Wytwarzanie elektryczności z wiatru rozpoczęło się w XIX w., ale popularność zdobyło dopiero w ostatnich dekadach. Jednak budowa farm wiatrowych, gdzie wiele turbin jest skupionych razem, aby zapewnić energię tysiącom domów i firm, jest kosztownym i złożonym procesem. Nie każda lokalizacja jest odpowiednia dla farm wiatrowych. Aby wygenerować użyteczną ilość energii, muszą one być budowane na obszarach, w których prędkość wiatru jest wysoka i stała, na przykład na morzu.
Duńska firma Ørsted, zajmująca się zrównoważoną energią, projektuje, buduje i obsługuje farmy wiatrowe, instalacje fotowoltaiczne, bioelektrownie i magazyny energii. Wiele z jej farm wiatrowych znajduje się na morzu, gdzie proces budowy i eksploatacji jest bardziej złożony, niż na lądzie.
Energia elektryczna generowana przez morskie farmy wiatrowe jest przesyłana za pomocą przewodów, które są wkopane w dno morskie, do morskiej stacji konwerterowej. Stacja ta z kolei posiada kabel eksportowy, który przesyła energię elektryczną do lądowego złącza przejściowego. Energia jest następnie przesyłana do podstacji i dystrybuowana do sieci elektrycznej.
Ørsted od ponad 10 lat wykorzystuje technologię GIS do wspomagania procesu budowy i eksploatacji morskich farm wiatrowych. Ponieważ jednak każdy etap procesu obejmuje różnych wykonawców oraz zestawy danych i przepływy pracy, trudno jest zapewnić płynne przejścia między nimi. Dlatego wykorzystując szeroką gamę narzędzi GIS, w tym ArcGIS Dashboards, ArcGIS Pro i ArcGIS Enterprise, Ørsted tworzy scentralizowaną infrastrukturę GIS o nazwie WindGIS, która umożliwia firmie i jej interesariuszom monitorowanie każdego etapu cyklu życia morskich farm wiatrowych, usprawniając budowę i dostarczając informacje geoprzestrzenne, które pozwalają farmom wiatrowym efektywnie funkcjonować na każdym etapie, od projektu, przez budowę, po eksploatację.
Układanie fundamentów
„W fazie budowy czas ma kluczowe znaczenie” – przyznaje Georgina Smith, starsza specjalistka ds. GIS w Ørsted. „Jednym ze sposobów, w jaki ułatwiamy szybki przegląd danych, jest użycie pulpitu nawigacyjnego [utworzonego za pomocą ArcGIS Dashboards], aby zapewnić wszystkim zainteresowanym stronom natychmiastowy wgląd w kluczowe parametry instalacji kablowej. Skraca to kosztowny czas pracy statków [montujących fundamenty turbin] i pomaga nam dotrzymać krytycznych terminów”.
Zakopywanie kabli w dnie morskim pomaga zminimalizować ryzyko ich uszkodzenia przez kotwiczące statki lub narzędzia połowowe, a także obniżyć potencjalne zagrożenie dla bezpieczeństwa marynarzy. Pulpit nawigacyjny, który obsługuje to działanie, służy do monitorowania dokładności i postępów prac oraz tego, jak dobrze wykonawca zakopał kabel pod dnem morskim.
Dane dotyczące każdego układanego kabla są dostarczane przez wykonawcę do Ørsted jako zbiór punktów oddalonych od siebie co metr w formacie Excel, który jest ładowany do aplikacji ArcGIS Pro za pomocą specjalnie opracowanego narzędzia. Następnie wykorzystuje się ModelBuilder i Field Calculator w ArcGIS Pro do przetwarzania tych informacji i włączania ich do geobazy danych. Wynikowe punkty geoprzestrzenne są publikowane na portalu ArcGIS Enterprise w celu wyświetlenia na pulpicie nawigacyjnym przebiegu kabla. Określone odcinki wybranych kabli można następnie zbadać w celu zapewnienia jakości i uzyskania informacji zwrotnych dla statków instalacyjnych.
„Prawidłowe i wydajne układanie kabli jest ważną częścią całego procesu budowy” – zauważa Smith.
Jednak monitorowanie procesu budowy farm wiatrowych wykracza poza zakopywanie kabli i obejmuje np. tworzenie fundamentów turbin. Bazą dla każdej turbiny jest monopal, czyli pojedyncza konstrukcja, która podtrzymuje całe obciążenie. Kąty, pod którymi kable stykają się z fundamentem monopala, wymagają precyzyjnych obliczeń, ponieważ w fundamencie należy wywiercić wiele otworów w celu zainstalowania przewodów. Kąt każdego otworu ma kluczowe znaczenie dla przesyłu energii elektrycznej z turbiny ze względu na liczbę potrzebnych kabli i rowów, w których są one zakopane. Co więcej, każde pole morskie może zawierać do 200 monopali, co dodatkowo komplikuje obliczenia i często prowadzi do natłoku przewodów.
„Wcześniej musieliśmy ręcznie obliczać kąt dla każdego otworu” – powiedziała Smith. „Korzystając z niestandardowego narzędzia, które opracowaliśmy w ArcGIS Pro, możemy teraz wprowadzać układy kabli oraz generować arkusz kalkulacyjny Excel z obliczonymi kątami. Pomogło to również ujednolicić nasz proces, dzięki czemu wszystkie kąty są obliczane w ten sam sposób”.
Jedno źródło danych
Podczas gdy każdy etap procesu – projektowanie, budowa, eksploatacja i konserwacja – stanowi wyjątkowe wyzwanie w przypadku morskich farm wiatrowych, każdy etap zależy również od sukcesu pozostałych. Dlatego WindGIS monitoruje cały cykl życia farmy wiatrowej, od instalacji kabli przez budowę fundamentów i tak dalej.
„Naszym celem jest przekształcenie naszej geobazy ArcGIS Enterprise w jedno źródło danych dla Ørsted” – powiedziała Smith. To oznacza, że wszystkie dane znajdują się w jednym miejscu, do którego interesariusze mogą łatwo się odwołać.
Platforma zawiera również mapę online w ramach portalu Enterprise, aby zapewnić podstawowe szczegóły infrastruktury projektu, do których interesariusze mogą łatwo uzyskać dostęp. Dostępne informacje obejmują układy turbin i trasy kablowe, a także ograniczenia, takie jak ukształtowanie terenu czy potencjalne składowiska amunicji i materiałów wybuchowych. Interfejs zawiera usługi stron trzecich, takie jak warstwy wraków statków National Oceanic and Atmospheric Administration i Nautical Chart Service.
Dane dostępne w WindGIS można rozszerzać za pomocą widżetu „Dodaj dane” w ArcGIS Experience Builder. Grupy zabezpieczeń Active Directory firmy Microsoft są używane do zarządzania tym, kto może przeglądać projekt, i pozwalają zabezpieczyć poufne informacje.
Dodatkowo, pulpit śledzenia badania terenu wyświetla na platformie na żywo dane ze statku badawczego. Zapewnia to przegląd postępów inspekcji. Jest on wykorzystywany podczas spotkań z zainteresowanymi stronami w celu informowania o statusie inspekcji w kontekście geoprzestrzennym.
Centralizacja wszystkich tych danych oznacza, że farmy wiatrowe Ørsted mogą płynnie przejść od projektu do eksploatacji. Ørsted kontynuuje ulepszanie swojego systemu, zapewniając, że dane trafiają w to samo miejsce, a następnie w ręce interesariuszy, którzy ich potrzebują.
„Jesteśmy w trakcie wdrażania nowego modelu danych, który ma schemat specjalnie zaprojektowany do standaryzacji i zarządzania wszystkimi informacjami potrzebnymi podczas całego cyklu życia farmy wiatrowej” – powiedziała Smith. „Pomoże to zwiększyć liczbę aplikacji opartych na GIS, które możemy dostarczyć naszym wewnętrznym interesariuszom, aby wspomóc ich pracę i utrzymać spójny przepływ danych w całym portfolio naszych projektów”.