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华东勘测院设计超高发电能力的海上风电基地

来源:BIM中国网

SACS 强大的设计功能助力克服项目挑战并提高效率

风力发电需求增加

中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司(以下简称“华东院”)总部位于杭州,为我国80% 以上的海上风电市场以及亚洲、非洲、欧洲和美洲的其他地区提供基础设施施工服务。该公司拥有员工约4,000 名,其中大部分是国家注册工程师,专门从事水电和城市环境工程项目的设计、研究和施工。该公司荣获了50 多项海上风电技术专利和十多项海上升压站技术专利以及各类海上风电奖项24 项。
 
随着海上风电政策支持力度加大、设备和安装成本降低以及配套产业逐步成熟,我国海上风电事业正迎来加速发展期。江苏省具有丰富的海上风能资源,在我国海上风电领域有重要的战略地位。
 
目前,江苏总并网容量已逾2,200 兆瓦,这也包括新增并网容量。其中,由华东院勘测设计的江苏省项目总并网容量占到94%。为了在未来三年内进一步贯彻可持续发展理念,我国对江苏省海上风电项目规划的累计并网容量为3,500 兆瓦,在建装机容量将达到1,000 兆瓦。该项目将包括江苏多个海上风电场,其中将容纳数千台风力涡轮机和若干升压站。建成后,该项目的发电能力将比全球最大的海上风力发电场“伦敦阵列”(London Array)高出5 倍。
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 利用江苏省的地理位置和自然条件

为了实现这一目标,华东院在江苏省建设了三个集中的海上风电基地,其中包括大型风电项目中的风力涡轮机和升压站,分别位于江苏省南通、盐城和连云港这三个沿海城市。每个海上风电项目基地由多个数十万千瓦级别的海上风电场组成。其中滨海北区H2# 400 兆瓦海上风电项目是规模最大的海上风电场。这些海上风电场的水深范围为2.6 米到20.5 米,单个海上风电场项目的最大占地面积为42,500 平方公里。
 
本项目群的风机基础形式主要为无过渡段大直径单桩基础、多桩导管架基础和高桩承台基础;海上升压站基础形式主要为单桩基础和四桩导管架基础,电压等级为220 千伏和110 千伏。在风电场和升压站的设计中,华东院选用了Bentley 的海上结构设计与分析软件SACS,该软件具有操作便捷、规范内置、模块齐全、专业性强等优点。华东院应用SACS 开展了包括风机基础、海上升压站的总体结构设计,主要为基于SACS 实现对结构的有限元模拟,通过软件内已有的计算模块开展针对结构的在位静力强度分析、PSI 分析、地震工况分析和结构吊装分析等一系列分析。

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根据SACS 分析结果调整和优化设计方案,提高了结构的安全性和经济性。在应用过程中,华东院开发了自定义“SACS 数据转换及分析软件”,改进了风机荷载处理、土层参数预处理并开发简易风场控制系统。这些新系统拓展了SACS 的使用范围,并提高了项目设计计算输入的效率和准确性。在风机荷载处理上,该软件能够将风机塔筒局部坐标系下的风机荷载数据,自动转换为SACS 整体坐标系下的数据;在土层参数处理上,该软件则可实现通过地勘参数表格直接生成SACS 所需的桩土相互作用命令流文件,便于地勘参数校正和录入。“简易风场控制系统软件”则有助于帮助设计人员实现通过风谱参数设置模块,调用其它造风软件来生成各种风谱类型或用户自定义风谱的风速时程文件,解决了SACS 内置风谱较少的问题。此外,华东院使用SACS-FAST 模块,形成了风机荷载计算和风机基础计算的一体化设计计算体系,打通了业内的隐形壁垒,为设计人员创造了一个可用于详细风机基础荷载模拟的封闭风机模型,实现了风机荷载计算和风机基础计算的同步开展。

产生经济、社会和环境效益

凭借SACS 强大的设计功能,江苏海上风电场项目群取得了许多里程碑式成就。例如,通过在龙源大丰海上风电场采用模块化布置,项目团队确定了方案,解决了因现场水深过浅,不能满足海上平台整体运输、吊装要求的问题。在设计过程中,华东院还进一步开展了基于CPT、试桩静载试验成果及整机结构一体化设计的风机基础优化设计研究,提高了工程经济性,降低了整个风电场的建设成本。
 
基于SACS 软件的强大功能,华东院缩短了项目设计周期,拓展了软件的使用范围,大大提高了设计参数输入的效率和准确性。SACS 的使用还帮助形成了风机荷载计算和风机基础计算的一体化设计计算体系,实现了风机荷载计算和风机基础计算的同步开展。
 
江苏海上风电场项目群不仅为华东院带来极大的经济效益,同时具有重大的的社会和环境效益。作为一种重要的清洁能源,海上风能有效地减少了常规火力发电所带来的污染物排放,对于改善自然环境、提升空气质量、提高清洁能源占比以及减少碳排放都有极为重大的意义。该海上风电项目还展示了中国在海上风能领域所处的领先地位。
 
“相比于常规的荷载迭代设计方式,应用风机基础一体化设计体系显著地减少了前期设计迭代次数。 SACS 缩短了整体设计周期,有效地解决了设计裕度偏大的问题,降低了海上风电开发成本。”

——中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,新能源院副总工程师,王滨
 


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