中國(guó)儲(chǔ)能網(wǎng)訊：隨著“雙碳”目標(biāo)的提出，新能源得到快速發(fā)展。國(guó)家能源局的相關(guān)報(bào)告顯示，截止2023年上半年，全國(guó)新能源裝機(jī)達(dá)到13.22億kW，發(fā)電量達(dá)1.34萬(wàn)億kWh。但是，新能源具有的波動(dòng)性、隨機(jī)性和間歇性會(huì)導(dǎo)致發(fā)電量短期大幅度變化，大規(guī)模、高比例新能源接入電力系統(tǒng)會(huì)影響電網(wǎng)穩(wěn)定性，降低電能質(zhì)量，需要采取措施平衡電力系統(tǒng)的供需差異，儲(chǔ)能可以存儲(chǔ)冗余電量并在電力短缺時(shí)發(fā)電，是解決這一需求的途徑之一。壓氣儲(chǔ)能（Compressed Air Energy Storage,CAES）作為新型物理儲(chǔ)能受到廣泛關(guān)注。
壓氣儲(chǔ)能電站在用電波谷時(shí)段通過(guò)壓縮機(jī)將多余電能以高壓空氣的形式進(jìn)行儲(chǔ)集，在用電波峰時(shí)段利用高壓空氣膨脹推動(dòng)透平發(fā)電。壓氣儲(chǔ)能的優(yōu)勢(shì)在于其較好的適應(yīng)性，儲(chǔ)氣裝置可以被放置在地下洞穴或已經(jīng)存在的地下設(shè)施中，從而最大程度地減少占地空間?，F(xiàn)如今對(duì)壓氣儲(chǔ)能的研究已經(jīng)從試點(diǎn)逐步轉(zhuǎn)為商業(yè)應(yīng)用。2016年在貴州畢節(jié)，中科院陳海生團(tuán)隊(duì)研究并建造了壓氣儲(chǔ)能國(guó)家示范電站，系統(tǒng)發(fā)電功率為10MW，效率高達(dá)60.2%。2021年在江蘇金壇，中國(guó)第一個(gè)60MW/300MWh先進(jìn)絕熱壓氣儲(chǔ)能電站成功運(yùn)行。該電站采用“非補(bǔ)燃”技術(shù)將效率提高到60%以上，在世界上首次實(shí)現(xiàn)壓縮空氣“零碳發(fā)電”。伴隨著越來(lái)越多的壓氣儲(chǔ)能項(xiàng)目規(guī)劃立項(xiàng)和開(kāi)工建設(shè)，如何更高效安全地建設(shè)壓氣儲(chǔ)能電站已成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。
智能建造是一種利用數(shù)據(jù)分析和自動(dòng)化工具來(lái)優(yōu)化建筑物全生命周期的建造方法。它涵蓋從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)到維護(hù)和拆除的各個(gè)階段，旨在提高效率、降低成本并提供更優(yōu)質(zhì)的建筑和服務(wù)，將其引入壓氣儲(chǔ)能電站建設(shè)領(lǐng)域可以降低電站建設(shè)成本，提高電站建設(shè)效率。眾多學(xué)者針對(duì)智能建造領(lǐng)域開(kāi)展了廣泛研究。尤志嘉等[8]呈現(xiàn)了一個(gè)智能建造理論體系的框架，揭示其科學(xué)內(nèi)涵并展示內(nèi)在邏輯聯(lián)系。陳珂等提出新一代智能建設(shè)體系的信息技術(shù)，其特點(diǎn)是數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化。樊啟祥等提出一套智能構(gòu)建的閉環(huán)控制理論，在定量描述的基礎(chǔ)上對(duì)新的建設(shè)活動(dòng)進(jìn)行感知、分析、控制和持續(xù)優(yōu)化。毛超等認(rèn)為智能建造核心邏輯是基于建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）和物料清單（Bill of Material,BOM）的數(shù)據(jù)統(tǒng)一。BIM是智能建造的核心工具之一。它是一種數(shù)字化的建筑信息模型，整合了建筑物的幾何形狀、構(gòu)造、材料屬性和各種數(shù)據(jù)，為設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營(yíng)階段提供全面支持。BIM可以提高協(xié)作效率、減少錯(cuò)誤、優(yōu)化資源使用，并在整個(gè)建筑生命周期中支持智能決策。
上述研究分別從智能建造的理論框架、信息處理、控制策略及核心邏輯等角度開(kāi)展了論述，但都停留在理論研究階段，對(duì)于智能建造的實(shí)際應(yīng)用并沒(méi)有涉及。壓氣儲(chǔ)能作為新型物理儲(chǔ)能，在其建造體系中融入智能建造具有很大的研究?jī)r(jià)值。因此，本文將智能建造融入壓氣儲(chǔ)能電站的建造體系中。通過(guò)各種智能設(shè)備及關(guān)鍵技術(shù)從空間及時(shí)間各個(gè)維度輔助壓氣儲(chǔ)能電站的建設(shè)及運(yùn)維；使得電站建造的各個(gè)環(huán)節(jié)銜接緊密；加強(qiáng)電站建造過(guò)程的信息傳遞。探究壓氣儲(chǔ)能電站建設(shè)領(lǐng)域使用智能建造技術(shù)對(duì)電站建設(shè)成本及建設(shè)效率的影響。
1.壓氣儲(chǔ)能電站工程特點(diǎn)分析
與火電站等常規(guī)發(fā)電系統(tǒng)相比，壓氣儲(chǔ)能電站的工程建造有以下優(yōu)點(diǎn)：壓氣儲(chǔ)能電站的介質(zhì)為空氣，電站運(yùn)行中沒(méi)有大量化石能源地參與，因此建造過(guò)程中不需要考慮燃料供應(yīng)及排放物處理，對(duì)周圍環(huán)境的影響??；壓氣儲(chǔ)能電站結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單易維護(hù)，如壓縮機(jī)組、膨脹機(jī)組、換熱器和儲(chǔ)氣設(shè)備等主要設(shè)備布置集中，在電站維護(hù)階段，只需定期檢查設(shè)備和儲(chǔ)氣裝置的狀態(tài)；壓氣儲(chǔ)能電站可以實(shí)現(xiàn)模塊化施工和積木式組裝，百兆瓦級(jí)壓氣儲(chǔ)能電站可以在小型壓氣儲(chǔ)能電站的基礎(chǔ)上積木式地逐年擴(kuò)建，這種建造方法有利于電站設(shè)備更新?lián)Q代。同時(shí)，壓氣儲(chǔ)能電站在建造過(guò)程中也會(huì)有一些難點(diǎn)，例如儲(chǔ)氣設(shè)備密封不嚴(yán)、壓縮機(jī)及膨脹機(jī)選型困難等。這些問(wèn)題都需要建造電站的各單位多次研究探討，為了提高效率并降低成本，考慮在壓氣儲(chǔ)能電站建造工程中引入智能建造技術(shù)。
2.壓氣儲(chǔ)能電站的智能建造體系
壓氣儲(chǔ)能電站的智能建造體系可分為空間維度和時(shí)間維度。
2.1 壓氣儲(chǔ)能電站的智能建造空間維度體系
壓氣儲(chǔ)能電站的智能建造空間維度體系可分為5個(gè)基本層次，分別為壓氣儲(chǔ)能空間層、感知層、傳輸層、分析層和決策層，如圖1所示。壓氣儲(chǔ)能空間層是物理層。感知層負(fù)責(zé)感知和處理對(duì)象。傳輸層將感知層獲取的信息傳送至分析層的儲(chǔ)存空間。信息在分析層中進(jìn)行分析處理。決策層的各服務(wù)子層調(diào)用分析層，智能表達(dá)處理結(jié)果，并將決策信息反饋回感知層。
2.1.1 感知層
感知層涵蓋了數(shù)據(jù)采集、傳感器感知、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)等技術(shù)，目的是獲取壓氣儲(chǔ)能電站的數(shù)據(jù)和信息并將其數(shù)字化進(jìn)行分析和決策。在壓氣儲(chǔ)能電站智能建造的感知層，通過(guò)各種感知設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)的功能如表1所示。通過(guò)感知層可以實(shí)現(xiàn)電站建設(shè)過(guò)程中各種數(shù)據(jù)參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
在壓氣儲(chǔ)能電站項(xiàng)目中，利用固定式攝像頭、移動(dòng)布控球、AR全景攝像頭等監(jiān)控設(shè)備，建立了分布式現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)視體系，全面覆蓋主要施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)。利用先進(jìn)傳感技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)等實(shí)現(xiàn)鹽穴地面沉降監(jiān)測(cè)、施工環(huán)境監(jiān)測(cè)以及井筒健康監(jiān)測(cè)。
2.1.2 傳輸層
傳輸層涵蓋了數(shù)據(jù)傳輸、通信網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，旨在實(shí)現(xiàn)電站各個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施之間的數(shù)據(jù)交換、共享和處理。傳輸層通過(guò)連接各種智能設(shè)備和系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)傳輸、集成和分析，從而實(shí)現(xiàn)更高層次的自動(dòng)化和智能化。
在壓氣儲(chǔ)能電站智能建造的傳輸層，通過(guò)硬件間的信息交換可以實(shí)現(xiàn)的功能如表2所示。傳輸層可以自動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸并實(shí)時(shí)反饋。壓氣儲(chǔ)能電站的傳輸層具有通信和電力這兩種協(xié)議。與通用的通信協(xié)議相比，電力傳輸協(xié)議用于傳輸與電力系統(tǒng)相關(guān)的數(shù)據(jù)，如電流、電壓、功率因數(shù)等；電力系統(tǒng)需要實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和響應(yīng)，因此電力傳輸協(xié)議對(duì)數(shù)據(jù)的精度有較高要求；電力傳輸協(xié)議強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的安全性、機(jī)密性和完整性，對(duì)通信身份進(jìn)行嚴(yán)格驗(yàn)證。
2.1.3 分析層
分析層涵蓋了數(shù)據(jù)分析、實(shí)時(shí)處理、模型預(yù)測(cè)等技術(shù)，從感知層和傳輸層收集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)中提取有價(jià)值的信息和趨勢(shì)，分析層可以幫助電站工作人員及時(shí)做出決策，優(yōu)化電站管理。通過(guò)云數(shù)據(jù)庫(kù)及云計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)的功能如表3所示。分析層的目標(biāo)是利用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和分析技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電站及其相關(guān)設(shè)施的即時(shí)監(jiān)測(cè)、預(yù)測(cè)和優(yōu)化。這種實(shí)時(shí)性能夠幫助用戶迅速做出決策，及時(shí)應(yīng)對(duì)變化，提高運(yùn)行效率和資源利用率。在300MW級(jí)壓氣儲(chǔ)能電站示范工程中，實(shí)現(xiàn)了工程標(biāo)段劃分、人員智能分析、智能告警、安全風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)、環(huán)境敏感點(diǎn)核查等功能。其中，工程標(biāo)段劃分對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，通過(guò)記錄工程節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各方施工進(jìn)度調(diào)整及相關(guān)變動(dòng)。人員智能分析包括考勤人員統(tǒng)計(jì)、特種作業(yè)人員分類及統(tǒng)計(jì)、請(qǐng)/休假人員統(tǒng)計(jì)、各項(xiàng)目部請(qǐng)/休假情況、考勤人數(shù)趨勢(shì)分析等方面。智能預(yù)警包括煙火監(jiān)測(cè)、陌生人識(shí)別、未戴安全帽、越界偵測(cè)等。安全風(fēng)險(xiǎn)統(tǒng)計(jì)對(duì)作業(yè)施工中發(fā)生的異常工況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并對(duì)異常工況進(jìn)行實(shí)時(shí)分析。
2.1.4 決策層
決策層涵蓋了人工智能、決策支持等技術(shù)，旨在分析從感知層到分析層的數(shù)據(jù)，為各種決策提供智能化支持和指導(dǎo)。
決策層的功能如表4所示，決策層的決策能反饋到設(shè)計(jì)、制造、施工及運(yùn)維各個(gè)階段。在300MW級(jí)壓氣儲(chǔ)能電站示范工程項(xiàng)目中，智能決策分為依托‘大云物智移’對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，自主生成問(wèn)題解決綜合最優(yōu)方案，如在設(shè)備（如壓縮機(jī)、膨脹機(jī)等）運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生嚴(yán)重工況預(yù)警，大數(shù)據(jù)分析平臺(tái)能及時(shí)做出判斷，并做出智能決策，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自主啟停。
2.2 壓氣儲(chǔ)能電站時(shí)間維度體系
壓氣儲(chǔ)能電站時(shí)間維度體系可分為4個(gè)階段，分別為智能設(shè)計(jì)、制造、施工及運(yùn)維。
如圖4所示，在智能設(shè)計(jì)階段，對(duì)電站總體規(guī)劃做出智能設(shè)計(jì)方案，對(duì)電站的普通構(gòu)件進(jìn)行拆分設(shè)計(jì)，對(duì)特殊部件進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)或定制，最終得出設(shè)計(jì)物料清單及施工方案；在智能制造階段，工廠根據(jù)生產(chǎn)物料清單及方案數(shù)據(jù)包制定生產(chǎn)準(zhǔn)備、材料選購(gòu)和生產(chǎn)計(jì)劃，根據(jù)計(jì)劃所提供的交付計(jì)劃和構(gòu)件工藝要求來(lái)制定生產(chǎn)計(jì)劃，包括生產(chǎn)進(jìn)度、物料采購(gòu)與調(diào)配管理等，生產(chǎn)階段的信息流入施工階段，以輔助施工單位進(jìn)行施工進(jìn)度安排，同時(shí)施工階段的需求和進(jìn)度信息也會(huì)反過(guò)來(lái)指導(dǎo)構(gòu)件生產(chǎn)；施工現(xiàn)場(chǎng)的采購(gòu)和施工信息等匯總到模型中，這是一個(gè)數(shù)字孿生模型，完全模擬了物理空間的建筑實(shí)體。可對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)施工進(jìn)度、預(yù)警施工風(fēng)險(xiǎn)、監(jiān)控施工質(zhì)量等，從而優(yōu)化施工安排；在最終的智能運(yùn)維階段，通過(guò)BIM等平臺(tái)實(shí)現(xiàn)電站智能巡檢、設(shè)備運(yùn)行維護(hù)等功能。
3.CAES電站的智能建造關(guān)鍵技術(shù)
在壓氣儲(chǔ)能電站的建造體系中應(yīng)用智能建造相關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)可以加速電站建造速度并提高電站建設(shè)的準(zhǔn)確性和安全性。將這些關(guān)鍵技術(shù)歸納為智能設(shè)計(jì)、智能制造、智能施工及智能運(yùn)維4個(gè)階段，如圖5所示。
這些關(guān)鍵技術(shù)可通過(guò)BIM平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理與應(yīng)用。在設(shè)計(jì)階段，將關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)物理模型輸入BIM軟件，在制造和施工階段，通過(guò)BIM平臺(tái)實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸及交互。在運(yùn)維階段，將BIM平臺(tái)數(shù)據(jù)與其他平臺(tái)結(jié)合輔助電站運(yùn)行[16]。
3.1 智能設(shè)計(jì)階段
在智能設(shè)計(jì)階段，壓氣儲(chǔ)能電站智能建造體系的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
1）三維數(shù)字化建模：使用BIM等三維建模軟件，對(duì)壓氣儲(chǔ)能電廠的地質(zhì)、土建、機(jī)組本體、地下管網(wǎng)等電廠設(shè)備及建筑物進(jìn)行三維建模，構(gòu)建整個(gè)電廠的1:1整體三維模型[17]。
2）聲納測(cè)腔反射解譯：利用聲納向儲(chǔ)氣室的腔體邊界發(fā)射聲波，通過(guò)時(shí)間差曲線將聲波由發(fā)射探頭經(jīng)反射返回接收探頭的時(shí)間差記錄下來(lái)，從而獲得儲(chǔ)氣室的外形和體積，并在儲(chǔ)氣室內(nèi)將已獲得的多波束和聲吶的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行幾何匹配。
3）管線綜合深化設(shè)計(jì)：制定管道的命名規(guī)則及顏色劃分，確定機(jī)電模型的精度與深度。根據(jù)各專業(yè)智能建造模型，對(duì)有碰撞的部位進(jìn)行翻彎調(diào)整，預(yù)先發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目圖紙的錯(cuò)誤[18]。
4）地下管網(wǎng)設(shè)計(jì)：利用探測(cè)設(shè)備對(duì)管線預(yù)設(shè)位置、管線深度進(jìn)行探測(cè)，并將數(shù)據(jù)信息歸納為施工圖深化設(shè)計(jì)模型，在模型對(duì)應(yīng)位置的管線上標(biāo)注所獲取的數(shù)據(jù)信息，輔助工作人員管理、施工地下管線[19]。
5）正向三維設(shè)計(jì)出圖：正向出圖技術(shù)是一項(xiàng)創(chuàng)新性的數(shù)字化方法，用于將電站設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為實(shí)際施工所需的信息完整準(zhǔn)確的2D圖紙。3D至2D的信息轉(zhuǎn)化與圖紙的自動(dòng)繪制是正向三維出圖技術(shù)的重點(diǎn)。信息轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，需要建立CAES電站相關(guān)設(shè)備的精準(zhǔn)3D模型，利用幾何運(yùn)算將2D視圖的幾何輪廓信息導(dǎo)出并轉(zhuǎn)換成為中間數(shù)據(jù)文件。在繪制圖紙階段，進(jìn)行信息讀取和相關(guān)的圖紙繪制。通過(guò)讀取中間文件獲得對(duì)應(yīng)的2D視圖。正向三維出圖將不同維度的信息高度集成到同一平臺(tái)，彌補(bǔ)了二維圖紙不能深化應(yīng)用及信息傳遞的缺點(diǎn)，有效提高了電站設(shè)計(jì)效率[20]。
3.2 智能制造階段
在智能制造階段，壓氣儲(chǔ)能電站智能建造體系的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
1）制造智能化管理：工廠根據(jù)BOM數(shù)據(jù)包制定電站包括生產(chǎn)進(jìn)度、物料采購(gòu)及調(diào)配管理等在內(nèi)的生產(chǎn)準(zhǔn)備工作。將所有生產(chǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)整合到BIM模型中，對(duì)設(shè)備和部件的生產(chǎn)進(jìn)行質(zhì)量管理和進(jìn)度監(jiān)測(cè)。
2）智能焊縫探傷：輸入所有焊縫的等級(jí)及需探傷的區(qū)域，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度計(jì)劃，預(yù)警探傷時(shí)間。探傷完成后在模型中輸入焊縫信息，判定是否有遺漏，基于判定結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步處理。
3）設(shè)備虛擬預(yù)組裝：根據(jù)設(shè)計(jì)院或生產(chǎn)廠商提供的數(shù)據(jù)或模型，對(duì)工程中重要的機(jī)電設(shè)備進(jìn)行虛擬預(yù)拼裝，提前發(fā)現(xiàn)加工缺陷，加深設(shè)計(jì)加工的一體化銜接以減少加工甚至施工階段的返工情況。
4）數(shù)字孿生體構(gòu)建：根據(jù)建筑信息模型之間的關(guān)系搭建壓氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的數(shù)字孿生場(chǎng)景。建立各建筑信息模型的關(guān)聯(lián)關(guān)系和本構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)各個(gè)模型之間的關(guān)聯(lián)[21]。
3.3 智能施工階段
在智能施工階段，壓氣儲(chǔ)能電站智能建造體系的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
1）5D施工管理：通過(guò)5D施工管理技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度模擬和動(dòng)態(tài)成本管理。結(jié)合BIM與可視化技術(shù)，構(gòu)建可視化環(huán)境對(duì)工程施工進(jìn)度指標(biāo)的可視化監(jiān)測(cè)；運(yùn)用BIM與5D模型，精準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)工程中的所有物料資源、設(shè)備設(shè)施等資源的需求數(shù)量，合理控制工程施工成本[22]。
2）現(xiàn)場(chǎng)管控和人員定位：基于智能建造平臺(tái)，對(duì)出入車輛進(jìn)行識(shí)別，對(duì)接智能安全帽、監(jiān)測(cè)手環(huán)等設(shè)備感知數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)掌控作業(yè)人員的生命體征、位置和行動(dòng)軌跡。通過(guò)高清語(yǔ)音對(duì)講實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程對(duì)話，輔助遠(yuǎn)程協(xié)作指導(dǎo)作業(yè)、監(jiān)督檢查以及應(yīng)急指揮。
3）作業(yè)微環(huán)境監(jiān)測(cè)：基于微環(huán)境智能在線監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)時(shí)三維可視化監(jiān)測(cè)（包括氧氣、硫化氫、二氧化硫、氨氣等有害氣體濃度），監(jiān)測(cè)數(shù)值達(dá)到預(yù)警值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警提醒[23]。
4）智能安防及機(jī)器狀態(tài)感知：利用固定式攝像頭等監(jiān)控設(shè)備建立分布式現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控體系。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)塔吊、升降機(jī)、卸料平臺(tái)等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)顯示各機(jī)器具間的空間位置、距離、速度、載重等，當(dāng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超過(guò)設(shè)定的閾值，系統(tǒng)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警提醒。
5）鹽穴智能施工及儲(chǔ)氣穩(wěn)定監(jiān)測(cè)：通過(guò)自動(dòng)分析圍巖屬性及實(shí)際施工進(jìn)度信息直觀展示鹽穴的圍巖類別及分布，針對(duì)鹽穴的溫度、壓力、流量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判別腔體是否存在泄漏問(wèn)題。
3.4 智能運(yùn)維階段
在智能運(yùn)維階段，壓氣儲(chǔ)能電站智能建造體系的關(guān)鍵技術(shù)主要包括：
1）設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)：通過(guò)對(duì)接監(jiān)控信息系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)電廠各主要設(shè)備運(yùn)行時(shí)間、啟停次數(shù)、停運(yùn)時(shí)間、檢修時(shí)間等數(shù)據(jù)，降低因設(shè)備故障導(dǎo)致的事故及停機(jī)時(shí)間。
2）三維數(shù)字化交付：利用數(shù)字化移交軟件，將全廠三維數(shù)字化模型與主要設(shè)備屬性及設(shè)備相關(guān)數(shù)字化檔案導(dǎo)入移交平臺(tái)組織，進(jìn)行數(shù)字化交付。交付數(shù)據(jù)全面涵蓋電廠鹽穴地質(zhì)、結(jié)構(gòu)、屬性、設(shè)備關(guān)聯(lián)關(guān)系等各種業(yè)務(wù)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，并按照進(jìn)度來(lái)實(shí)施漸進(jìn)式的交付。工程竣工后，按竣工圖進(jìn)行移交[24]。
3）全生命周期信息庫(kù)：構(gòu)建設(shè)備全生命周期信息庫(kù)，逐步累積壓氣儲(chǔ)能電站設(shè)計(jì)、制造、施工及運(yùn)維的過(guò)程資料，實(shí)現(xiàn)全生命周期的模型、圖屬、過(guò)程資料、運(yùn)行數(shù)據(jù)的查詢與分析。
4）性能計(jì)算與分析：計(jì)算電廠各設(shè)備的性能效率，根據(jù)電價(jià)等經(jīng)濟(jì)性信息計(jì)算單個(gè)機(jī)組及全廠相關(guān)的各個(gè)成本指標(biāo)。通過(guò)這些方式，壓氣儲(chǔ)能電廠的決策人員可以隨時(shí)了解當(dāng)前機(jī)組的性能及成本等信息。
4.應(yīng)用實(shí)例
中國(guó)能建湖北應(yīng)城300MW級(jí)壓氣儲(chǔ)能電站是世界首臺(tái)300MW壓氣儲(chǔ)能示范工程，采用了全球首創(chuàng)、全綠色、非補(bǔ)燃、高效率的300MW級(jí)壓氣儲(chǔ)能技術(shù)。該工程是國(guó)家新型儲(chǔ)能試點(diǎn)示范項(xiàng)目，利用廢棄鹽礦作為儲(chǔ)氣庫(kù)，每天可儲(chǔ)能8小時(shí)、釋能5小時(shí)，儲(chǔ)能容量達(dá)1500兆瓦時(shí)，系統(tǒng)轉(zhuǎn)換效率約70%，能夠有效提升區(qū)域電網(wǎng)的調(diào)峰能力，促進(jìn)電網(wǎng)消納更多風(fēng)電、光伏等新能源[25]。項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中，本文的壓氣儲(chǔ)能電站智能制造體系及其關(guān)鍵技術(shù)相關(guān)成果也得到了有效應(yīng)用。
在智能設(shè)計(jì)階段，電站采用正向出圖的設(shè)計(jì)方式，基于“先建模后出圖”的設(shè)計(jì)思維理念，建立壓氣儲(chǔ)能電站廠地三維模型。該工程地上部分采用工廠三維布置設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)（Plant DesignManagement System,PDMS）平臺(tái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，地下部分基于老腔對(duì)儲(chǔ)庫(kù)進(jìn)行改建。其地下三維模型的創(chuàng)建通過(guò)聲吶測(cè)腔、地震勘探技術(shù)以及對(duì)各參建單位的收資完成。在智能設(shè)計(jì)階段，相關(guān)設(shè)計(jì)文檔分為初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、竣工圖設(shè)計(jì)三種。
在智能制造階段，將詳細(xì)設(shè)計(jì)圖紙傳入生產(chǎn)系統(tǒng)。根據(jù)工藝路線發(fā)布采購(gòu)計(jì)劃，采購(gòu)原材料。原材料采購(gòu)?fù)瓿珊筮M(jìn)入生產(chǎn)車間加工生產(chǎn)。設(shè)計(jì)人員全程進(jìn)行技術(shù)支持。檢驗(yàn)階段以人工檢驗(yàn)為主，通過(guò)檢測(cè)單、視頻和照片等多種方式進(jìn)行檔備案。設(shè)備生產(chǎn)完成后在廠區(qū)進(jìn)行設(shè)備虛擬組裝以及實(shí)物組裝測(cè)試。智能制造全過(guò)程采用智能化管理方式，對(duì)交付時(shí)間、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)、物料采購(gòu)、儲(chǔ)備管理等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和精準(zhǔn)調(diào)控。在智能施工階段，電站采用智慧三維平臺(tái)。
如圖4所示，電站采用“工地一張圖”的監(jiān)管模式，依托電廠三維數(shù)字化模型展示廠區(qū)鹽穴、地下及地上的基本結(jié)構(gòu)和項(xiàng)目基本信息，形成相互關(guān)聯(lián)的工地實(shí)時(shí)信息展示[26]。目前，該平臺(tái)能做到工地現(xiàn)場(chǎng)多物聯(lián)感知覆蓋采集。在此基礎(chǔ)上，將平臺(tái)功能劃分為工程影像、業(yè)務(wù)總覽、重點(diǎn)區(qū)域監(jiān)測(cè)、基礎(chǔ)監(jiān)測(cè)、智能門禁、視頻監(jiān)控、施工機(jī)械管理、鹽穴地質(zhì)監(jiān)測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智能告警、智能廣播等分區(qū)。
在智能運(yùn)維階段，電站相關(guān)的研究正在進(jìn)行。電站完工后智能運(yùn)維將包括BIM可視化鹽穴及井筒健康診斷監(jiān)測(cè)、地下管網(wǎng)泄漏檢測(cè)、全廠三維預(yù)覽和漫游、設(shè)備拆解智能培訓(xùn)、設(shè)備管理與仿真培訓(xùn)等關(guān)鍵技術(shù)。
壓氣儲(chǔ)能電站智能制造體系及其關(guān)鍵技術(shù)研究實(shí)現(xiàn)了壓氣儲(chǔ)能工程數(shù)據(jù)感知、傳輸、分析、決策的全場(chǎng)景應(yīng)用，以及從設(shè)計(jì)、制造、施工、到運(yùn)維的全生命周期貫通，為湖北應(yīng)城300MW級(jí)壓氣儲(chǔ)能電站的順利建設(shè)提供了有力支撐。
5.結(jié)論
提出了壓氣儲(chǔ)能電站智能建造體系，以智能建造系統(tǒng)架構(gòu)為指導(dǎo)，對(duì)壓氣儲(chǔ)能電站智能建造的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用。
1）對(duì)壓氣儲(chǔ)能系統(tǒng)的工程特點(diǎn)及智能建造體系進(jìn)行分析。從空間及時(shí)間雙重維度梳理了智能建造應(yīng)用于壓氣儲(chǔ)能電站建造體系的整體流程，并通過(guò)300MW壓氣儲(chǔ)能電站示范項(xiàng)目的相關(guān)資料驗(yàn)證了該體系的可行性。
2）對(duì)壓氣儲(chǔ)能系統(tǒng)智能制造體系內(nèi)的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了研究。歸納整理智能建造相關(guān)技術(shù)并進(jìn)行分析，表明智能建造的關(guān)鍵技術(shù)可以加速壓氣儲(chǔ)能電站建造速度并提高電站建設(shè)的準(zhǔn)確性和安全性。
3）智能建造加快了壓氣儲(chǔ)能電站的物料及數(shù)據(jù)等資源統(tǒng)籌速度，降低電站建設(shè)成本并提高電站建設(shè)效率?；谥悄芙ㄔ斓膲簹鈨?chǔ)能電站體系的研究和應(yīng)用可以加速壓氣儲(chǔ)能的商業(yè)化進(jìn)程，為儲(chǔ)能領(lǐng)域的研究提供創(chuàng)新技術(shù)支持。
