海上风电作业窗口期管理研究与系统开发

因海洋环境的复杂性,海上风电在施工、运行、维护等方面面临着众多挑战,研究与开发海上风电作业窗口期管理系统,可降低作业风险、提高作业效率、节约作业成本。本文首先总结了窗口期管理的需求现状,从作业工序、气象水文两方面分析了影响海上风电窗口期的要素,然后以基建期需求为目标,效率优先为策略,提出了多要素窗口期管理模型,开发了海上风电作业窗口期管理系统,实现了气象水文预报及窗口期精细化管理,最后,对系统的功能及应用效果做了简要介绍。

基于低风速功率修正和损失函数改进的超短期风电功率预测

风电功率具有较强的波动性和随机性。为进一步提升风电功率的预测精度,提出一种基于低风速功率修正和损失函数改进的超短期风电功率预测模型。该模型采用卷积神经网络、自注意力机制和双向门控循环单元捕获风电功率序列的长期时序依赖关系。为了解决低风速下待风状态神经网络难以精确拟合的问题,模型通过预测风速并结合当前时段的风电功率对低风速段的预测功率进行修正。针对参数训练的稳定性问题,模型通过改进预测策略和共享权重,引入一种多元非线性的损失函数来提取序列间的关联性。结果表明,所提模型在多项误差指标中均优于对比模型,能够有效提升超短期风电功率的预测效果。

水泥土大直径单桩水平承载性能试验研究

为研究水泥土中大直径单桩的水平承载性能,开展了水泥土中大直径单桩水平承载性能离心机试验,分析了加固前后桩基水平承载力、弯矩和水平土抗力-水平位移(p-y)曲线的变化规律.基于黏土典型p-y曲线,考虑土体径向非均质性和桩径效应,修正初始地基反力模量和极限土抗力,提出了一种适用于水泥土加固桩水平承载力的计算模型.结果表明,相比未加固桩,加固桩的水平承载力明显提升,单桩初始刚度和极限承载力分别增加2.61倍和6.29倍.加固桩和未加固桩的桩身弯矩随荷载和深度变化趋势大致相同,但加固桩的最大弯矩位于泥面附近.水泥土加固可以提高桩身p-y曲线的初始刚度和极限土抗力,进而提高桩基水平承载力.计算值与实测值吻合较好,从而验证了所提计算模型的合理性.

海上风电场单桩基础局部冲刷深度计算方法适应性研究

针对在海上风电中应用最为广泛的单桩基础,基于山东、江苏、浙江等地海上风电场的冲刷实测数据,对海上风电场的冲刷深度分布情况进行讨论。同时,运用Qi&Gao公式、韩海骞公式、王汝凯公式对各风电场的理论冲刷深度进行计算,并分析计算结果与实测数据之间的关系,研究各冲刷计算方法的适应性。结果表明,上述3种计算方法可在一定程度上预测单桩基础的局部冲刷深度。

基于实测的海上风电基础局部冲刷及防护措施效果对比研究

海上风电单桩基础局部冲刷普遍存在,且极限冲刷深度是开展基础结构设计的重要参数。因此,针对海上风电单桩基础,基于江苏某海上风电场的冲刷实测数据,研究韩海骞公式、王汝凯公式、Qi&Gao公式冲刷计算值与实测值之间的关系;分析对比抛石、固化土及砂被3种冲刷防护措施的防护效果。结果表明:3种计算方法可较为准确预测单桩基础的局部冲刷深度;固化土、砂被、抛石对冲刷防护的效果呈递减趋势。

非均质成层地基海上风电单桩基础轴向承载特性研究

依托某海上风电项目,通过数值方法研究非均质成层地基环境下单桩轴向承载性能影响因素,并提出优化建议。结果表明,桩身轴力从桩顶至泥面缓慢增长,泥面以下桩身轴力随埋深增加而显著减少;轴向承载力各分量占比随桩顶荷载增长而逐渐变化,内外侧摩阻力随着桩顶荷载的增加存在“错位发挥”趋势;桩外侧摩阻力在空间上随深度增长较为均匀,而桩内侧摩阻力主要集中在单桩下部发挥作用。桩径及埋深对轴向承载力有着较大影响。桩身磨砂可以较为有效地提高桩轴向承载性能尤其是外侧摩阻力,同时还能减小磨砂部分桩身轴力。实际工程中应综合考虑多种因素确定桩径及埋深,也可对单桩靠近桩端部分的外表面采取磨砂处理以提高单桩轴向承载性能。

淤泥固化土对海上风机单桩基础的影响研究

以某近海海域软土海床地基条件下的海上风电项目单桩基础为研究对象,考虑桩土相互作用对桩基础结构力学特性的影响,采用ANSYS有限元软件对风机基础进行静力分析,研究了淤泥固化土对海上风机单桩基础的影响。计算分析表明:桩周地基加固可提高土体对桩的水平抗力,减小桩身变形、弯矩及应力;同时可提高软土地基的粘聚力,减小水流的挟沙能力,说明新型的淤泥固化技术用于海上风电单桩基础具有较好的防冲刷效果,可供海上风力发电桩基的防冲刷设计参考。

基于DAM与CNN-LSTM-XGBoost的海上风电功率并行预测

为解决单一模型预测海上风电场的风电功率并行效果不稳定、初始参数过分敏感的问题,提出一种基于双阶段注意力机制(DAM)与CNN-LSTM-XGBoost的融合模型。首先,建立一个包含双阶段注意力机制的DAM-CNNLSTM模型。然后,利用贝叶斯对XGBoost模型超参数进行寻优。最后,基于模型权重分配原理对各模型预测结果进行加权组合,得到最终预测结果。实验表明,所提模型预测准确率相较于传统模型显著增加,MAPE降低至0.26%,RMSE、R2、MAE分别为156.75、0.988、87.47,以期为海上风电功率并行预测提供参考与借鉴。

浙江苍南近岸海域实测波浪特征分析

利用浙江苍南近岸海域一年实测波浪资料,统计分析了波参数特征,采用最小二乘法拟合分析了波参数之间的相关关系,研究波浪平均持续时间和波高的关系,对波浪能进行估算,并分析了台风“利奇马”期间典型台风浪特征。结果表明:研究海域以谱峰周期5~9 s的轻浪为主,年平均有效波高为1.25 m,年最大波高为10.80 m,常浪向为E,强浪向为ENE。特征波高之间具有显著的线性关系,符合典型的瑞利分布。有效波高2.7 m以下的非台风、非寒潮期和4.1 m以上的台风期,波浪平均持续时间随波高的增大呈指数衰减,且有效波高在4.1 m以上的台风期的波浪衰减速率高于有效波高在2.7 m以下的非台风、非寒潮期。台风“利奇马”影响期间,最大波高、谱峰周期、谱峰密度呈现基本同步的先增大后减小的过程,最大谱峰密度为55.10 m^(2)Hz;台风影响前、后的波浪谱型均呈双峰谱,台风影响最显著期间的波浪谱型呈单峰谱。

吸力式沉箱基础底部土体卸荷蠕变及其长期抗拔承载特性研究

饱和软黏土地基中吸力式沉箱基础在上拔过程中其底部土体为轴向卸荷状态,目前对软黏土卸荷蠕变以及吸力式沉箱长期抗拔承载特性研究较少。因此,进行了不同围压下软黏土三轴固结不排水卸荷蠕变试验以及吸力式沉箱基础长期抗拔试验,分析了沉箱底部土体卸荷蠕变特性以及吸力式沉箱基础长期抗拔承载特性。卸荷蠕变试验结果表明:在偏应力较低的情况下,土体卸荷蠕变变形可忽略不计,土样变形主要为瞬时变形。随着轴向卸荷应力增大,软黏土蠕变变形越大且非线性蠕变特性愈加明显。根据卸荷蠕变试验结果,提出与应力水平相关的蠕变模型,揭示了模型中3个参数在相同围压下随应力水平的增大而近似呈线性减小的变化规律。然后将该模型从一维扩展至三维,并开发UMAT子程序,通过有限元验证该模型的合理性。同时将该模型用于吸力式沉箱基础抗拔承载力分析中,并与吸力式沉箱模型长期抗拔试验结果进行了对比验证。

吸力式沉箱底部土体循环特性及其等效循环蠕变模型研究

吸力式沉箱基础作为张力腿平台(TLP)的锚固基础,其底部土体不仅存在轴向卸荷作用,而且还存在循环荷载作用。现有研究很少涉及在卸荷条件下进行的软黏土循环累积变形研究。因此,通过循环三轴试验研究了轴向卸荷条件下软黏土的应变累积变形及应变软化特性。试验结果表明:在低静偏应力以及动偏应力条件下,土体应变累积及软化程度较低;随着动偏应力增加,循环累积变形逐渐变大且前期发展较快后期趋于稳定,同时应变软化程度逐渐增大;土体循环累积变形随动偏应力提高而增大,其循环累积应变曲线呈衰减-稳定的蠕变特性。在试验基础上,提出与静偏应力和动偏应力有关的软化系数公式。构建了考虑软化系数与静偏应力、动偏应力等条件下软黏土等效循环蠕变模型。将该模型推广至三维,并开发了有限元子程序。建立了循环荷载作用下吸力式沉箱基础循环抗拔承载力有限元分析法,将其用于吸力式沉箱基础循环累积变形分析中,并与沉箱模型循环试验结果进行了对比验证。

海上风电支撑结构智慧安全管理系统

随着“双碳”目标的大力推进,我国海上风电必将迎来快速的发展。海上风电场的主要支撑结构所处自然环境恶劣,其安全状态尚缺乏完备的监测和检测手段。本文针对海上风电这一特点,开发了海上风电支撑结构智慧安全管理系统,主要关注桩基础附近的海床地形地貌,以及支撑结构的运行状态参数,并通过桩-土耦合有限元计算的方式建立了“一机一表”的支撑结构安全状态评价表,可以根据每台机组支撑结构不同的本体和环境特性对其安全状态进行分级,并给出运维建议。在一个300MW海上风电场现场应用该系统,结果表明开发的海上风电支撑结构智慧安全管理系统能够准确地识别支撑结构的安全状态,并提前预警,具有一定的应用和推广价值。

海床冲刷对海上风电海缆及弯曲限制器的影响研究

该文以海上风电领域常用的海缆及弯曲限制器系统为研究对象,从系统所受荷载、结构特征、响应与失效特征出发,定性分析海床冲刷对系统结构响应的影响。同时借助海洋工程动力分析软件Orcaflex,建立数值分析模型并进行定量分析,以冲刷坑几何尺度、海缆松驰程度、J形管末端角度与喇叭口同海床相对高程等几何参数为变量,探讨海缆及弯曲限制器的拉伸和弯曲响应变化规律。结果表明上述参数显著影响海缆及弯曲限制器对海底冲刷的适应能力,相关研究结果可为海上风电海缆工程设计和运维管理提供参考。

海上风电场桩基水下结构及海缆接入端检测

海上风电场桩基水下结构及海缆长期承受各种荷载、高水流作用,在经过长期运行后,安全检测问题日益突出。鉴于海上风电场水下工程质量的严峻性及对海上风电场后期运维的重要性,本文详细介绍了海上风电场桩基水下结构及海缆接入端检测的工作方法,并分析了海上风电场桩基结构与海缆接入端的检测实例,提出了相关意见。

ROV在海上风电水下检测的应用

近年来,我国海上风电快速发展。风电机组和海上升压站的桩基础、海缆等水下资产对海上风电场的安全稳定运行至关重要,一旦出现问题将会导致严重的发电损失,甚至可能影响安全。缆控水下机器人(ROV)在海洋石油工程具有广泛的应用,也逐步开始在海上风电的水下检测中应用。文章针对海上风电水下桩基础、海缆等水下资产在生产运维过程中的典型问题、检测需求和ROV目前应用的检测技术和检测设备进行了分析、总结,对目前应用中存在的问题和未来发展进行讨论,为ROV在海上风电场水下检测中的应用提供参考。

海上风电机组叶片螺栓断裂原因分析

叶片螺栓是海上风电机组重要的紧固件,若叶片螺栓发生断裂会引起变桨轴承开裂或叶片松动,情况严重的导致叶片发生掉落甚至倒塔。因此,保证这些紧固件的正常运行是风力发电机系统正常运行的重要条件。文章对叶片螺栓连接原理和断裂形式进行分析并对螺栓连接强度和预紧力设置进行计算,总结出了螺栓断裂的主要原因。最后文章对其他可能造成叶片螺栓断裂的原因开展了分析并给出了解决方案。

海上升压站消防系统配置及优化

海上升压站是海上风电场的重要组成部分,相当于整个海上风电场的心脏,其位置一般处于整个海上风电场的中心。由于离岸距离较远、无人值守、电气设备集中等因素,与陆上风电场相比,其火灾发生概率更高,灭火难度更大,要严格做好海上升压站的消防系统。通过消防系统的支撑,能够进一步削减因海上自然因素而导致的风险事件,降低不良事件发生的可能性,促使海上升压站能够有效提升运行的稳定性,文章主要是从海上升压站消防系统特点要求、消防方式对海上升压站消防系统配置进行介绍,结合实际应用情况简述消防系统配置优化分析,为后续海上升压站的消防设计提供一些参考。

海上风电项目全生命周期资产管理

近年来,海上风电在碳中和目标的全球共识与创新实践中发展迅猛,在新能源基地化、规模性、集约化、平价化的发展趋势中,正逐步成为一种主力能源,越来越得到政府及开发商的重视。恶劣的海洋环境和市场竞争环境,使得海上风电项目平准化度电成本的控制及降本增效的任务紧迫而艰巨,需要依靠科技进步和管理提升。海上风电企业作为资产密集型企业,目前其资产管理聚焦于财务管理、账目核对和固定资产管理信息化等工作,难以通过资产管理实现降本增效。