Bentley為海上風(fēng)電基礎(chǔ)提供標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)

本刊 | 王芳

《江蘇省“十三五”海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃》提出，支持鹽城、南通、連云港海上風(fēng)電開發(fā)，加快建設(shè)千萬千瓦級風(fēng)電基地。作為設(shè)計(jì)單位，中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司選用了海上結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析軟件SACS（Structure Analysis Computer System），對這些由多個(gè)數(shù)十萬千瓦級別海上風(fēng)電場組成的大基地，開展了包括風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)、海上升壓站的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。根據(jù)SACS分析結(jié)果調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，提高了結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

該公司新能源院副總工程師王濱表示：“SACS縮短了整體設(shè)計(jì)周期，有效地解決設(shè)計(jì)裕度偏大的問題，降低了海上風(fēng)電開發(fā)成本?！?/p>

布洛克島位于美國最小的州? 羅得島州南部，島上約1.7萬戶家庭的用電成本是美國其他地方的4～5倍。針對于此，美國深海風(fēng)能發(fā)電公司（Deepwater Wind）投入了2.9億美元，在距離海岸4.8千米的地方建設(shè)布洛克風(fēng)電場。工程設(shè)計(jì)公司Keystone受邀為5個(gè)單機(jī)容量為6兆瓦的風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)導(dǎo)管架基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。

在設(shè)計(jì)中，Keystone公司使用SACS軟件簡化與風(fēng)電機(jī)組廠商Alstom的溝通，并對深海平臺的復(fù)雜空氣動(dòng)力和流體動(dòng)力載荷屬性進(jìn)行建模。這種可互操作、靈活的海上設(shè)計(jì)和分析軟件幫助設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)為多個(gè)設(shè)計(jì)迭代創(chuàng)建并行計(jì)算。與典型的歐洲海上風(fēng)電項(xiàng)目相比，設(shè)計(jì)周期縮短了一半；優(yōu)化了支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重量和強(qiáng)度，與先前用于英國北海的同一款風(fēng)電機(jī)組的導(dǎo)管架基礎(chǔ)設(shè)計(jì)相比，整體重量減少了15%，安裝成本降低20%，同時(shí)確保設(shè)計(jì)使用壽命超過20年。

Keystone公司工程項(xiàng)目經(jīng)理、注冊工程師Zachary Finucane表示：“Bentley SACS Wind turbine 模塊使我們能夠簡化分析過程，從而縮短設(shè)計(jì)周期時(shí)間，降低客戶的成本，同時(shí)降低管理執(zhí)行超過3000個(gè)時(shí)域模擬產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)容易出錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)?！?/p>

以上只是全球眾多能源公司在海上平臺設(shè)計(jì)中應(yīng)用SACS軟件的兩個(gè)案例。

SACS是一款集成的有限元結(jié)構(gòu)分析應(yīng)用程序包，專門用于設(shè)計(jì)海洋工程結(jié)構(gòu)，除了風(fēng)電場，還可服務(wù)于海上油氣平臺、漂浮式生產(chǎn)儲油船（FPS）上部結(jié)構(gòu)以及漂浮式平臺。目前，SACS 軟件已被世界各地的海洋工程師使用了近40年。

近年來，由于海上風(fēng)電行業(yè)迅猛發(fā)展，SACS軟件研發(fā)中心發(fā)揮多年在海洋工程結(jié)構(gòu)計(jì)算的專長，推出SACS Wind turbine產(chǎn)品，受到了廣大用戶的認(rèn)可。目前，國內(nèi)主要設(shè)計(jì)院及整機(jī)生產(chǎn)企業(yè)，均采用這一軟件進(jìn)行海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)。

SACS Wind turbine軟件提供一整套功能，用于設(shè)計(jì)和分析承受波浪、風(fēng)力和機(jī)械載荷的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，可開發(fā)安全、可靠，并且經(jīng)濟(jì)有效的海上風(fēng)電場結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案。此分析方法能夠預(yù)測基礎(chǔ)支撐結(jié)構(gòu)，以及非線性樁基的疲勞和極端載荷；使用綜合性自動(dòng)化工具確定環(huán)境和機(jī)械載荷響應(yīng)，從而節(jié)省時(shí)間；通過集成分析來預(yù)測子結(jié)構(gòu)和非線性基礎(chǔ)的疲勞和極端載荷，從而降低風(fēng)險(xiǎn)；通過多處理器內(nèi)核配置，進(jìn)行疲勞及強(qiáng)度分析需要的大量時(shí)間歷史模擬，從而縮短運(yùn)行時(shí)間。

在海上風(fēng)電領(lǐng)域，還有一款MOSES軟件，能提供漂浮式風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的整套分析功能，其強(qiáng)大的水動(dòng)力計(jì)算功能可以進(jìn)行浮體穩(wěn)性、運(yùn)動(dòng)性能分析，以及包含系泊系統(tǒng)的非線性時(shí)程分析。MOSES數(shù)據(jù)可以與風(fēng)電機(jī)組載荷軟件進(jìn)行傳遞，用于整機(jī)動(dòng)力學(xué)分析。同時(shí)，MOSES水動(dòng)力計(jì)算模型以及結(jié)果也可以與SACS結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件之間無縫對接，用于浮體強(qiáng)度疲勞校核。通過完全耦合與非耦合分析改進(jìn)海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程，能夠通過與空氣動(dòng)力學(xué)軟件的交互（如GH Bladed和FAST aeroelastic）優(yōu)化基礎(chǔ)和風(fēng)電機(jī)組的相互作用，在多時(shí)程響應(yīng)分析中考慮波浪、風(fēng)力與風(fēng)電機(jī)組機(jī)械載荷之間的完全耦合；生成等效靜力載荷準(zhǔn)確分析隨機(jī)波浪和風(fēng)力的作用，從而降低風(fēng)險(xiǎn)；按照該軟件自動(dòng)選擇的時(shí)間步長或用戶指定的時(shí)間增量，提升分析效率；通過 GH Tidal Bladed 和 SACS Wind turbine 耦合流程，高效設(shè)計(jì)潮汐能發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)。

SACS海洋工程結(jié)構(gòu)分析和設(shè)計(jì)軟件以及面向漂浮式基礎(chǔ)的MOSES軟件，都是Bentley（奔特力）工程軟件有限公司旗下的產(chǎn)品?？紤]到漂浮式風(fēng)電機(jī)組將成為未來的發(fā)展方向，Bentley公司將在2020年第二季度推出漂浮式風(fēng)電機(jī)組解決方案，實(shí)現(xiàn)從固定式風(fēng)電機(jī)組到漂浮式風(fēng)電機(jī)組的全生命周期解決方案。

Bentley公司于1984年成立于美國賓州，是一家全球領(lǐng)先企業(yè)，致力于為工程師、建筑師、地理信息專家、施工人員和業(yè)主、運(yùn)營商提供推進(jìn)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營的軟件解決方案，涵蓋公共工程、公用事業(yè)、工業(yè)工廠和數(shù)字城市等領(lǐng)域。目前，Bentley公司在50多個(gè)國家擁有3500余名員工，服務(wù)于170個(gè)國家和地區(qū)，年?duì)I收達(dá)7億美元。2014年以來，該公司在研發(fā)和收購方面已投入逾10億美元。