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Bentley 孟文:海上風機基礎設計解決方案
2018-10-18 來源:能見APP
 2018年10月17日-19日,由中國可再生能源學會風能專業委員會、中國循環經濟協會可再生能源專業委員會、全球風能理事會、中國農業機械工業協會風力機械分會、國家可再生能源中心和中國電子信息產業發展研究院(賽迪集團)六大權威機構聯合主辦的2018北京國際風能大會暨展覽會(CWP 2018)在北京新國展隆重召開。能見App全程直播本次大會。
  
  Bentley軟件公司海工行業首席工程師孟文先生出席本次大會,在中歐海上風電工程裝備論壇作“,Bentley海上風機基礎設計解決方案”的主旨演講。
 
  以下為發言實錄:
  
  孟文:各位來賓大家上午好,我今天上午跟大家分享的主題是Bentley海上風機基礎設計解決方案以及相應案例分享。
  
  首先介紹一下Bentley軟件公司,Bentley是全球最大的工程軟件的提供商之一,我們在基礎設施各個行業提供各種各樣的解決方案,包含各種建筑、交通、工廠、軌道這些專業,同樣我們也在海洋這個行業也提供相應解決方案。
  
  Bentley在海上風電行業主要為風機基礎提供結構設計解決方案,我們主要產品就是SACS,它在行業應用已經有超過40年的歷史,針對海洋結構,包括單樁、包括多腳架、導管架都可以。我們可以驕傲地說,我們全球超過80%的固定式海洋式結構都是用SACS進行海洋結構分析的。
  
  SACS在海洋結構應用是全生命周期的運用,從結構在碼頭的建造一直到施工安裝,到我們的站位設計到退役都可以得到應用。當然這個里面包含很多不同的工況,比如說吊裝、脫航設計工況,極限強度、疲勞,還有特定場地的地震、冰載荷的都可以用SACS來完成計算。對于海上風機的設計,跟我們傳統的海工行業有一個很大的區別,一般來說我們可以認為它比海洋石油設計更加復雜,大家可以看到這個圖,完整的一個風機結構,包含上部的風電機組,包括塔筒,包括裝機和土壤的交互作用。對于分析來說是一個包含多個專業的,上部空氣動力學,下面是海洋工程、土壤力學,我們對結構的分析,如果我們需要考慮載荷,得到精確的載荷,一定把上下部、泥面、裝機做一個一體化的分析。
  
  其實我們前面有很多嘉賓,包括各個風機廠商,包括我們的咨詢機構大家都講了,我們要風機要降低成本,我們需要降低基礎的支撐結構的成本,我們要推進一體化。那么一體化Bentley在最近幾年也開發了很多海上風機基礎解決方案。
  
  第一個就是半耦合的計算???,同樣還有跟其他的整機軟件,還有全耦合計算接口,包括跟西門子的動態接口???。
  
  目前我們了解在國內,大部分都是用獨立設計,我們風機廠商和他們是分開的,他們把載荷算出來以后交給我們的設計院,我們做若干循環迭代和數據交互,這兩部分是互相沒有關系的。那么實際上這樣過程就像我們前面有嘉賓講了,這個過程設計可能是比較保守的,整個結構的重量包括用鋼量可能是遠遠超過我們應該的成本,所以說這個地方第一個有一個半耦合的計算流程???,這個??槭前焉喜糠緇睪珊拖虜炕』肪吃睪篩髦址繢肆鶻幸惶寤目悸?。
  
  當然首先這個流程我們在基礎結構可以在SACS,我們SACS可以在程序里面進行組合,風機載荷和下一個進行動力上的分析,然后得到了結果我們再來做結構的優化。那么這個方法的好處是什么呢?我們整個結構上的上部載荷和下部載荷一起考慮,同樣風機廠商愿意把這個提供給我們,因為里面不涉及到風機廠商自己的信息。
  
  當然有的時候,如果說我們能夠直接從風機廠商得到整個風機載荷軟件計算結果,比如說可以得到(英文),我們就可以做結構全耦合,首先基礎結構比如說導管家可以在SACS建模,這個模型可以直接到GH Bladed,然后去讀取GH Bladed,進行后處理的強度或者疲勞的校核。
  
  當然如果說有的風機廠商就是美國(英文)風機載荷計算我們也是提供跟SACS全耦合的,我們可以在程序里面同時運行SACS和(英文),我們風機的信息包括風機的控制策略都定義在SACS,在SACS進行建模,這個程序就同時進行一個全耦合的分析,把SACS計算基礎信息跟(英文)進行耦合,當然得到結果以后可以在SACS進行后處理強度或者是疲勞設計。
  
  第三個我們講風機廠商很多,不同的有不同的載荷計算,比如說西門子有自己的軟件,我們也給西門子提供???,這個??槭鞘裁叢??風機廠商算風機載荷的時候不愿意把基礎詳細信息給模擬出來的,比如說導管架環境條件都模擬,這個實際上據我了解在Bentley是比較困難的,我們提供這樣的功能,我們把基礎環境包括水動力的信息在SACS進行建模,建模之后可以生成動態超單元的文件,包括結構信息的文件,是什么信息呢?我們結構縮減之后剛度計算、質量矩陣、阻力矩陣,以及我們所需要的載荷信息。風機廠商就可以直接在我們相應的(英文)直接導入超單元,不用進行任何的建模和計算了,方便我們的風機廠商進行數據的交互。
  
  我們要推動一體化設計,其中一個很大的問題就是為什么國內很多的設計院不愿意做這個事情,如果是獨立設計可能是做一個分析,每個工況算完就是一分鐘兩分鐘,要是一體化設計都是耦合結算,只要是涉及到這個計算是非常耗時的,要求非常高。你可以看到,真正一個設計,我們的風機有疲勞有上千個工況,每個可能是600秒,如果單臺計算機,就我們現在的計算機配置來算得幾個星期,一般的基礎方式承受不了這樣的設計周期,現在我們可以借助SACS并行運算功能大幅度降低我們的一體化計算時間。
  
  我們計算的防范,我們借助GH Bladed云計算功能,我們也提供自己的(英文),用戶可以在我們的云上進行多個節點多個工況的運算,比如說你可以把文件存到云上,有一千個節點然后同時計算一千個工況,這里有一個時間對比,你算一個包含12000個工況你可能算一個小時,如果你有一千個工況就是乘1000,現在使用云計算功能,云上有一千個節點,同時算一千個工況需要兩個半小時的時間,這就大幅提高了一體化設計最重要的難題,就是運行時間的問題。
  
  第二個可能很多用戶擔心,我的很多內部,因為你要云計算你需要把應的運行文件要上傳到云端,很多用戶不希望上傳到網上,我只希望在我自己用戶內部局域網運算,我們也提供另外一種方案,支持內部局域網,可以多節點內部網絡,不需要上傳公網,同時支持多臺電腦進行耦合一體化計算,同樣能夠大幅度降低我們的計算資源。
  
  實際上我們GH Bladed還有另外一個產品,主要是浮動式結構的設計,針對現在風電開發逐漸往遠海走,很多企業也在進行研究設計,我們Bentley業提供了一體化浮式風機的結構,我們進行建模,建模之后可以把這個模型直接導入到(英文),直接去進行水動力的分析,包含水動力,包括錫箔系統,后面還要進行結構后處理,就是我們的強度疲勞的校核,這個時候就要使用到SACS,SACS模型可以直接導入到MOSES,它是完全一體化的,節約了用戶中間傳導的過程,節省了時間。
  
  這是客戶的列表,這是使用SACS進行海上風電支撐結構,大家可以看到從歐洲到國內,絕大部分主要設計方都是SACS,比如說歐洲COWI,非常重要的合作伙伴,包括RAMBOLL,還有國內的一些主要的設計院,大家都可以看到,基本上國內90%都是使用我們這個。
  
  我們簡單看幾個案例,第一個就是歐洲最大的海上風電場,倫敦矩陣,比較早期使用單樁的基礎,使用SACS進行單樁結構建模以及分析,另外一個最近就是德國的項目,科委(音)來進行基礎設計的,另外就是美國第一個風電場項目,大概是5臺風機,(英文)也是我們Bentley非常重要的合作伙伴,那么我們剛剛講很多一體化的設計功能,實際上在我們的(英文)在他們的項目里一起幫助他們開發,幫我們去完善一體化耦合結算???。
  
  如果大家會后對產品感興趣的話,我們Bentley也有一個展臺,在W224,大家可以找到我們,跟我們聯系。
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