中国海上风电支撑结构一体化设计综述

对当前中国海上风电在风机、塔架与基础一体化设计领域的研究进行了回顾,从降载优化技术、结构优化技术、工程探索与应用方面探索了一体化设计的可行性,给出了在海上风电支撑结构轻量化的优化目标下可采用的一体化设计的关键技术和实施途径。研究表明,中国海上风电行业需要从提供一体化设计的前提条件、当前阶段可采用的技术、下一步的研究方向3个层次逐步落实,在海上风电走向平价上网的大背景下,业主工程师与第三方认证机构需要起到更大的推动作用。

海上风机塔架和单桩一体化试验设计方法

[目的]国内海上风电项目的业主在招主机标时,对风机厂商提供的基础顶载荷和塔架质量提出要求,在招设计标时很少对设计院提供的基础质量提出要求;详细设计阶段时风机厂商和设计院分别对塔架和基础进行设计,因此通常难以得到塔架和基础总质量最小的全局最优设计。[方法]提出了海上风机塔架和单桩一体化试验设计方法,通过对某海上风电项目进行试验设计得到多个不同塔架构型、塔底和单桩直径的设计方案,并通过载荷计算、塔架和单桩设计迭代优化得到相应的基础顶载荷、塔架质量和单桩质量等结果。[结果]研究表明:基础顶载荷或塔架质量最小的方案不是塔架和单桩总质量最小的方案。通过试验设计方法可以给出单桩和塔架总质量最小的最优设计。[结论]研究成果表明,在设计中采用一体化试验设计方法寻找塔架和单桩总质量最小的全局最优设计是降低海上风电度电成本的有效方法。业主将制定塔架和基础总造价最小的招标规则,要求采用一体化试验设计方案找到全局最优设计。

海上风机支撑结构整体优化设计

[目的]当前国内海上风电项目在投标阶段通常采用分步迭代设计(Sequentially Iterated Approach,缩写为SIA)方法和流程,风机厂家给出塔架设计并担保工程量,但最终得到的设计往往是塔架最轻的局部最优设计而不是整体支撑结构最轻的设计。为了降低海上风电平准化度电成本(Levelized Cost of Energy,缩写为LCoE),提出了整体优化设计(Integrated Design Optimization,缩写为IDO)的流程和优化列式,建议在海上风电项目招标阶段业主可要求风机厂家联合设计院编制并提交整体设计投标方案,把设计域扩大到整体支撑结构进行优化设计,寻找全局最优的设计。[方法]为了说明IDO方法和流程的优势,以某海上单桩基础项目为例,分别计算不同塔架直径和单桩基础直径的共18种设计方案,比较了采用SIA方法与IDO方法获得的结果。[结果]结果表明:IDO相比SIA可在塔架质量增加较小时大幅减少整体支撑结构的质量。[结论]在今后的海上风电工程项目应用中,可通过IDO优化设计方法和流程给出整体支撑结构最轻的设计方案,为降低海上风电LCoE提供可行的解决方案。

Application of stochastic method to optimum design of energy-efficient induction motors with a target of LCC

For an energy-efficient induction machine, the life-cycle cost (LCC) usually is the most important index to the consumer. With this target, the optimization design of a motor is a complex nonlinear problem with constraints. To solve the problem, the authors introduce a united random algorithm. At first, the problem is divided into two parts, the optimal rotor slots and the optimization of other dimensions. Before optimizing the rotor slots with genetic algorithm ( GA), the second part is solved with TABU algorithm to simplify the problem. The numerical results showed that this method is better than the method using a traditional algorithm.