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iDO——海上風電的幕后英雄

光伏們發(fā)布時間:2021-08-17 09:12:25

2021年6月,應(yīng)用iDO(integrated Design Offshore)海上風機支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計的越南薄寮三期和金甌一期海上風電項目完成項目首吊,項目總?cè)萘窟_171MW。

2018年3月-2020年12月,廣東徐聞、廣東沙扒、福建長樂、大豐H8-2、華能灌云、大連莊河等多個海上風電項目都陸續(xù)應(yīng)用了iDO一體化設(shè)計方法,應(yīng)用該設(shè)計方法的項目總?cè)萘砍^1970MW。

iDO到底是什么?

要了解iDO,首先要從我國乃至全球的海上風電發(fā)展形勢說起。

iDO的誕生:解決海上風電的高速發(fā)展與平價過渡之間的矛盾

2021年上半年,全國新增風電裝機10.84GW,其中海上風電新增裝機2.15GW,同比增長 102.5%。據(jù)權(quán)威機構(gòu)預測,中國即將誕生又一個“全球第一”:我國的海上風電累計裝機有望在2021年底超過英國,成為全球最大的海上風電市場。

龐大的海上風電裝機規(guī)模映射出我國海上風電政策機制的不斷健全、行業(yè)的快速發(fā)展與技術(shù)的持續(xù)進步。作為中國海上風電事業(yè)的參與者、見證者和推動者,金風科技也在通過苦練內(nèi)功,為即將到來的海上風電平價時代貢獻技術(shù)創(chuàng)新之力。

相較陸上風電,海上風電的建設(shè)周期更長,施工條件更艱巨,施工難度更大;一般情況下,海上風電的成本基本是陸上風電成本的兩倍。同時,海上風電與陸上風電的成本構(gòu)成也有很大不同,海上風電的建設(shè)及運維成本占比要遠高于陸上,特別是海上支撐結(jié)構(gòu)采購及安裝費用,約占海上風電項目總成本的30%左右。因此,降低支撐結(jié)構(gòu)的成本可以顯著地降低海上風電平準化度電成本(LCoE),幫助海上風電平穩(wěn)地向平價階段過渡,大幅提高海上風電的競爭力。

風電場建設(shè)成本構(gòu)成對比對圖

針對海上風電機組塔架和基礎(chǔ)分體化設(shè)計與海上風電降本增效需求的矛盾,金風科技于2017年組建海上風電支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計項目開發(fā)團隊,并用一年的時間完成了海上風電支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計方法的開發(fā)和數(shù)字化平臺的搭建。于2019年正式推出海上風機支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計iDO(金風科技:“海陸空”護航 制勝高質(zhì)量的風電未來),有效降低風機塔筒的塔底載荷,提升了海上風電機組支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計水平,為降低海上風電LCoE打開了新思路。

iDO的原理:一體化設(shè)計減少冗余

以中南院越南薄寮三期和金甌一期海上風電項目為例,如果采取傳統(tǒng)的分步迭代設(shè)計方法,以塔底為分界面,基礎(chǔ)與塔架分開單獨進行分步迭代設(shè)計,風機廠商和設(shè)計院各方尋找自己負責部分的局部最優(yōu)解,會將波浪和海流的影響重復考慮,造成過度設(shè)計冗余,不利于實現(xiàn)整體設(shè)計的最優(yōu)化。同時,分步迭代法往往需要多方進行多輪迭代,設(shè)計周期長。在實際工程設(shè)計過程中,金風科技團隊與中南院設(shè)計團隊緊密合作,通過運用iDO一體化設(shè)計方法,將風機塔架和基礎(chǔ)作為一個整體進行設(shè)計,充分考慮風、浪、流載荷的耦合效應(yīng),通過整體化建模、整體化載荷計算和整體化結(jié)構(gòu)校核,避免了因重復考慮不同規(guī)范體系的載荷安全系數(shù)而導致的保守性,從整體支撐結(jié)構(gòu)角度尋找到了全局最優(yōu)設(shè)計方案。在這兩個項目中,通過使用iDO一體化設(shè)計方法,每臺風機的支撐結(jié)構(gòu)減重約11噸(相比傳統(tǒng)的分步迭代法),為業(yè)主全場節(jié)省造價超過1000萬元人民幣,獲得了業(yè)主和設(shè)計院的一致肯定;同時,項目的設(shè)計交付周期也被極大縮短。

iDO的價值:支撐結(jié)構(gòu)載荷可降低15%以上,設(shè)計交付時間減少30%以上

在廣泛應(yīng)用了金風科技iDO一體化設(shè)計方法的廣東徐聞、廣東沙扒、福建長樂、大豐H8-2、華能灌云、大連莊河等多個海上項目中,支撐結(jié)構(gòu)載荷普遍有效降低15%以上,設(shè)計交付時間減少30%以上。

國家風力發(fā)電工程技術(shù)研究中心主任、金風科技集團總工程師翟恩地博士表示,“‘一體化設(shè)計’最初源于歐洲海上風電,近年來,海上風電支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計方法已經(jīng)成為國內(nèi)外嘗試支撐結(jié)構(gòu)降本優(yōu)化的重要方法之一。金風科技早在2018年就完成了iDO數(shù)字化平臺的搭建與開發(fā),并通過基于HPC的本地云平臺搭建LCC集群,實現(xiàn)高效快速的仿真計算及設(shè)計優(yōu)化,這在行業(yè)內(nèi)屬于技術(shù)首創(chuàng)。值得一提的是,iDO在開發(fā)之初就獲得了世界銀行的支持,并于2019年獲得DNV-GL符合性聲明,同年又獲得中國可再生能源學會科學技術(shù)進步一等獎。我們相信,iDO將會對海上風電走向平價時代做出更大貢獻。”

↑iDO獲得DNV-GL符合性聲明

海上風電是海洋工程與風電裝備的技術(shù)融合,大力發(fā)展海上風電將有力推進風電裝備的研發(fā)能力和制造能力升級,金風科技愿意繼續(xù)依靠科技創(chuàng)新,協(xié)助海上風電整體平穩(wěn)過渡至平價階段,繼續(xù)促進我國海洋產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展,實現(xiàn)海洋強國戰(zhàn)略。

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