Bentley为海上风电基础提供标准设计

本刊 | 王芳

《江苏省“十三五”海洋经济发展规划》提出，支持盐城、南通、连云港海上风电开发，加快建设千万千瓦级风电基地。作为设计单位，中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司选用了海上结构设计与分析软件SACS（Structure Analysis Computer System），对这些由多个数十万千瓦级别海上风电场组成的大基地，开展了包括风电机组基础、海上升压站的总体结构设计。根据SACS分析结果调整和优化设计方案，提高了结构的安全性和经济性。

该公司新能源院副总工程师王滨表示：“SACS缩短了整体设计周期，有效地解决设计裕度偏大的问题，降低了海上风电开发成本。”

布洛克岛位于美国最小的州⸺ 罗得岛州南部，岛上约1.7万户家庭的用电成本是美国其他地方的4～5倍。针对于此，美国深海风能发电公司（Deepwater Wind）投入了2.9亿美元，在距离海岸4.8千米的地方建设布洛克风电场。工程设计公司Keystone受邀为5个单机容量为6兆瓦的风电机组设计导管架基础结构。

在设计中，Keystone公司使用SACS软件简化与风电机组厂商Alstom的沟通，并对深海平台的复杂空气动力和流体动力载荷属性进行建模。这种可互操作、灵活的海上设计和分析软件帮助设计团队为多个设计迭代创建并行计算。与典型的欧洲海上风电项目相比，设计周期缩短了一半；优化了支撑结构设计的重量和强度，与先前用于英国北海的同一款风电机组的导管架基础设计相比，整体重量减少了15%，安装成本降低20%，同时确保设计使用寿命超过20年。

Keystone公司工程项目经理、注册工程师Zachary Finucane表示：“Bentley SACS Wind turbine 模块使我们能够简化分析过程，从而缩短设计周期时间，降低客户的成本，同时降低管理执行超过3000个时域模拟产生大量数据容易出错的风险。”

以上只是全球众多能源公司在海上平台设计中应用SACS软件的两个案例。

SACS是一款集成的有限元结构分析应用程序包，专门用于设计海洋工程结构，除了风电场，还可服务于海上油气平台、漂浮式生产储油船（FPS）上部结构以及漂浮式平台。目前，SACS 软件已被世界各地的海洋工程师使用了近40年。

近年来，由于海上风电行业迅猛发展，SACS软件研发中心发挥多年在海洋工程结构计算的专长，推出SACS Wind turbine产品，受到了广大用户的认可。目前，国内主要设计院及整机生产企业，均采用这一软件进行海上风电机组基础的设计。

SACS Wind turbine软件提供一整套功能，用于设计和分析承受波浪、风力和机械载荷的海上风电机组基础结构，可开发安全、可靠，并且经济有效的海上风电场结构的设计方案。此分析方法能够预测基础支撑结构，以及非线性桩基的疲劳和极端载荷；使用综合性自动化工具确定环境和机械载荷响应，从而节省时间；通过集成分析来预测子结构和非线性基础的疲劳和极端载荷，从而降低风险；通过多处理器内核配置，进行疲劳及强度分析需要的大量时间历史模拟，从而缩短运行时间。

在海上风电领域，还有一款MOSES软件，能提供漂浮式风电机组基础的整套分析功能，其强大的水动力计算功能可以进行浮体稳性、运动性能分析，以及包含系泊系统的非线性时程分析。MOSES数据可以与风电机组载荷软件进行传递，用于整机动力学分析。同时，MOSES水动力计算模型以及结果也可以与SACS结构计算软件之间无缝对接，用于浮体强度疲劳校核。通过完全耦合与非耦合分析改进海上风电机组结构设计流程，能够通过与空气动力学软件的交互（如GH Bladed和FAST aeroelastic）优化基础和风电机组的相互作用，在多时程响应分析中考虑波浪、风力与风电机组机械载荷之间的完全耦合；生成等效静力载荷准确分析随机波浪和风力的作用，从而降低风险；按照该软件自动选择的时间步长或用户指定的时间增量，提升分析效率；通过 GH Tidal Bladed 和 SACS Wind turbine 耦合流程，高效设计潮汐能发电机组结构。

SACS海洋工程结构分析和设计软件以及面向漂浮式基础的MOSES软件，都是Bentley（奔特力）工程软件有限公司旗下的产品。考虑到漂浮式风电机组将成为未来的发展方向，Bentley公司将在2020年第二季度推出漂浮式风电机组解决方案，实现从固定式风电机组到漂浮式风电机组的全生命周期解决方案。

Bentley公司于1984年成立于美国宾州，是一家全球领先企业，致力于为工程师、建筑师、地理信息专家、施工人员和业主、运营商提供推进基础设施设计、施工和运营的软件解决方案，涵盖公共工程、公用事业、工业工厂和数字城市等领域。目前，Bentley公司在50多个国家拥有3500余名员工，服务于170个国家和地区，年营收达7亿美元。2014年以来，该公司在研发和收购方面已投入逾10亿美元。