iDO——海上风电的幕后英雄

　　2021年6月，应用iDO（integrated Design Offshore）海上风机支撑结构一体化设计的越南薄寮三期和金瓯一期海上风电项目完成项目首吊，项目总容量达171MW。

 

　　2018年3月-2020年12月，广东徐闻、广东沙扒、福建长乐、大丰H8-2、华能灌云、大连庄河等多个海上风电项目都陆续应用了iDO一体化设计方法，应用该设计方法的项目总容量超过1970MW。

 

　　要了解iDO，首先要从我国乃至全球的海上风电发展形势说起。

 

 

　　2021年上半年，全国新增风电装机10.84GW，其中海上风电新增装机2.15GW，同比增长 102.5%。据权威机构预测，中国即将诞生又一个“全球第一”：我国的海上风电累计装机有望在2021年底超过英国，成为全球最大的海上风电市场。

 

　　庞大的海上风电装机规模映射出我国海上风电政策机制的不断健全、行业的快速发展与技术的持续进步。作为中国海上风电事业的参与者、见证者和推动者，金风科技也在通过苦练内功，为即将到来的海上风电平价时代贡献技术创新之力。

 

　　相较陆上风电，海上风电的建设周期更长，施工条件更艰巨，施工难度更大；一般情况下，海上风电的成本基本是陆上风电成本的两倍。同时，海上风电与陆上风电的成本构成也有很大不同，海上风电的建设及运维成本占比要远高于陆上，特别是海上支撑结构采购及安装费用，约占海上风电项目总成本的30%左右。因此，降低支撑结构的成本可以显著地降低海上风电平准化度电成本（LCoE），帮助海上风电平稳地向平价阶段过渡，大幅提高海上风电的竞争力。

 

风电场建设成本构成对比对图

 

 

　　针对海上风电机组塔架和基础分体化设计与海上风电降本增效需求的矛盾，金风科技于2017年组建海上风电支撑结构一体化设计项目开发团队，并用一年的时间完成了海上风电支撑结构一体化设计方法的开发和数字化平台的搭建。于2019年正式推出海上风机支撑结构一体化设计iDO（金风科技：“海陆空”护航 制胜高质量的风电未来），有效降低风机塔筒的塔底载荷，提升了海上风电机组支撑结构的设计水平，为降低海上风电LCoE打开了新思路。

 

 

　　以中南院越南薄寮三期和金瓯一期海上风电项目为例，如果采取传统的分步迭代设计方法，以塔底为分界面，基础与塔架分开单独进行分步迭代设计，风机厂商和设计院各方寻找自己负责部分的局部最优解，会将波浪和海流的影响重复考虑，造成过度设计冗余，不利于实现整体设计的最优化。同时，分步迭代法往往需要多方进行多轮迭代，设计周期长。在实际工程设计过程中，金风科技团队与中南院设计团队紧密合作，通过运用iDO一体化设计方法，将风机塔架和基础作为一个整体进行设计，充分考虑风、浪、流载荷的耦合效应，通过整体化建模、整体化载荷计算和整体化结构校核，避免了因重复考虑不同规范体系的载荷安全系数而导致的保守性，从整体支撑结构角度寻找到了全局最优设计方案。在这两个项目中，通过使用iDO一体化设计方法，每台风机的支撑结构减重约11吨（相比传统的分步迭代法），为业主全场节省造价超过1000万元人民币，获得了业主和设计院的一致肯定；同时，项目的设计交付周期也被极大缩短。

 

 

　　在广泛应用了金风科技iDO一体化设计方法的广东徐闻、广东沙扒、福建长乐、大丰H8-2、华能灌云、大连庄河等多个海上项目中，支撑结构载荷普遍有效降低15%以上，设计交付时间减少30%以上。

 

　　国家风力发电工程技术研究中心主任、金风科技集团总工程师翟恩地博士表示，“‘一体化设计’最初源于欧洲海上风电，近年来，海上风电支撑结构一体化设计方法已经成为国内外尝试支撑结构降本优化的重要方法之一。金风科技早在2018年就完成了iDO数字化平台的搭建与开发，并通过基于HPC的本地云平台搭建LCC集群，实现高效快速的仿真计算及设计优化，这在行业内属于技术首创。值得一提的是，iDO在开发之初就获得了世界银行的支持，并于2019年获得DNV-GL符合性声明，同年又获得中国可再生能源学会科学技术进步一等奖。我们相信，iDO将会对海上风电走向平价时代做出更大贡献。”

 

 

↑iDO获得DNV-GL符合性声明

 

　　海上风电是海洋工程与风电装备的技术融合，大力发展海上风电将有力推进风电装备的研发能力和制造能力升级，金风科技愿意继续依靠科技创新，协助海上风电整体平稳过渡至平价阶段，继续促进我国海洋产业融合发展，实现海洋强国战略。