新真实电站的数据。

如果真实电站存在一个潜在的安全隐患，数字电站能捕捉到真实电站的运营情况，并发出警告。比如，风轮机的动力扇常常会面临断裂的风险，数字电站能提前发现异常，维修人员会及时将动力扇加以修复而不至于其产生断裂的后果。

通用公司软件研发事业部副总裁 Colin Parris 认为，数字双胞胎的概念「核心在于理解机器」，我们对机器的各个部分理解得越多，我们越能提高生产力，并优化系统，达到性能的最佳状态。

带来的效果如何？

数字双胞胎的概念，最早由美国密歇根大学教授 Michael Grieves 于 2003 年提出，将传感器安装在实际物体的各个位置（部位），实时传输其状态、环境、位置等数据。数字双胞胎是实际物体的完全复制体，并随着实际物体更新而更新。他认为随着计算机性能的不断提升，数字双胞胎将极具发展前景。

（通用公司行业软件云服务平台Predix 来源：GE）

在知道了每个部分的运行状况后，人们能对其进行维修或者维护，以让设备尽可能高效运转，就像上文提到的风轮机故障检修一样。

并且，数字双胞胎技术能根据情况变化，预测可能会发生的结果，并采取应对措施。比如，用电需求可能会随着天气变化或其他事件发生而发生改变，电力公司能以此做出相应调整，比如增加或者减少电力供应。

最后，数字双胞胎技术能让设备根据需要，实时调整运行状态，最大化实现运行效率，提高生产力。

此前，通用公司就已经在天然气发电站上使用了数字双胞胎技术。经测试发现，在电站的整个生命周期，数字双胞胎技术的加入，能为电站的运营节省 5000 万美元；而如果该电站为全新电站，整个运营周期节省的费用更是高达 2.3 亿美元。

通用公司电力与水源事业部总裁 Steve Bolze 向第四能源记者表示，「各行各业都在被智能的数字技术所变革，但数字技术最大的机会则在能源行业。」

第四能源认为，数字双胞胎技术在能源行业将有着广阔前景。在未来，它能在虚拟世界创造、测试、建造设备，只有在数字设备上运行达到盈利预期，投资者才会投钱加以生产实体设备。但在目前计算条件的制约下，我们距离这样一个高度智能化的阶段还相对遥远，数字双胞胎现阶段将更多扮演一个镜像的角色，帮助能源公司提高效率和生产力，最终达到节省成本的目的。

本文作者张龙华，文章首发第四能源（微信号：FourthEnergy）

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