无人机系统的价值亚洲发展中国家的电力公司岳云峰亚行可持续发展工作文件系列亚洲开发银行 亚行可持续发展工作论文系列无人机系统对亚洲发展中国家电力公用事业的价值岳云峰78号| 2021 年 7 月岳云峰是亚洲开发署南亚部能源处的能源专家银行（亚行）。他目前在孟加拉国从事能源项目并支持亚行的能源相关项目在南亚国家开展业务。在加入亚行之前，岳在能源领域拥有超过 12 年的工作经验，擅长能源项目规划和工程、电力系统弹性、智能电网、可再生能源整合以及电网信息和通信技术。亚洲开发银行 知识共享署名 3.0 IGO 许可 (CC BY 3.0 IGO)© 2021 亚洲开发银行6 ADB Avenue, Mandaluyong City, 1550 Metro Manila, Philippines 电话 63 2 8632 4444；传真 63 2 8636 2444保留部分权利。 2021年出版。 出版号：WPS210213-2DOI：http://dx.doi.org/10.22617/WPS210213-2本出版物中表达的观点是作者的观点，并不一定反映亚洲开发银行 (ADB) 或其理事会或其所代表的政府的观点和政策。亚行不保证本出版物中数据的准确性，也不对其使用造成的任何后果承担任何责任。提及特定公司或制造商的产品并不意味着亚行认可或推荐它们优先于未提及的其他类似性质的公司或产品。通过指定或提及特定领土或地理区域，或在本文件中使用“国家”一词，亚行无意对任何领土或地区的法律或其他地位做出任何判断。这项工作在知识共享署名 3.0 IGO 许可 (CC BY 3.0 IGO) https://creativecommons.org/licenses/by/3.0/igo/ 下可用。使用本出版物的内容，即表示您同意受本许可条款的约束。有关归属、翻译、改编和许可，请阅读 https://www.adb.org/terms-use#openaccess 上的规定和使用条款。此 CC 许可不适用于本出版物中的非 ADB 版权材料。如果该材料归因于其他来源，请联系该来源的版权所有者或出版商以获得复制的许可。对于因您使用该材料而产生的任何索赔，亚行不承担任何责任。如果您对内容有任何疑问或意见，或者如果您希望获得不属于这些条款的预期用途的版权许可，或获得使用亚行标志的许可，请联系 pubsmarketing@adb.org。亚行可持续发展工作论文系列提供了正在进行的研究和研究的数据、信息和/或结果，以鼓励就亚洲及太平洋地区的发展问题交流想法并征求意见和反馈。由于本系列中的论文旨在快速轻松地传播，因此内容可能会或可能不会完全编辑，并且可能会在以后修改以供最终出版。亚行出版物的勘误表可在 http://www.adb.org/publications/corrigenda 找到。笔记：在本出版物中，“$”是指美元。截至 2021 年 4 月 7 日，在轨卫星的数据正确无误。亚行承认“中国”为中华人民共和国。 内容致谢 执行摘要 缩写五六七表八1.2.A.用于检查的无人机和传感器 2B.电力系统应用场景33.A.自动驾驶仪 7B.故障识别和批处理 7C.远距离自动驾驶解决方案 8D.在清洁能源项目中的应用 8E.能源领域的其他应用 104.A.运维工作指挥中心 11B.主动运维能力 11C.与其他现有系统的集成 11D.条例 12E.实施成本 13F.好处 14G.与私营部门的合作 155. 致谢本工作文件是在亚洲开发银行（ADB）副行长办公室 1（VPO1）副行长高级顾问周爱明的全面监督下编写的。亚行南亚部财务专家 Anthony Joseph Jude（顾问）和 Jongmi Son 为论文定稿提供了宝贵意见和全面支持。该文件还从亚行可持续发展和气候变化司能源部门组组长翟永平的讨论和评论中受益匪浅； Arun Ramamurthy，东亚部可持续基础设施部高级基础设施专家（数字技术）；和来自东南亚部能源部的团队。信息图表由中华人民共和国广东省电力设计院提供。 执行摘要电力是现代经济的核心，有助于提高能源服务。在过去的几十年里，亚太地区的大量投资显着改善了该地区的能源基础设施。发展中亚洲的电气化率已达到90%。然而，随着电网规模的扩大，设施的运行和维护变得高度复杂和困难。电力公司正面临各种挑战，例如自然灾害、新出现的破坏性可再生能源发电、公众对停电和中断的容忍度降低以及能源安全问题日益严重。同时，工业4.01新技术的出现为解决发展问题开启了更多智能工具。亚洲发展中国家面临的核心挑战是跟上全球技术进步的加速步伐并利用所提供的机遇（亚行，2019 年）。亚行 2030 战略非常重视在发展中国家采用数字化和先进技术，以实现高效和可持续发展。亚行还制定了 2030 年数字议程并开启了数字化转型之旅，以增强其运营能力并满足其发展中成员国（DMC）的高期望。无人机系统（UAS）等创新和数字技术在运营中的应用符合亚行“2030年战略”支持的亚行“2030年数字化议程”。本文强调了在电力系统中应用无人机系统的好处，并确定了该技术可以帮助解决的能源领域的挑战。它还在选定的国家/地区展示了成功的应用，在这些国家/地区，UAS 是一种具有成本效益且安全的检查和数据收集工具。同样，本文考虑了该技术在推动亚行发展中成员体能源部门可再生能源和低碳技术发展方面的潜力。1“工业 4.0”一词是由德国政府创造的，它描述和概括了制造业的一系列技术变革，并列出了旨在保持德国工业全球竞争力的连贯政策框架的优先事项。一般而言，工业4.0是指信息物理系统、物联网、大数据与分析、增强现实、增材制造、仿真、横向和纵向系统集成、自主机器人等制造技术中的自动化和数据交换手段。云计算。它的作用是帮助集成和组合跨组织阶段的智能机器、人类参与者、物理对象、生产线和流程，以构建新型技术数据、系统化和高敏捷性的价值链。 缩写亚行- 亚洲开发银行 BVLOS - 超出视线 CAPEX - 资本支出CNN——卷积神经网络DMP -数据管理平台EMS-能源管理系统企业资源规划 -企业资源规划地理信息系统 -地理信息系统全球定位系统-全球定位系统激光雷达 -光探测和测距中国 -中华人民共和国运营成本 -营运开支和米- 操作和维护无人机系统- 无人机系统无人机- 无人驾驶的航空机货车- 基于视觉的自主导航虚拟现实- 虚拟现实 表格和数字表1按重量和性能划分的无人机类型 22检查对象和传感器选择 43UAS 检查中心的成本估算 ($'000) 134UAS 检查成本 145常规检验成本 14数字1由 Drone LiDAR Survey 6 制定的 3D 模型2通过 UAS 9 对 PV 电池板进行红外图像和温度测量 1.介绍气候变化和越来越多的极端天气事件给能源基础设施带来长期和短期风险，并可能导致停电、增加维护和资本成本。冠状病毒病 (COVID-19) 是一种新的风险形式，会对电力系统设计、市场和运营产生深远影响，例如需求大幅减少、负载曲线发生重大变化以及运营和维护的连续性.电网运营商现在担心，如果大量关键工作人员签约，关键基础设施可能无法运行，这已成为一场旷日持久的危机。由于卫生部门、食品工业、供应链和其他生命线设施依靠稳定的电源来维持功能，不间断的电力服务至关重要。实现无社会接触和互助的可靠供电的运维变得更具挑战性。电力系统的可靠性和弹性取决于设备、安装、施工的质量，更重要的是，取决于多年专注的专业运维（O&M）。随着电力需求的增加，电力设施不断扩大。然而，这些设施的运维仍然严重依赖人力。这项工作变得越来越繁重、危险和具有挑战性。观察到的问题和不足如下：(i)劳动力安全隐患：电力工程师经常需要前往偏远地区并爬上高塔。职业风险包括跌倒、触电、动物咬伤等，长时间在这样的环境中工作会产生巨大的心理压力。(ii)工作效率低：人工爬升检查铁塔、绝缘子、导体费时。单塔检查的准备和爬升通常需要 3-4 小时，这将导致运行或恢复的长时间延迟。(iii)限制在难以到达的位置。工程师难以接近或穿越私有财产、复杂地形、限制区域或受自然灾害影响的区域。(iv)误判、缺乏完整的文件、无法追溯的检查：检查结果主要取决于肉眼和线工或工程师的个人经验。很少有影像或数据被记录下来以备将来审查。还有其他检测解决方案，如机器人，已被引入自动化（Tavares 2007）。许多国家也使用配备工程师的直升机（Schaller 1999）。这些解决方案更复杂、成本更高，许多公用事业公司负担不起，也无法轻易采用。快速发展的能源部门凸显了采取广泛而动态的能源安全方法的重要性。随着通信和数字技术的发展，无人驾驶飞机系统（UAS）——或俗称无人机——应用在过去 5 年中出现在能源领域，为公用事业单位提供智能工具包，同时简化整个检查过程。UAS 解决方案已被澳大利亚、加拿大、中华人民共和国 (PRC)、西班牙、英国和美国等许多国家的电力公司和可再生能源公司广泛接受，尤其是运行数万公里的电力公司的传输线。英格兰和威尔士的国家电网在过去两年中一直使用六架无人机来帮助检查其 7,200 英里的架空线路（Vaughan 2018）。美国北卡罗来纳州的杜克能源公司正在使用无人机进行红外设备检查、调查风暴破坏和检查高层结构（Wells 2018）。 2亚行可持续发展工作论文系列第 78 号一些发展中经济体也出现了与无人机相关的初创公司，无人机的商业用途在许多领域都呈指数级增长。在印度，无人机已被应用于许多民用领域的航拍；测绘；侦察和监视；和检查输电塔。 （亚马逊 2014 年）。自 2014 年以来，印度尼西亚一直将无人机用于各种用途，例如森林中的火点识别、海岸线划定和油棕种植园的监视。菲律宾城镇也使用无人机向山坡上的蔬菜农场喷洒肥料（Malasig 2018）。无人机还用于电信、保险、运输和物流等其他领域。随着容量的不断增长，行业应用的扩展将更加广泛。中国南方电网公司配备了数百架无人机，2019 年检查了超过 500,000 公里的输电线路（CSG 2019）。使用新工具，60% 的检查人员被动员起来支持操作。这增强了团队的整体维护能力、效率和响应能力。无人机在能源领域的应用已在一些国家成功测试。然而，它并未在大多数亚行发展中成员体中得到广泛认可和应用。复制这些 UAS 应用程序会带来类似的好处，包括安全性、效率和可靠性。2.UAS 在电力设施中的应用A.用于检查的无人机和传感器无人机系统 (UAS) 包括无人机、地面控制器以及两者之间的通信系统。无人机的种类很多，按重量可分为小型、中型和大型；以及固定翼和旋翼无人机的翼型。负载能力、速度和飞行范围因尺寸和类型而异。选择使用哪种类型的无人机必须满足特定检查的要求。性能如表1所示。表 1：按重量和性能划分的无人机类型无人机尺寸固定翼旋翼装载能力飞行范围电池寿命大20公斤以上。116kg以上60公斤200公里4个小时中等的7kg-20kg7kg-116kg20公斤100公里2-3小时小的7公斤以下7公斤以下5kg-10kg5公里1小时资料来源：国家能源局，电力行业标准，中国。 DLT 1482-2015 架空输电线路无人机检查操作技术指南。 无人机系统对亚洲发展中国家电力公用事业的价值3今天，UAS 的选择和部署取决于检查场景。常用的四旋翼或多旋翼无人机能够精确飞行和悬停以进行详细的塔架检查，而固定翼无人机通常设计用于远程线路路线检查。然而，这并非总是如此。大型旋翼无人机既能进行远距离检测，也能进行细部检测。在检查要求方面，UAS 配备了不同的传感器和摄像头，可以拍摄视觉、红外或紫外图像，以检测各种类型的故障或缺陷。可见光相机是对电力线路的元器件进行清晰锐利的拍摄的主要设备。检查通常需要更高的分辨率和更好的光学变焦功能。可以捕捉缺陷，例如断线、螺栓松动、绝缘体损坏、污闪或阻尼器变形等。红外热像仪主要用作因机械或安装缺陷而过热的配件或零件的热探测器。它还可用于监测沿线走廊的野火。紫外线相机通过检测导体、绝缘体或配件上发