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Bentley 孟文:海上风机基础设计解决方案
2018-10-18 来源:能见APP
 2018年10月17日-19日,由中国可再生能源学会风能专业委员会、中国循环经济协会可再生能源专业委员会、全球风能理事会、中国农业机械工业协会风力机械分会、国家可再生能源中心和中国电子信息产业发展研究院(赛迪集团)六大权威机构联合主办的2018北京国际风能大会暨展览会(CWP 2018)在北京新国展隆重召开。能见App全程直播本次大会。
  
  Bentley软件公司海工行业首席工程师孟文先生出席本次大会,在中欧海上风电工程装备论坛作“,Bentley海上风机基础设计解决方案”的主旨演讲。
 
  以下为发言实录:
  
  孟文:各位来宾大家上午好,我今天上午跟大家分享的主题是Bentley海上风机基础设计解决方案以及相应案例分享。
  
  首先介绍一下Bentley软件公司,Bentley是全球最大的工程软件的提供商之一,我们在基础设施各个行业提供各种各样的解决方案,包含各种建筑、交通、工厂、轨道这些专业,同样我们也在海洋这个行业也提供相应解决方案。
  
  Bentley在海上风电行业主要为风机基础提供结构设计解决方案,我们主要产品就是SACS,它在行业应用已经有超过40年的历史,针对海洋结构,包括单桩、包括多脚架、导管架都可以。我们可以骄傲地说,我们全球超过80%的固定式海洋式结构都是用SACS进行海洋结构分析的。
  
  SACS在海洋结构应用是全生命周期的运用,从结构在码头的建造一直到施工安装,到我们的站位设计到退役都可以得到应用。当然这个里面包含很多不同的工况,比如说吊装、脱航设计工况,极限强度、疲劳,还有特定场地的地震、冰载荷的都可以用SACS来完成计算。对于海上风机的设计,跟我们传统的海工行业有一个很大的区别,一般来说我们可以认为它比海洋石油设计更加复杂,大家可以看到这个图,完整的一个风机结构,包含上部的风电机组,包括塔筒,包括装机和土壤的交互作用。对于分析来说是一个包含多个专业的,上部空气动力学,下面是海洋工程、土壤力学,我们对结构的分析,如果我们需要考虑载荷,得到精确的载荷,一定把上下部、泥面、装机做一个一体化的分析。
  
  其实我们前面有很多嘉宾,包括各个风机厂商,包括我们的咨询机构大家都讲了,我们要风机要降低成本,我们需要降低基础的支撑结构的成本,我们要推进一体化。那么一体化Bentley在最近几年也开发了很多海上风机基础解决方案。
  
  第一个就是半耦合的计算模块,同样还有跟其他的整机软件,还有全耦合计算接口,包括跟西门子的动态接口模块。
  
  目前我们了解在国内,大部分都是用独立设计,我们风机厂商和他们是分开的,他们把载荷算出来以后交给我们的设计院,我们做若干循环迭代和数据交互,这两部分是互相没有关系的。那么实际上这样过程就像我们前面有嘉宾讲了,这个过程设计可能是比较保守的,整个结构的重量包括用钢量可能是远远超过我们应该的成本,所以说这个地方第一个有一个半耦合的计算流程模块,这个模块是把上部风机载荷和下部基础环境载荷各种风浪流进行一体化的考虑。
  
  当然首先这个流程我们在基础结构可以在SACS,我们SACS可以在程序里面进行组合,风机载荷和下一个进行动力上的分析,然后得到了结果我们再来做结构的优化。那么这个方法的好处是什么呢?我们整个结构上的上部载荷和下部载荷一起考虑,同样风机厂商愿意把这个提供给我们,因为里面不涉及到风机厂商自己的信息。
  
  当然有的时候,如果说我们能够直接从风机厂商得到整个风机载荷软件计算结果,比如说可以得到(英文),我们就可以做结构全耦合,首先基础结构比如说导管家可以在SACS建模,这个模型可以直接到GH Bladed,然后去读取GH Bladed,进行后处理的强度或者疲劳的校核。
  
  当然如果说有的风机厂商就是美国(英文)风机载荷计算我们也是提供跟SACS全耦合的,我们可以在程序里面同时运行SACS和(英文),我们风机的信息包括风机的控制策略都定义在SACS,在SACS进行建模,这个程序就同时进行一个全耦合的分析,把SACS计算基础信息跟(英文)进行耦合,当然得到结果以后可以在SACS进行后处理强度或者是疲劳设计。
  
  第三个我们讲风机厂商很多,不同的有不同的载荷计算,比如说西门子有自己的软件,我们也给西门子提供模块,这个模块是什么原理?风机厂商算风机载荷的时候不愿意把基础详细信息给模拟出来的,比如说导管架环境条件都模拟,这个实际上据我了解在Bentley是比较困难的,我们提供这样的功能,我们把基础环境包括水动力的信息在SACS进行建模,建模之后可以生成动态超单元的文件,包括结构信息的文件,是什么信息呢?我们结构缩减之后刚度计算、质量矩阵、阻力矩阵,以及我们所需要的载荷信息。风机厂商就可以直接在我们相应的(英文)直接导入超单元,不用进行任何的建模和计算了,方便我们的风机厂商进行数据的交互。
  
  我们要推动一体化设计,其中一个很大的问题就是为什么国内很多的设计院不愿意做这个事情,如果是独立设计可能是做一个分析,每个工况算完就是一分钟两分钟,要是一体化设计都是耦合结算,只要是涉及到这个计算是非常耗时的,要求非常高。你可以看到,真正一个设计,我们的风机有疲劳有上千个工况,每个可能是600秒,如果单台计算机,就我们现在的计算机配置来算得几个星期,一般的基础方式承受不了这样的设计周期,现在我们可以借助SACS并行运算功能大幅度降低我们的一体化计算时间。
  
  我们计算的防范,我们借助GH Bladed云计算功能,我们也提供自己的(英文),用户可以在我们的云上进行多个节点多个工况的运算,比如说你可以把文件存到云上,有一千个节点然后同时计算一千个工况,这里有一个时间对比,你算一个包含12000个工况你可能算一个小时,如果你有一千个工况就是乘1000,现在使用云计算功能,云上有一千个节点,同时算一千个工况需要两个半小时的时间,这就大幅提高了一体化设计最重要的难题,就是运行时间的问题。
  
  第二个可能很多用户担心,我的很多内部,因为你要云计算你需要把应的运行文件要上传到云端,很多用户不希望上传到网上,我只希望在我自己用户内部局域网运算,我们也提供另外一种方案,支持内部局域网,可以多节点内部网络,不需要上传公网,同时支持多台电脑进行耦合一体化计算,同样能够大幅度降低我们的计算资源。
  
  实际上我们GH Bladed还有另外一个产品,主要是浮动式结构的设计,针对现在风电开发逐渐往远海走,很多企业也在进行研究设计,我们Bentley业提供了一体化浮式风机的结构,我们进行建模,建模之后可以把这个模型直接导入到(英文),直接去进行水动力的分析,包含水动力,包括锡箔系统,后面还要进行结构后处理,就是我们的强度疲劳的校核,这个时候就要使用到SACS,SACS模型可以直接导入到MOSES,它是完全一体化的,节约了用户中间传导的过程,节省了时间。
  
  这是客户的列表,这是使用SACS进行海上风电支撑结构,大家可以看到从欧洲到国内,绝大部分主要设计方都是SACS,比如说欧洲COWI,非常重要的合作伙伴,包括RAMBOLL,还有国内的一些主要的设计院,大家都可以看到,基本上国内90%都是使用我们这个。
  
  我们简单看几个案例,第一个就是欧洲最大的海上风电场,伦敦矩阵,比较早期使用单桩的基础,使用SACS进行单桩结构建模以及分析,另外一个最近就是德国的项目,科委(音)来进行基础设计的,另外就是美国第一个风电场项目,大概是5台风机,(英文)也是我们Bentley非常重要的合作伙伴,那么我们刚刚讲很多一体化的设计功能,实际上在我们的(英文)在他们的项目里一起帮助他们开发,帮我们去完善一体化耦合结算模块。
  
  如果大家会后对产品感兴趣的话,我们Bentley也有一个展台,在W224,大家可以找到我们,跟我们联系。
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