海上风电风机基础自动分析系统

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海上风电风机基础自动分析系统海上风电风机基础自动分析系统技术应用案例，截至 2018 年底，我国海上风电批复规划规模约 7700 万千瓦，从 2017 年开始，我国海上风电市场环境已发生变化，新的格局正在形成，海上项目发展不断加速。

目录

一、背景

截至 2018 年底，我国海上风电批复规划规模约 7700 万千瓦，从 2017 年开始，我国海上风电市场环境已发生变化，新的格局正在形成，海上项目发展不断加速。风机基础数量庞大，且在海上风电总投资中比例较大，占20%左右，风机基础设计与优化是风电场开发的一个重要环节，也是海上风电开发“降本增效”的一个重要突破口。为提高海上风机基础的设计效率和质量，降低风机基础开发成本，国家能源集团龙源（北京）风电工程设计咨询公司进行海上风电单桩风机基础自动分析系统技术研究工作。

二、应用案例

1. 项目概述

该技术成果已应用在龙源江苏蒋家沙 300MW 海上风电场工程及龙源江苏大丰（H7）200MW海上风电场工程项目设计分析中。江苏龙源蒋家沙 300MW 海上风电场工程位于江苏省省管区蒋家沙，风电场中心离岸约 17km，共安装 75 台风力发电机组，其中 46 台单桩基础。龙源江苏大丰（H7）200MW 海上风电项目位于江苏省大丰市东部的泥螺垳、麻菜垳和太平沙之间的海域，风电场离岸距离 43km。风电场规划总装机容量为 200MW，安装 80 台 2.5MW 的风电机组，全部为单桩基础。采用该技术成果进行这些项目的风机基础设计，不仅满足了规范要求，保证结构安全可靠，而且大大提高了效率，缩短了设计周期，显著降低了人力成本。目前蒋家沙项目已经投产，大丰（H7）项目所有风机基础已经安装完毕。

2. 主要效益

（一）经济效益

该技术成果应用以来，设计风机基础126台次（0.5工作日/台），其中2016年28台次，2017 年44台次，2018年54台次，与通用有限元计算分析相比（15工作日/台），人力成本为100元/工作日，每台次节约人力成本（15-0.5）x1000=14500元。

2016年节约人力成本（即新增利润）1.45x28=40.6 万元

2017年节约人力成本（即新增利润）1.45x44=63.8万元

2018年节约人力成本（即新增利润）1.45x54=78.3万元

累计节约人力成本（即新增利润）∶1.45x126=182.7万元。

该技术成果应用以来，设计风机基础容量384MW，其中2016年112MW，2017年137MW，2018 年 135MW。考虑同时设计人数为 10 人，该技术成果设计周期比通用有限元设计周期节省（15x126-0.5x126）/10=12.6天，东海海域风电场月平均利用小时数200h。

2016年新增发电量 146x200x12.6/30/100000=0.1752 亿度，新增销售额 731.9万元，新增利润329.3万元;

2017年新增发电量 165x200x126/30/10000=0.198亿度，新增销售额895.3万元，新增利润 4028 万元;

2018年新增发电量190x200x126/30/100000=0.228亿度，新增销售额 882.3万元，新增利润396.9 万元;

累计发电新增销售额2509.5万元，发电新增利润1129.0万元。

（二）社会效益

① 该技术成果突破了一系列海上风电基础分析技术瓶颈，首创海上风机基础一键式自动分析
功能，在行业内技术领先，大大提高了设计分析效率，缩短了设计周期，特别适用于海上风电大规模开发的发展。相关发明专利中的技术方案，针对海上风电场开发的多种问题提出了创新性的解决思路和技术手段。

② 该技术成果申请国家发明专利4项，实用新型专利6项，软件著作权8项，发表科技论文
2篇。相关研究成果在国家获得龙源电力集团、国家能源集团官网及行业媒体如北极星风力发电网、海上风电网、风电技术、海上风电产业网等20余次报道，引起行业对海上风电规模化建设相关技术及自动化分析技术的广泛关注，促进了行业在该领域的技术进步。

③ 海上风电是是一种清洁的可再生能源，没有大气、水污染问题和废渣堆放问题。
风力发电场的运行期主要能源消耗为集电线路、电气设备的损耗和生产、生活用电、用水的消耗，施工期主要能源消耗为施工设备用电、用油、用水的消耗。以一个典型的龙源蒋家沙 300MW海上风电场为例，项目建成后，每年上网电量约为73800万kWh，按省火力发电标煤耗 322g/kWh 计算，每年可节约标煤 23.8万t，据环保部门相关测算数据，每年可以减少CO2排放量为48.7万t，减少灰渣8.9 万t，减少烟尘2.3万t。此外，每年还可节约用水 212.7万m³，并减少相应的废水排放和温排水。本技术成果的推广应用，在保护自然资源与生态环境、消除公害污染、节能减排、改善劳动与生活环境上有着明显的促进作用。。

三、技术要点

1.首次基于 VBA 语言，以工程技术人员熟悉的办公软件 EXCEL 为界面，开发出针对海上风电风机基础自动分析的平台;

2． 首次采用有限元软件 ANSYS APDL 语言编程，针对海上风电单桩风机基础开发程序实现有限元参数化自动化建模、施加荷载、工况组合、有限元分析（极限工况分析、模态分析、地震分析），自动将分析结果数据、图片以指定格式进行存储，供系统平台读取。

3． 首次采用 MATLAB 编程计算风荷载、桩土相互作用曲线数据，程序自动调用 EXCEL 平台输入参数，自动计算并将结果以指定格式自动存储，以备有限元分析使用。

四、应用前景

利用该项目成果可以使企业快速提升海上风机基础的设计分析能力和整个风电场所有风机基础第三方校对能力，还可以快速评估各参数变更影响、进行结构方案优化，减少人力支出，降低用钢量，实现降本增效的目的，为将来海上风电平价上网做贡献。该项目的研究成果特别是海上风机基础分析程序具有十分广阔的推广应用前景。