海上風電場的案例
【CAE案例】海上風電場的三維海底地形形態變化研究
01 研究背景
海上風電場能有效提高能源采集率，推動節能減排，卻需要耗費高額成本去建設和維護。海上風電場樁基不僅需要在高咸度的海水中支撐數十年，還要經受水流的沖擊、泥沙的堆積。而制定合適的樁基維護策略可以有效延長樁基使用壽命，降低維護成本。
所以通過模擬海上風電場的海底形態變化，了解海上風電場海岸水動力和形態動力學，為樁基維護策略提供技術支持十分重要。
02 模型建立
本案例將利用水動力仿真軟件的三維水動力學模塊并設置LES湍流模型耦合SISYPHE泥沙輸運模塊，來構建海岸形態動力模型。
傳統的RANS湍流模型無法有效地描述緊靠單樁的湍流的產生和消散以及整個海上風電場大規模尾跡。為了滿足穩定性標準，計算時間步長必須很小，這限制了RANS模型長期模擬的能力。
因此，本研究擬用大渦模擬LES替代RANS湍流模型，并研究其遠場模擬的性能和精度，進而證明水動力仿真軟件具有預測海上風電場樁基周圍的水流和泥沙輸移的能力。
水動力學模型
首先基于過往的實驗數據對三維水動力+ LES的模型進行了驗證。
設置50米長，4米寬的研究區域。假定床層是平的，固定深度為0.54m。直徑為0.53米的圓柱體放置在入口下游13米處。研究區域的三維網格每層的二維單元共282740個，縱向劃分20層。
網格的俯視圖
模型分別驗證了光滑床層和粗糙床層的情況。設置雷諾數為1.7×，水深入口流速 0.326 m/s。實驗表明，該模型可以較好地模擬單樁實驗的流場。
光滑床層的模擬結果與實驗結果對比
然后將該模型用于愛爾蘭東部海域利物浦灣的遠場模擬，該海域有Burbo Bank、North Hoyle和Rhyl Flats三個海上風電場，分別由25、30和25個單樁風機組成。三維網格水平劃分為323830個三角形單元，縱向劃分15個水平層。
展開 【環境仿真專題第一講】使用TELEMAC-MASCARET研究海上風電場的三維海底地形形態變化
上周我們推出了首個專題環境仿真
這周第一個案例如期而至
圖文詳解 仿真思路更清晰
一起來學習吧
在全球陸地資源日益緊張的局面下，海洋資源憑借著巨大空間和節能環保的優勢成為經濟建設的重要一環，
海上風電場就是海洋新能源的標桿和重點領域。
《環境仿真專題》第一講
使用TELEMAC-MASCARET研究海上風電場的三維海底地形形態變化
01
研究背景
海上風電場能有效提高能源采集率，推動節能減排，卻需要耗費高額成本去建設和維護。海上風電場樁基不僅需要在高咸度的海水中支撐數十年，還要經受水流的沖擊、泥沙的堆積。而制定合適的樁基維護策略可以有效延長樁基使用壽命，降低維護成本。
所以通過模擬海上風電場的海底形態變化，了解海上風電場海岸水動力和形態動力學，為樁基維護策略提供技術支持十分重要。
02
軟件介紹
TELEMAC-MASCARET是法國電力集團（EDF）的法國國立水利與環境實驗室開發的一款研究水動力學和水文學領域的高性能數值仿真開源軟件。
展開 全球最大海上風電場Walney Extension正式開建
?rsted能源（前身為DONG能源）及其合作伙伴日前宣布，位于愛爾蘭海的Walney Extension海上風電場正式開工建設，總裝機容量達到659兆瓦，超過英國的倫敦陣列，是目前世界上最大的海上風電場。
?rsted在一份聲明中說，該工廠將在坎布里亞郡儀式上舉行落成典禮。英國董事總經理Matthew Wright評論說，該項目在預算范圍內按時完成。
Walney Extension現在是世界上最大的海上風電場，跨越630兆瓦的倫敦陣列。
新的風電場由?rsted擁有50％的股份，以及養老基金PKA和PFA各持有25％的權益。該風電場包括40臺MHI Vestas的8兆瓦渦輪機和47臺7兆瓦的Siemens Gamesa渦輪機，所產生的電力能夠滿足60萬戶英國家庭的用電需求。
此外，該風電場投產還將提供超過250個工作崗位，主要涉及運維服務。
開發商已經創建了一個1500萬英鎊的Walney Extension社區基金，以支持當地的項目和組織。它將在風電場預計的25年壽命期內每年支付約600,000英鎊。
根據計劃，該海上風電場將于2020年投入全面運營。
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展開 世界最大海上風電場易位
近日，由?rsted開發的Walney Extension海上風電場正式投入商業運行，該風電場總裝機659MW，一舉超越“倫敦矩陣”630MW海上風電場，成為全球總裝機容量最大的海上風電場。
該風電場位于英國Cumbria附近的愛爾蘭海域，離岸20公里，水深20到37米，其中西區安裝了40臺 MHI Vestas V164-8MW 風電機組(可功率提升到8.25MW)，東區安裝了47臺Siemens Gamesa SWT-154-7.0MW風電機組，總裝機達659MW！
目前，海上風電正逐步朝向大型化方向發展，8MW、10MW+海上風電機組…更大更深更遠是其未來發展大勢。我國海上風電經過近兩年的快速發展，已成功位居全球海上風電市場前三，未來海上風電市場將如何變化，我們拭目以待!
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展開 
《風能》國際|英國海上風電市場動態概覽
雖然容量系數受逐年風力條件的影響，但其明顯的上升趨勢也反映出風電機組技術的進步，以及目前正在建設的深遠海風電場風力條件的改善。2022年，英格蘭與威爾士的風速低于長期平均水平，這兩個地區的海上風電場平均容量系數為38%，新建項目通常會比平均值高出5%~10%。盡管容量系數有所下降，但因在運風電機組數量進一步增加，海上風電的發電量仍創下歷史新高。
圖3為2010―2022年蘇格蘭海上風電場的平均容量系數和總發電量。2019年，Beatrice風電場全面投運，蘇格蘭海上風電發電量顯著增加。2020年，漂浮式海上風電項目HywindS cotland以57.1%的容量系數，創下英國海上風電場最高年平均容量系數的紀錄。與英國其他地區一樣，2021年蘇格蘭的平均風速異常低，導致海上風電發電量比2020年下降20%，海上風電場的平均容量系數僅為33%。2022年，蘇格蘭地區的海上風電發電量顯著增加，主要原因是Moray East項目產能的增加。過去5年，蘇格蘭海上風電場的平均容量系數為37%。
在海上輸電運營商(OFTO)資產方面，截至2022年年底，英國有24個獲得核準的OFTO資產，通過47條外送電纜與國家電網的國家輸電系統(NETS)或配電網絡運營商(DNO)擁有和運營的低壓配電網絡連接，支持了超過9.5GW的發電容量(該統計以每年9月為截止日期，因此，項目East Anglia ONE在2022年12月被授予的OFTO許可證尚未包含在此績效統計中)。英國政府監管框架設定的最低可用率的默認值為98%，并為每個OFTO制定了具體目標。但2021―2022年OFTO的平均可用率為98.89%，過去5年的平均可用率為98.94%。下降的原因包括資產維護或改造所需的計劃內停電，以及風電場或設備故障(即電路跳閘/故障)導致的計劃外停電或DNO要求的停電。
展開 【EDF開源CAE】TELEMAC-MASCARET在北海風電場作業波預警中的應用
圖 | 百度百科
在過去20年里，北海海上風電設施大規模擴建，其發展呈指數型增長。在開發海洋可再生能源的同時，我們還需要建立波浪預測工具來維持海上維修隊的安全、規劃海上設施維修以及提高能源生產效率。
波浪預警工具的主要是在一個離散的風電場作業區域內提供近乎實時的波浪預測信息。本文將采用TELEMAC/TOMAWAC耦合有限元模型來研究潮汐作用對波浪的影響，利用0.5×0.6 bespoke工作波模型預測北海南部Greater Gabbard海上風電場附近的波浪情況，并提出一個波浪預警模型。
02
模型建立
在TELEMAC2D和TOMAWAC的耦合模擬中，我們采用相同的水平方向的二維網格，如圖1所示：
模型內部邊界靠近風力發電廠站點邊界（黑點處），包括Wavenet Waverider浮標所在的位置（紅色三角形），外部為開放邊界。
我們將根據英國海洋數據中心（British Oceanographic Data Centre, BODC）提供的數據對模型進行校準和驗證。
一、潮汐模型
我們采用TELEMAC2D生成Gabbard模型來模擬探測點區域的潮汐作用，并在開放邊界處添加潮汐作用力（采用11種作用力模型：M2、S2、N2、K2、K1、O1、P1、Q1、M4、MS4和MN4)。
展開 【精彩回顧】國產化、場景化和云端化，遠算開啟工業仿真創新模式
遠算副總裁閔皆昇博士發布主旨報告
參展嘉賓積極深入了解遠算業務與產品
遠算格物云CAE獲得自主軟件創新獎（左3）
遠算行業資深仿真工程師在仿真與數字孿生技術等論壇發表應用于數字孿生技術中的CFD降階模型、基于數值仿真的風電智慧運維數字孿生平臺、基于code_saturne的水輪機流體特性和材料性能評估系統、應用于數字孿生平臺的風電場尾流效應數值仿真研究和工業APP在設備支承件安全性能分析中的應用等專題演講，介紹了運算將數值仿真技術與行業知識經驗結合的場景化應用。其中，海上風電場沖刷數字運維平臺榮膺本屆數字仿真科技獎之卓越應用獎，得到了多方的首肯和贊賞。
遠算海上風電場沖刷數字運維平臺獲得卓越應用獎（左3）
格物云CAE——一站式場景化工業級CAE仿真云平臺
針對工業仿真軟件“卡脖子”、無法異地協同等難題，遠算融合高性能云計算技術，深入行業，打造了一款專為仿真工程師“量身定制”的國產可控云端仿真平臺——格物云CAE。
遠算格物云CAE產品發布
平臺基于工業級可控源代碼，將仿真軟件模塊化云端部署，依托國家超算中心海量算力資源，使格物云CAE具備專業程度高、使用門檻低、應用范圍廣、計算速度快、渲染效果佳的獨特優勢。除此之外，本產品還支持云端CAE生成工業APP，構建完全交互式仿真社區，快速實現行業通用經驗軟件化和制作流程標準化。
能源/水利/汽車/航空航天等行業數字孿生解決方案
除了構建專業仿真平臺以外，遠算結合行業實際應用場景和專業知識經驗，打造了一系列行業級數字孿生解決方案。
展開 艦船雷電環境研究
根據Jayaratne等人的試驗數據，微量NaCl的存在會使得霰粒在碰撞中總是帶負電荷，同時由于海面因電暈產生的正電荷很少，使得海上雷云底部的正電荷不容易累積而觸發雷電，導致中部電荷形成的電場強度累積到更高時才會發生雷擊，這也導致了更高的回擊電流幅度。
由于溫帶地區雷云高度一般在4km以內，而熱帶地區雷云的高度可達到6km，溫帶地區海洋雷電的最大峰值可達到300kA左右，而熱帶地區海洋雷電的最大峰值可達到450kA~500kA，遠大于陸地觀測到的雷電峰值。
EduardShulzhenko等人對北海德國海域、北海英國海域、波羅的海的13個海上風電場（距離陸地7km~100km）進行了8~10年的雷電監測，并與50個陸地風場的監測數據進行對比，結果表明：監測的海上風電場雷電的強度遠高于陸地風電場雷電強度，海上雷電的首次回擊電流的最大峰值接近300kA，電荷傳遞量超過300C。另外還有一些觀測結果也表明海上雷電的強度高于陸地 雷電。
04 艦船雷電環境分析
水面艦船尤其是大型艦船，其雷電環境與陸地建筑物有一些差異，具體分析如下：
1） 由于艦船活動的區域包括港口、近海和遠海，因此需要綜合考慮這三種區域的雷電環境。我國一些南部港口雷電頻次很高，艦船在港口停泊時，遭遇雷擊的概率高，但雷擊強度超過標準幅值（200kA）的概率極低。而在近海或遠海區域，雷電頻次降低，但雷擊強度大大超過港口的雷擊強度，首次回擊幅值可能達到甚至超過300kA。
2）當艦船在海面航行時，艦船本身對雷電的發生會有一定的影響。由于海面沒有其他突起物，當艦船上方存在雷云時，艦船成為地平面上唯一可產生電暈及上行先導的物體。
展開 這家船廠建造的國內首艘海上風電管樁特型運輸船下水
8月22日下午，江蘇勤豐船廠舉行國內第一艘海上風電管樁特型運輸船“神山1”號海樁近海運輸船下水儀式。
“神山1”號是一艘風電設備甲板運輸船，船長103.8米、寬15.6米、型深3.5米、吃水2.8米、載重5000噸，可內河近海通航，一次可運輸2根管樁或3套塔筒，產品最大直徑8.5米、長度110米、最重1200噸，具備對制作好的海上風電塔筒及管樁在港池內直接裝船運出，經響水灌河入海，直達海上風電場機位或海邊海工基地。
該船由江蘇神山風電設備制造有限公司投資新建，揚州海翔設計院設計，經江蘇省船舶檢驗局審核批準通過，江蘇華神航運有限公司營運，據了解，華神航運由江蘇神山和南通華波共同出資成立，其中神山占55%、華波占45%，擬建專用運輸船2艘。
江蘇神山風電設備公司擁有國內最大最先進的管樁生產車間，配套的阜寧港海上風電生產基地，占地7萬平方米，建有寬30米、長105米的挖入式港池，裝備2臺起重能力600噸、跨距72米的行車，可以抬吊1200噸海上風電大型、超長管樁及塔筒。這一基地是國內目前生產和裝運海樁最符合工藝規范的港口。
展開 海中風電塔抗震分析及CFRP加固應用
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</div><p class="ql-align-center">圖 1 海上風電裝機增量統計及預測</p><p>海上風電場建設地點與我國沿海地震帶分布重合度較高，地震是危害最大且發生頻率最高的自然災害之一，由于地震的發生具有突發性和不可預測性，因此地震能在短時間內對結構造成巨大破壞。由于風電塔上部質量較大，且塔筒支撐結構徑厚比大，因此在地震或波浪等荷載作用下底部會產生巨大彎矩，造成結構屈曲或整體倒塌(如圖 2 所示)， 導致發電中斷， 影響電力供應 。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202209/42a837b471e1474d8b4c4e5df8ae9b42.jpg" alt="圖2.jpg"></p><p class="ql-align-center">圖 2 風電塔結構屈曲與倒塌 </p><p>海上風電塔除面臨地震災害外還面臨長期海洋腐蝕的影響，氯離子腐蝕、生物腐蝕等均會對風電塔筒及基礎造成不同程度的損傷。遭受長期腐蝕的風電塔會出現腐蝕坑洞，在波浪、臺風或地震等荷載作用下破壞概率更高，抗 災能力更差。 據統計， 海洋平臺中有 7%~9%出現事故，其中事故原因大多數都是由腐蝕疲勞損傷引起的[1]。</p><p>基于以上原因，本案例以典型單樁式海上風電塔結構為例， 進行海洋腐蝕環境中風電塔抗震性能與CFRP加固模擬計算。為海上風電塔結構有限元建模及CFRP加固建模提供依據和思路，為海上風電塔結構加固設計提供參考。
展開 SWT海上風力發電機建模分析_論文精讀
海上風力發電機建模分析_論文精讀
海上風機swt.zip
隨著大型海上風電場的建設逐步由淺水海域向深水海域發展， 傳統固定式基礎結構已不能滿足海上風機工作性能要求， 研究漂浮式風機已成為各國開發海上風能的熱點工作。本帖分享兩個海上風機論文，具體見附件。
第一個期刊論文采用風機正向設計軟件SWT對海上張力腿浮式風機整體結構進行了模態分析，得到浮式風機整體結構的動態特性。由分析結果可知，浮式基礎的振動對上部塔架有連帶作用；浮式基礎低階振型主要表現為橫蕩、縱蕩、首搖、縱搖、橫搖和垂蕩，高階振型表現為振蕩、搖動和部件振動的復合；浮式風機自振頻率和主要海浪譜頻率以及風機葉片旋轉頻率不產生共振。
第二個為碩士論文，利用專門用于風機設計的軟件 SWT(SAMCEF for Wind Turbine)，建立了三種浮式風機的模型，支撐平臺為張力腿、Spar 和駁船，對三種平臺在三種水深（200
米、300 米和 400 米）、南海海況下進行了動力響應分析和對比。同時研究了風浪載荷、波浪入射角以及波浪周期對平臺運動的影響。得到若干結論，如：1）張力腿和 Spar 平臺平衡位置隨水深的增加而上升，而駁船平臺平衡位置隨水深增加而下降；張力腿和 Spar 平臺系泊纜預張力隨水深的增加而減小，而駁船平臺預張力隨水深增加而增大，系泊纜預張力垂向分量的增量等于平臺排水重量的增量。2）三種浮式風機在一年一遇工況下平臺的運動比 100 年一遇（停機）工況下小，說明波浪載荷對三種平臺運動的影響較大；三種浮式風機的位移、偏轉角、平臺應力和系泊纜張力都在允許范圍之內，浮式風機能安全地進行工作。3）在風速一定的條件下，波高越大，平臺的運動一般也越大；波高一定時，在浮式風機正常工作的風速范圍內，風速增大對平臺運動的影響不是很大。
展開 
Naval Energies攜手達索系統鞏固其海洋可再生能源領域的領導地位
Naval Energies部署3DEXPERIENCE平臺，為風電場項目和OTEC解決方案開發新型漂浮式離岸風機，以評估深水資源
云端數字化應用將幫助Naval Energies縮短開發時間，降低開發成本
達索系統幫助船舶與海洋工程企業成功駕馭市場轉型，實現可持續創新
達索系統近日宣布，海洋可再生能源領軍企業Naval Energies，正在使用3DEXPERIENCE平臺開發新型漂浮式離岸風機和海洋熱能轉換（OTEC）整體解決方案，鞏固其在海洋可再生能源領域的領導地位。
Naval Energies首席執行官Laurent Schneider Maunoury表示：“海洋是一種可再生能源，能滿足全球人口不斷增長的能源需求，同時確保零碳排放。在我們努力開發和利用這些能源時，達索系統3DEXPERIENCE平臺則是我們加速開發技術解決方案的戰略選擇。在云的幫助下，我們已經快速完成該平臺的部署，并能夠在必要時將平臺的使用范圍從設計流程擴展到制造和運營階段。”
Naval Energies將借助基于3DEXPERIENCE平臺的“為航海而設計（Designed for Sea）”行業解決方案體驗，致力于半潛式浮船和OTEC解決方案、錨泊系統、水下電纜和海上風電場連接解決方案的項目管理、工程與分析。Naval Energies能與其合作伙伴的網絡開展安全協作，重復使用并共享現有專業技術，縮短項目開發周期并降低成本。
具體項目包括格魯瓦島和貝勒島（Groix and Belle-Ile）浮動風電場。該試點項目在法國大西洋沿岸海域安裝了四部6兆瓦風機，將為2萬戶家庭供電。該項目的目標是在全面部署之前優化浮動風電場技術和基礎設施，并最終推動法國的能源轉型。Naval Energies是半潛式浮動系統的主承包商。
展開 風電場CFD仿真選擇不同精度粗糙度數據的效果對比分析
03
風資源發電量計算軟件分析
為對比不同精度粗糙度在風資源評估中對結果的影響，現以某平原項目為例，采用不同粗糙度數據作為輸入進行仿真模擬（其他仿真輸入條件保持一致），對比哪種粗糙度數據對仿真結果更為有利。
國家科學大獎公布，中鐵、鐵建、中交、中建、電建、能建誰更強？
公規院參與的“大跨度纜索承重橋梁抗風關鍵技術與工程應用”獲國家科技進步二等獎。三航局參與的“我國首座大型海上風電場關鍵技術及示范應用”獲國家科技進步二等獎。中國路橋參與的“寒區抗冰防滑功能型瀝青路面應用技術與原位檢測裝置”獲國家技術發明二等獎。
中國中鐵5項
其中，中鐵隧道局參與完成的《地質工程分布式光纖監測關鍵技術及其應用》榮獲國家科學技術進步獎一等獎。中鐵裝備主持、中鐵隧道局、盾構及掘進技術國家重點實驗室、中鐵隧道股份有限公司參與完成的《異形全斷面隧道掘進機設計制造關鍵技術及應用》，中鐵大橋勘測設計院參與完成的《大跨度纜索承重橋梁抗風關鍵技術與工程應用》，中鐵西北科學研究院參與完成的《風沙災害防治理論與關鍵技術應用》3項成果榮獲國家科學技術進步獎二等獎。中鐵大橋科學研究院參與完成的《長大跨橋梁安全診斷評估與區域精準探傷技術》榮獲國家技術發明獎二等獎。
向獲獎單位和個人表示祝賀！
展開 斯堪尼亞攜最新船機亮相2018公務艇展
進入中國市場以來，斯堪尼亞船用發動機憑借出色動力、可靠性能與最佳運營經濟性，已成為中國各類海事船只的動力首選，廣泛應用于引航工作艇、商用游艇、客運船舶和在中國海域執行海事公務與作業的救撈船、海事巡邏船、水環境監測船、海上風電場支持船、集裝箱及原油運輸船、離岸支持船等船只。
