在抗战70周年胜利的阅兵方阵中,有这样一个“飞机”方队并没有雄赳赳气昂昂地飞越天安门,而是被放置在装载车里在陆地上前进。飞机为什么不在天上飞,而在地上跑?


其实他们是无人机方队。由于目前的现役无人机还没有密集编队的飞行能力,所以作为阅兵飞行方队之一,他们只能做一个“安静的美机器人”。



无人机方队
我们对无人机并不陌生,汪峰用无人机向章子怡求婚就曾经让这台空中机器人名声大噪一回。但你可能还不知道的是,无人机早就已经和能源行业息息相关,尤其是新能源。


由于无人机体积小、重量轻、飞行敏捷,所以其在新能源行业最主要的应用便是无人机巡检,即用无人机来替代人工巡检光伏电站以及风电场。
我们知道,每一个发电站都时时刻刻被监控,也需要人工定期检查,以便能够在电站出现大故障之前就发现问题,及时修理故障,减少损失。如果对于小规模的发电站,人力就可以完成在发电站内巡视的工作,比如通过肉眼来检查太阳能电池板的外观是否有异常。
但国内现在已经建成的地面光伏电站大多都是几十兆瓦以上的规模,这些大型地面电站覆盖面积大,组件系统排布密集,日常电池板巡检工作量很大,虽然有光伏电站检测主控系统能够报告各个发电单元的发电状况,但是如果要实现对兆瓦级的光伏电站每个电池板,甚至是每个电池片的发电监控,真的不太容易,单单靠人力完成这些工作也会耗费巨大的时间和人力成本。
无人机的出现在这里就体现出了重要的作用,用机器来监测电站能够明显提高对电站隐患、故障的定位检查,与此同时,还能够有效降低人员安全风险。
而现在,全世界的企业都纷纷开始用小型无人机来检测风机以及百万光伏电站太阳能电池板的故障了。
一、日本A-Style公司
A-Style公司原本的主要业务是日本住宅的屋顶和外装施工,但随着住宅用光伏发电系统开始在日本普及,A-Style从2006年开始涉足光伏发电系统设置业务。除了能够提供EPC服务、O&M(运营及维护)和自主售电业务外,该公司还开展远程监控系统等O&M所需设备和系统的销售及服务业务。其中之一就是利用无人机来掌握太阳能电池板的故障。
无人机可以利用由远程传感技术中心提供的红外相机和图像分析技术等来检测光伏电池板的状况。远程的监控人员可以从红外相机拍摄的图像,热点等与周围的电池板相比就可以看出电站有没有出现问题,比如温度相对较高的位置就可能会发生某种故障。电池板温度升高的原因有很多种,电池板上的污渍和鸟粪有时会导致温度升高;因电池板故障和连接故障也会导致温度升高。这是目前所有无人机巡检通用的技术特点。
使用分辨率越高的相机,越低空飞行拍摄,就越能详细观察电池板及其周围的情况。不过,要提高相机分辨率,成本会相应升高。根据A-Style的调查,以距离地面40m左右的高度飞行时,使用640×480像素的红外相机,基本能够掌握预计是因为太阳能电池板的故障造成的温度上升。不过,640×480像素的红外相机价格一般比较高,而且很重,会影响到无人机的飞行稳定性和飞行时间。
由此,A-Style的无人机上采用了一种640×480像素,但小型轻量化的红外相机。这种相机目前在市场上还没有商业化,而是由日本厂商制造的专门给无人机用的产品。它的精确程度除了能够监测电池板故障之外,连电池板背面安装的接线盒在发电过程中发热异常的情况也能确认。

A-Style从2014年底起在受托O&M的光伏电站,开始试验性地利用无人机拍摄太阳能电池板
二、谷歌公司Skycatch用无人机来检测太阳能农场
从去年开始,SolarCity 和First Solar也相继利用无人机来巡检电站,对太阳能农场的光伏产品进行检测业务。而为他们提供相关服务的是一家在2013年才成立的新兴美国企业Skycatch,该公司在创业种子期就得到谷歌公司的投资。
Skycatch公司生产的quadcopter无人机是利用4个旋翼产生升力的四旋翼直升机。重量约为2.3千克,根据用途配备多种传感器和摄像头,采用自主导航GPS和声纳技术,可以对故障位置进行准确的定位。在对太阳能农场光伏产品检查时,配备一个重量只有70克的Tau红外相机就可以进行工作。quadcopter的时速可以达到80公里/小时,飞行高度达到120米,抗风能力强,对于40公里/小时的风力其漂移距离是30厘米。

值得一提的是,这架飞机的电池上携带有15GB的存储器,虽然会受到传感器和摄像头重量、飞行高度及风况的影响,但平均来说,一次飞行仍然可以维持30分钟,并收集15GB的数据。一旦电池用完或是存储空间已满,它会立即飞回基地的一个黑箱子中,无人机着陆后,机器人手臂会从箱子中伸出来,把无人机用过的电池换成新电池。而每次飞行结束,无人机都会直接上传数据,因此Skycatch的客户几乎可以实时获得最新的数据。
三、无人机巡检风机
除了光伏电站,无人机对于风机的检测也有很大帮助。一般来说,风电场都安装在风资源丰富的西部地区,条件均较为恶劣。以往工人在检查叶片时,需要从地面上对每个叶片进行拍照,风机一般高达数十米,爬上爬下非常辛苦,有时工作人员需要一天24小时都在风机上待着。这种方法不仅耗时,而且还存在危险。
今年5月,无人机国际航空服务公司Strat Aero和载传感器数据融合软件和分析技术供应商AirFusion,联合推出了无人机检查风电机组叶片的解决方案WindSpect。

与以往需要人工拍照不同,无人机对典型风机叶片可以进行高清拍照和高清视频拍摄,从叶片底端至顶端概况巡查,沿每片扇叶以20米距离近距飞行拍摄,最后对重点区域和可疑区域进行详查。WindSpect对人类肉眼很难或不可能观察到的损伤都可以进行检测,比如隐藏的裂缝、异物、积水、松散的粘接和不均匀涂层等。
无人机采集的检测数据会存储在一个安全数字记忆卡中。当检测完成后,将存储卡插入到安装有AirFusion风电版检测软件的计算机中,就可以对视频和传感器数据进行分析,并自动生产分析报表。
标准的风电机组维护程序对3支叶片进行检测并生成损伤分析和维修计划报告,大概需要花费4~6小时;而WindSpect的无人机检查方案则仅需1个小时就可以完成了。
四、中国远景使用无人机监测数据
现在中国新能源公司也开始运用无人机技术了,远景的阿波罗光伏平台最近将无人机引入到光伏电站运维中。
随着光伏电站规模的扩大, 对于拍摄几十兆瓦规模的百万光伏电站来说,在无人机巡检飞行稳定的同时,还需要其可以在拍摄的图像上添加位置信息。
如果只是几兆瓦的电站,无人机可以在检查人员在场时飞行,当从个人电脑画面上显示的红外相机图像中发现可能有故障的电池板时,检查人员可立刻前往该电池板的位置查看,就可以提高检查效率。
但对于几十兆瓦的规模,因占地面积比较大,采用这种方法的效率不高。远景的无人机带有全球定位系统,首先可以把无人机拍摄的整座发电站的图像合成为一张,因此合成图像后,配备有高清晰度和热成像相机的机器人可以检测出故障的模块和具体的发热点。由此,可以精确掌握故障电池板的位置,试想一下,百万光伏电站内电池板一排排设置,看上去都差不多,如果没有位置信息,锁定故障电池板的位置将变得非常困难。

远景要做的不仅仅是巡检,使用无人机对于远景的价值可能还在于收集电站数据。实际上,目前很多业主碰到的挑战并不是缺乏电站的实时运行数据,而是这些数据并不准确,数据的完整性也不好。
而对于很多企业来说,收集分析数据除了线上还有线下。此前,主要的线下数据收集是靠评估工程师、检测工程师组成,拿着工具去现场,进行线下的红外、EL隐裂、功率等检测,条件艰苦,而且非常耗时。如果借助无人机,效率就会提高很多。无人机技术可以使用高分辨率的航空影像和摄影来测量数据,包括激光雷达、归一化植被指数分析、地理位置、红外检测等机器视觉数据。
单纯的数据是远远满足不了客户需求的,从数据基础上衍生和推导的结论才是核心,因此能够收集完整数据的工具在这里就显得更加至关重要了。
原标题:你可能不知道:无人机和新能源一直都是好朋友