【智航风联团队：以无人之技，破风电运维之难】

在 “双碳” 目标引领下，我国海上风电产业正加速向远海、深海挺进，截至 2024 年第三季度，累计建成并网容量已达 3910 万千瓦，稳居全球首位。然而，这片蓝色能源疆土的背后，却笼罩着 “高成本、高风险、短窗口期” 的运维阴影 —— 传统 “人工 + 作业船舶” 模式下，年均可出海作业窗口期仅 155 天，单次运维成本高达 20 万元，2018-2023 年累计安全事故造成超 2 亿元直接损失。

面对这一产业痛点，安徽理工大学赵予韧、张海旭等 12 名跨学科师生组成的 “智航风联” 团队，在兰世豪老师指导下，历经多次海况模拟与技术迭代，成功研发出 “基于无人艇 - 无人机协同的海上风电智能运维系统”。这套系统以 “无人协同 + 数字孪生” 为核心，如同为海上风电场配备了 “全天候智能守护队”，有效破解了传统运维的多重困境，为远海风电安全高效运营注入新动能。

图为 团队成员调试无人艇通信模块

【攻坚之路：从实验室仿真到远海实测】

研发初期，团队面临的首个难题便是海上复杂环境的 “双重考验”：一方面，远海风区信号弱、台风海雾频发，传统通信设备传输中断率超 30%，无人设备抗风能力难以满足作业需求；另一方面，风电机组高空部件（如叶片、机舱）故障检测精度要求极高，毫米级的机械松动、1℃级的温度异常都可能引发重大事故，现有检测设备难以兼顾 “精准度” 与 “便携性”。

为突破通信瓶颈，团队测试了 12 种无线模块组合方案，最终选定 “NRF24L01 短距模块 + 2.4G 远距模块 + 信号放大器” 的多链路通信方案，在实验室模拟 6 级海况下，实现数据传输时延＜500ms、中断率降至 0.3% 以下。针对设备抗海况能力，团队对无人艇进行了 200 余次结构优化，采用防水推进器、IP67 级密封设计，搭配太阳能 + 锂电池混合供电系统，使其在 6 级海况下仍能稳定作业，续航里程突破 800 公里。

在检测精度提升上，团队为无人机搭载 MLX90640 红外测温传感器与超声波 TOF 模块，通过 1000 余组设备故障数据训练，将叶片裂纹识别精度提升至 ±0.5mm，机舱热点检测误差控制在 ±1℃。历经三代无人艇、两代无人机的迭代优化，系统最终实现 “无人艇定点停泊 - 无人机精准起降 - 物联网平台智能调度” 的全链路协同，成功在江苏某远海风电场完成实地测试，将单次运维成本从 20 万元降至 3 万元，有效作业窗口期延长至 300 天以上。

图为 设计工艺图

【系统内核：构建 “三位一体” 智能运维闭环】

“智航风联” 系统的核心竞争力，在于构建了 “物联网平台 - 无人艇 - 无人机” 三位一体的协同架构，形成从数据采集到决策落地的完整技术链路，让海上风电运维 “看得见、算得准、响应快”。

作为系统 “智慧大脑” 的物联网平台，搭载了 LSTM 长短期记忆网络算法，可整合 3 年以上的机组运行数据（如轴承温度、叶片振动、环境温湿度），通过学习设备参数变化规律，故障预测准确率超 90%。平台还构建了风电机组数字孪生模型，能仿真不同海况下设备部件损耗速率，每次无人协同监测后，自动生成 “设备状态评估报告 + 维护方案建议”，明确重点维护部件与备件需求，将故障平均修复周期从 14 天缩短至 3 天。

无人艇则是系统的 “海上移动基站”，整合了 RS686 超声波风速风向传感器、GPS neo-7m 卫星定位系统、红外夜视设备等 13 类硬件，可实现 “环境 - 设备 - 位置” 全维度监测：白天通过微型气象站捕捉风速风向变化，用超声波模块检测海底管道壁厚偏差；夜间启动红外夜视设备，配合 4G 高清摄像头实现 24 小时不间断作业；同时作为无人机的 “海上起降平台”，解决了无人机远海续航短、起降难的问题，形成 “艇机协同” 的立体监测网络。

无人机承担着 “高空侦察兵” 的角色，搭载的 MLX90640 测温传感器可覆盖 - 40~300℃测温范围，精准识别机舱电气柜、叶片根部的热点区域；超声波 TOF 模块能测量 0.1~5m 范围内的机械间隙，及时发现螺栓松动等隐患；4G 高清摄像头则实时回传飞行画面，让陆上指挥中心清晰掌握设备细节状态。三者协同运作，彻底改变了传统运维 “靠天吃饭、凭经验判断” 的模式。

图为 协同系统成品效果图

【星火燎原：让智能运维照亮更多蓝海】

“不仅要解决海上风电的运维难题，更要让这套技术成为多领域的‘安全利器’。” 团队始终秉持这样的理念。目前，他们已带着系统模型走进沿海风电企业，为运维人员开展技术培训，累计覆盖从业人员超 200 人次；同时将无人协同控制、多源数据融合等核心技术整理成技术白皮书，为行业数字化转型提供参考。

面向未来，团队计划进一步优化系统性能：一方面升级 AI 算法，将故障预测提前期从 14 天延长至 30 天；另一方面拓展应用场景，将 “周期性无人监测 + 预测性维护” 模式复制到海底管道检测、海洋平台维护等领域。此外，团队已与江苏某风电设备企业达成合作意向，计划明年实现系统规模化应用，预计可为 500MW 风电场年均减少运维成本超 800 万元，增加发电量 0.6-1.25 亿元，为我国海上风电产业高质量发展贡献更多 “智慧方案”。

图为 软件界面示例

撰文｜张海旭 赵予韧

图片｜张海旭

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