2023赋能风电行业数字化转型白皮书

■机箱机柜 ■配电组件 ■温控系统 ■IT基础设施 ■软件与服务 了解威图更多信息请登录： www.rittal.com 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 保证设备长期可靠运行12 提供全生命周期服务13 数字化赋能中国风电产业14 携手中国风电企业走向海外16 第四章：应用案例17 机舱主控系统和变流系统应用案例17 电气及传感系统应用案例19 电气设计领域应用案例20 总结23 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。 0102 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%。 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。 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。 0304 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。 0506 08 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 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。 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。 090120 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。 1112 提供全生命周期服务 在平价上网以及风电高质量发展