2021年6月，應(yīng)用iDO（integrated Design Offshore）海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)的越南薄寮三期和金甌一期海上風(fēng)電項(xiàng)目完成項(xiàng)目首吊，項(xiàng)目總?cè)萘窟_(dá)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(gè)海上風(fēng)電項(xiàng)目都陸續(xù)應(yīng)用了iDO一體化設(shè)計(jì)方法，應(yīng)用該設(shè)計(jì)方法的項(xiàng)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(fēng)電發(fā)展形勢說起。
iDO的誕生：解決海上風(fēng)電的高速發(fā)展與平價(jià)過渡之間的矛盾
2021年上半年，全國新增風(fēng)電裝機(jī)10.84GW，其中海上風(fēng)電新增裝機(jī)2.15GW，同比增長 102.5%。據(jù)權(quán)威機(jī)構(gòu)預(yù)測，中國即將誕生又一個(gè)“全球第一”：我國的海上風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)有望在2021年底超過英國，成為全球最大的海上風(fēng)電市場。
龐大的海上風(fēng)電裝機(jī)規(guī)模映射出我國海上風(fēng)電政策機(jī)制的不斷健全、行業(yè)的快速發(fā)展與技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。作為中國海上風(fēng)電事業(yè)的參與者、見證者和推動(dòng)者，金風(fēng)科技也在通過苦練內(nèi)功，為即將到來的海上風(fēng)電平價(jià)時(shí)代貢獻(xiàn)技術(shù)創(chuàng)新之力。
相較陸上風(fēng)電，海上風(fēng)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(fēng)電的成本基本是陸上風(fēng)電成本的兩倍。同時(shí)，海上風(fēng)電與陸上風(fēng)電的成本構(gòu)成也有很大不同，海上風(fēng)電的建設(shè)及運(yùn)維成本占比要遠(yuǎn)高于陸上，特別是海上支撐結(jié)構(gòu)采購及安裝費(fèi)用，約占海上風(fēng)電項(xiàng)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(fēng)電平準(zhǔn)化度電成本（LCoE），幫助海上風(fēng)電平穩(wěn)地向平價(jià)階段過渡，大幅提高海上風(fēng)電的競爭力。
風(fēng)電場建設(shè)成本構(gòu)成對(duì)比對(duì)圖
針對(duì)海上風(fēng)電機(jī)組塔架和基礎(chǔ)分體化設(shè)計(jì)與海上風(fēng)電降本增效需求的矛盾，金風(fēng)科技于2017年組建海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)項(xiàng)目開發(fā)團(tuán)隊(duì)，并用一年的時(shí)間完成了海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)方法的開發(fā)和數(shù)字化平臺(tái)的搭建。于2019年正式推出海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)iDO（金風(fēng)科技：“海陸空”護(hù)航 制勝高質(zhì)量的風(fēng)電未來），有效降低風(fēng)機(jī)塔筒的塔底載荷，提升了海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)水平，為降低海上風(fēng)電LCoE打開了新思路。
iDO的原理：一體化設(shè)計(jì)減少冗余
以中南院越南薄寮三期和金甌一期海上風(fēng)電項(xiàng)目為例，如果采取傳統(tǒng)的分步迭代設(shè)計(jì)方法，以塔底為分界面，基礎(chǔ)與塔架分開單獨(dú)進(jìn)行分步迭代設(shè)計(jì)，風(fēng)機(jī)廠商和設(shè)計(jì)院各方尋找自己負(fù)責(zé)部分的局部最優(yōu)解，會(huì)將波浪和海流的影響重復(fù)考慮，造成過度設(shè)計(jì)冗余，不利于實(shí)現(xiàn)整體設(shè)計(jì)的最優(yōu)化。同時(shí)，分步迭代法往往需要多方進(jìn)行多輪迭代，設(shè)計(jì)周期長。在實(shí)際工程設(shè)計(jì)過程中，金風(fēng)科技團(tuán)隊(duì)與中南院設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)緊密合作，通過運(yùn)用iDO一體化設(shè)計(jì)方法，將風(fēng)機(jī)塔架和基礎(chǔ)作為一個(gè)整體進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分考慮風(fēng)、浪、流載荷的耦合效應(yīng)，通過整體化建模、整體化載荷計(jì)算和整體化結(jié)構(gòu)校核，避免了因重復(fù)考慮不同規(guī)范體系的載荷安全系數(shù)而導(dǎo)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(jì)方案。在這兩個(gè)項(xiàng)目中，通過使用iDO一體化設(shè)計(jì)方法，每臺(tái)風(fēng)機(jī)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(jià)超過1000萬元人民幣，獲得了業(yè)主和設(shè)計(jì)院的一致肯定；同時(shí)，項(xiàng)目的設(shè)計(jì)交付周期也被極大縮短。
iDO的價(jià)值：支撐結(jié)構(gòu)載荷可降低15%以上，設(shè)計(jì)交付時(shí)間減少30%以上
在廣泛應(yīng)用了金風(fēng)科技iDO一體化設(shè)計(jì)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(gè)海上項(xiàng)目中，支撐結(jié)構(gòu)載荷普遍有效降低15%以上，設(shè)計(jì)交付時(shí)間減少30%以上。
國家風(fēng)力發(fā)電工程技術(shù)研究中心主任、金風(fēng)科技集團(tuán)總工程師翟恩地博士表示，“‘一體化設(shè)計(jì)’最初源于歐洲海上風(fēng)電，近年來，海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計(jì)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(fēng)科技早在2018年就完成了iDO數(shù)字化平臺(tái)的搭建與開發(fā)，并通過基于HPC的本地云平臺(tái)搭建LCC集群，實(shí)現(xiàn)高效快速的仿真計(jì)算及設(shè)計(jì)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(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)進(jìn)步一等獎(jiǎng)。我們相信，iDO將會(huì)對(duì)海上風(fēng)電走向平價(jià)時(shí)代做出更大貢獻(xiàn)。”
↑iDO獲得DNV-GL符合性聲明
海上風(fēng)電是海洋工程與風(fēng)電裝備的技術(shù)融合，大力發(fā)展海上風(fēng)電將有力推進(jìn)風(fēng)電裝備的研發(fā)能力和制造能力升級(jí)，金風(fēng)科技愿意繼續(xù)依靠科技創(chuàng)新，協(xié)助海上風(fēng)電整體平穩(wěn)過渡至平價(jià)階段，繼續(xù)促進(jìn)我國海洋產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，實(shí)現(xiàn)海洋強(qiáng)國戰(zhàn)略。
